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Control de Temperatura Mediante Matlab y Arduino a

Diego Cando a Escuela de Ingeniería Mecánica/ESPOCH [email protected]

Resumen— En este trabajo se pretende realizar el control de temperatura mediante Matlab y Arduino, lo primero que se hará es realizar cada uno de los programas tanto para el Arduino como para el Matlab luego de estos se procederá a realizar una conexión utilizando cada uno de los materiales que se detallan a su debido momento luego de esto se cargan los programas, se crean las interfaces entre cada uno de los programas y la computadora y se pone a evaluar. En este punto al acercar y alejar una fuente de calor al sensor se observará primeramente de manera gráfica la disminución o el aumento de temperatura y posteriormente se observará la gráfica que genera esta variación de temperatura. Finalmente se llegó a la conclusión que el tiempo de respuesta del sensor es muy pequeño y es debido a esto que se nos genera la gráfica característica que se observara a su debido momento, además se concluyó que este tipo de modelos se puede utilizar para verificar o controlar cualquier proceso con cualquier variable física.

1.2. Matlab. Es una herramienta de software matemático que ofrece un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un lenguaje de programación propio (lenguaje M). Entre sus prestaciones básicas se hallan: - La manipulación de matrices - La representación de datos y funciones - La implementación de algoritmos - La creación de interfaces de usuario (GUI) - La comunicación con otros programas en otros lenguajes y con otros dispositivos de hardware

I. INTRODUCCIÓN 1.1. Arduino. Es una plataforma de hardware libre, que básicamente se trata de una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en diferentes proyectos. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada y salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280 y el Atmega8, esto debido a su facilidad de uso y a su bajo costo.

Figura. 1 Arduino mega.

Figura. 2. Icono del software Matlab.

1.3. Termocupla tipo K. Una termocupla "tipo K" está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel) Al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivolts. Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina), en un extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido adentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos.

esto logramos obtener el programa listo para que el sensor trabaje. Una vez que hemos realizado la programación para el sensor vamos a realizar el programa para la visualización de los valores obtenidos y para la graficación de los mismos, todo esto mediante la utilización de Matlab. 2.3. Preparación del código en Matlab. Para lograr la visualización y graficación de los valores percibidos por el sensor se va a utilizar la programación en Matlab que se presenta en la figura 5.

Figura. 3. Termocupla tipo J.

II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 2.1. Materiales y equipos. Para la realización de este proyecto se utilizaron los siguientes materiales y equipos: - Una placa Arduino uno o mega - Un protoboard - Un sensor de temperatura LM 35 - Cables de conexión - Cable de alimentación - Una fosforera o una vela 2.2. Preparación del código en Arduino. La plataforma Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel para la realización del proyecto la programación utilizada en Arduino es la siguiente:

Figura. 5. Programación en Matlab.

Una vez realizado esta programación estará lista la parte lógica de nuestra investigación, en el siguiente paso se presentará la forma de como conectar físicamente los elementos necesarios para investigación. 2.4. Conexión de los elementos. Primeramente, en un protoboard vamos a colocar el sensor que observaremos que tiene tres contactos, de los cuales los extremos los conectaremos a los 5V y a tierra del Arduino, mientras que el contacto del medio lo conectaremos al puerto analógico A0 del mismo Arduino, tal como indica la figura 6.

Figura. 4. Programación en Arduino.

Con este programa lo se va a lograr es la obtención de la lectura de los diferentes valores de temperatura que detecte el sensor que va estar conectado a nuestra placa de Arduino, con

Figura. 6. Vista detallada de la conexión real de los elementos.

Después de realizar esta conexión lo que nos restaría por hacer conectar el cable de alimentación de la placa del Arduino hacia la computadora, para después solo empezar experimentar acercando y alejando una fuente de calor hacia el sensor.

2.5. Resultados y grafica obtenidos. Una vez realizado la programación tanto en Arduino como en Matlab y luego de haber explicado simbólicamente como se debe conectar el sensor, se procede a realizar la conexión física de todos los elementos, esta conexión ya realmente se observa en la figura 7.

Figura. 8. Conexión completa con el computador.

Una vez que se ha realizado la conexión completa de todos los elementos procedemos a presionar el botón RUN en el Matlab para de esta manera poner a correr el programa. Luego de esto se nos desplegara una pantalla donde se observará la gráfica que presentara la variación de la temperatura según alejemos o acerquemos la fuente de calor, adicional a esto se observa un indicador en forma de barra que nos indicara gráficamente el aumento o disminución de la temperatura percibida por el sensor. En la figura 9 se puede apreciar el indicador grafico de la variación de la temperatura censada.

Figura. 9. Indicador grafico de la variación de temperatura.

Por otra parte, en la figura 9 se observa una gráfica de que se obtuvo de luego de acercar y alejar la fuente de calor haca el sensor. Figura. 7. Conexión real de los elementos.

Figura. 10. Grafica de la variación de temperatura en función del tiempo.

De esta manera se ha logrado controlar la temperatura mediante la utilización del Matlab y el Arduino y a su vez haciendo posible la visualización de esta variación y la determinación de una curva característica.

III. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para la culminación de esta investigación se tuvieron algunas dificultades, la más crítica tal vez fue el no haber tenido todos los componentes tanto del Matlab como del Arduino instalados ya que esto dificulto la verificación del programa y su posterior simulación. Sin embargo, con un poco de paciencia y después de una intensa búsqueda se lograron instalar los componentes necesarios. Una vez que todo funcionaba a la perfección se procedió con la siguiente fase de la investigación, al acercar y alejar la fuente de calor pudimos observar una gráfica característica que tenía una cierta semejanza a una gráfica de datos analógicos, sin embargo al realizar una comparación con otras investigaciones de este tipo realizadas anteriormente se pudo encontrar una cierta similitud entre todas las gráficas obtenidas, como es el caso de la referencia [4] cuya grafica se observa en la figura 11.

Figura. 11. Grafica de la variación de temperatura en función del tiempo [4].

Según varios autores indican que este tipo de grafica se presentan debido a que el tiempo de respuesta del sensor es muy lento lo cual hace que exista un intervalo de tiempo hasta que se produzca el cambio entre una medición y otra y es por este motivo que la gráfica obtenida tiene esta forma. Además, se pudo encontrar una cierta semejanza entre la programación utilizada y la programación utilizada por otros autores, como es el caso del autor de la referencia [5] el cual nos indica la programación de la figura 12.

Figura. 12. Programación en Arduino [5].

Esto en lo que se refiere a la programación en Arduino, si revisamos la programación del Matlab observaremos que los comandos y la estructura de la programación es la misma.

IV. CONCLUSIONES El propósito de esta investigación fue realizar el control de temperatura mediante Matlab y Arduino. Basados en los resultados y discusión, las siguientes son las conclusiones de este trabajo: 

Este tipo de programaciones no solo son aplicadas para la determinación de variaciones de temperatura, también es posible observar la variación de otras propiedades fiscas como la presión, el nivel o altura etc. Pero debemos saber que todas estas trabajan bajo el mismo principio.



Para poder realizar tanto la programación como la simulación de una manera correcta es necesario que instalemos todos los complementos que necesita tanto el Matlab como el Arduino.



Este tipo de programación y de instalaciones son de mucha utilidad porque gracias a esta se puede tener una supervisión y un control de estas magnitudes en algún proceso, para de esta manera evitar colapsos o problemas más graves.

REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Arias P. sensor de temperatura LM35, España 2012. Universidad Nacional de Entre Ríos, introducción a la programación con Matlab, Argentina 2010. Grupo Tecnológico M-Acer, control de temperatura mediante Arduino y Matlab, disponible en www. Grupo.maser.com. Anderson J. & Johnnesson R. Understanding Information Transmission. Editor Wiley 2006. Microsoft. Org. Bite System Structure Gerrit A. & Frederick P. Medidor de temperatura. Addison- Wesley 1997.