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• Karina Alarcón Ortiz

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LABORATORIO DE SISTEMAS DE CONTROL FACULTAD: FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA: ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DOCENTE ING JUAN APESTEGUIA INFANTES

PROYECTO FINAL – SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA INTEGRANTES: ❏ ❏ ❏ ❏ ❏

ALARCON ORTIZ ESTEFANY KARINA CAMPOS SEMINARIO LUIS CASTRO TOCTO JIMMER DANIEL CORTEZ CANALES PEDRO ANGELO GUTIERREZ SANTOS MICHAEL

GRUPO: 91G 2019-B

1613125626 1613125194 1613115201 1613115174 1613125239

PROYECTO FINAL – SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA I.

INTRODUCCIÓN

El proyecto consiste de un sensor de temperatura que permite controlar dos focos incandescentes y dos coolers de 5V y además presenta las medidas de temperatura ambiente utilizando un display LCD de 16x2. Alternativamente, el usuario tiene la posibilidad de ajustar el sistema a la temperatura deseada. Este proyecto hace uso del arduino UNO, un puente H electrónico y un sensor de temperatura en placa LM35.

II.

OBJETIVOS 

Diseñar un sistema de sensor de temperatura ambiente para proyecto de laboratorio en Sistemas de Control.



Determinar la funcionalidad del Arduino para controlar el nivel de temperatura en el proyecto propuesto.



Comprobar el funcionamiento del sensor de temperatura aplicando la teoría básica de un sistema de control de temperatura.

III.

FUNDAMENTO TEÓRICO

SISTEMA DE CONTROL Dentro de la ingeniería de sistemas, un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se usan sistemas de control industriales en procesos de producción industriales1 para controlar equipos o máquinas. Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentación. Un sistema de lazo cerrado es llamado también sistema de control con realimentación. Los sistemas de control más modernos en ingeniería automatizan procesos sobre la base de muchos parámetros y reciben el nombre de controladores de automatización programables (PAC).

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos: 1. Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos. 2. Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales. Necesidades de la supervisión de procesos 

Limitaciones de la visualización de los sistemas de adquisición y control.



Control vs monitoreo del proceso



Control software. Cierre de lazo de control.



Recoger, almacenar y visualizar información.



Minería de datos.

CONTROLADOR DE TEMPERATURA Un controlador de temperatura es un instrumento usado para el control de la temperatura. El controlador de temperatura tiene una entrada procedente de un sensor de temperatura y tiene una salida que está conectada a un elemento de control tal como un calentador o ventilador. CONTROLADOR DE TEMPERATURA PROPORCIONAL El control de temperatura proporcional elimina el ciclo asociado del control on-off. Un controlador proporcional disminuye la potencia media suministrada al calentador cuando la temperatura se aproxima al punto de ajuste. Esto tiene el efecto de disminuir la energía del calentador al aproximarse al punto de ajuste sin que lo sobrepase, mantenimiento una temperatura estable. Esta dosificación se puede realizar girando el encendido y apagado de salida para intervalos cortos de tiempo. La "proporcionalización de tiempo" varía la relación de tiempo "on" y tiempo "off" para controlar la temperatura. La acción proporcional se produce dentro de una "banda proporcional" en torno a la temperatura objetivo. Fuera de esta banda, el controlador de temperatura se comporta como una unidad ON/OFF normal, con la salida, ya sea totalmente ON (por debajo de la banda) o totalmente OFF (por encima de la banda).

Sin embargo, dentro de la banda, la salida del regulador se enciende y se apaga en la relación a la diferencia de la medición del punto de consigna. En el punto de referencia (que es el punto medio de la banda), la salida en: relación de apagado es de 1:1, es decir, el tiempo de encendido y tiempo de apagado son iguales. Si la temperatura está lejos del punto de ajuste, el cierre y el corte variarán en proporción a la diferencia de temperatura. Si la temperatura está por debajo del punto de ajuste, la salida estará ON más tiempo, si la temperatura es demasiado alta, la salida estará OFF predominantemente.

CONTROLADOR DE TEMPERATURA PID El tercer tipo de control de temperatura es el PID, que ofrece una combinación del proporcional con control integral y derivativo. De hecho las siglas PID hacen referencia a un control Proporcional Integral Derivativo. Un controlador de temperatura PID combina el control proporcional con dos ajustes adicionales, que ayuda a la unidad automáticamente a compensar los cambios en el sistema.

Estos ajustes, integral y derivativo, se expresan en unidades basadas en el tiempo, también se les nombra por sus recíprocos, RATE y RESET, respectivamente. Los términos proporcional, integral y derivativo se deben ajustar de manera individual mediante el método prueba y error.

El regulador proporciona es el control más preciso y estable de los tres tipos de controladores, y se utiliza comúnmente en sistemas que tienen una masa relativamente pequeña, que son aquellos que reaccionan rápidamente a cambios en la energía añadida al proceso.

Se recomienda en sistemas en los que la carga cambia a menudo y no se espera que el controlador lo compense automáticamente, debido a los frecuentes cambios en el punto de referencia,

la

cantidad

de

energía

disponible,

o

la

masa

a

controlar.

OMEGA ofrece un número de controladores de temperatura que calculan y ajustan automáticamente sus valores del controlador PID para que coincida con el proceso. Estos son conocidos como controladores autoajustables o autotune.

SENSOR DE TEMPERATURA - LM35 El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que este integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido. Se encuentra en diferentes tipos de encapsulado, el más común es el TO-92, utilizado por transistores de baja potencia. Sus características más relevantes son: Está calibrado directamente en grados Celsius. 

La tensión de salida es proporcional a la temperatura.



Tiene una precisión garantizada de 0.5 °C a 25 °C.



Baja impedancia de salida.



Baja corriente de alimentación (60 μA).



Bajo costo.

PUENTE H Un Puente en H es un circuito electrónico que generalmente se usa para permitir a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.

El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en

el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor. Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4.

IV.

MATERIALES PARA EL PROYECTO

FOCOS INCANDESCENTES DE 100W

FUENTE ALIMENTACION 30V

SENSOR DE TEMPERATURA EN PLACA LM35-PCB

2 DIMMER ELECTRICOS PARA REGULACIÓN DE LOS FOCOS INCANDESCENTES

ARDUINO “UNO” La placa está equipada con conjuntos de pines de E/S digitales y analógicas que pueden conectarse a varias placas de expansión y otros circuitos. La placa tiene 14 pines digitales, 6 pines analógicos y programables con el Arduino IDE (Entorno de desarrollo integrado) a través de un cable USB tipo B. Puede ser alimentado por el cable USB o por una batería externa de 9 voltios, aunque acepta voltajes entre 7 y 20 voltios. También es similar al Arduino Nano y Leonardo.

2 VENTILADORES DE 5V – 0.44 A

MAQUETA ELABORADA PARA FIN DEL PROYECTO

V.

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

Para la implementación exitosa de este proyecto fue necesario llevar a cabo un conjunto de actividades las cuales se describen a continuación: Implementar el sistema de medidas   

Se seleccionaron los sensores Se escogió el dispositivo microcontrolado Se realizó una prueba registrando las variables medidas de manera local

Implementar el sistema de control    

Se seleccionó el entorno de programación Se definieron las variables a controlar Se escogió el tipo de control Se realizaron pruebas para constatar que las variables controladas permanecen en el rango deseado

Implementar la base de datos   

Definir el gestor de bases de datos Crear las diferentes tablas Se realizó una prueba con el fin de verificar que la base de datos permite registrar de forma correcta

Conectar el sistema de medidas con la base de datos 

Se realizaron pruebas para corroborar que los valores sensados se registraban de forma correcta en la base de datos

Diseño de una interfaz de consulta, gráficas y descargas.  



Definir una IDE o entorno de programación Se realizaron consultas a la base de datos seleccionando rangos de tiempo deseados y se hicieron descargas de los mismos como archivos de Microsoft office Excel Se graficaron los registros extraídos de la base de datos y se hicieron descargas en diferentes formatos de imagen (PNG, JPEG, PDF y vector de imagen SVG)

Prototipo del circuito:

Sensor de tipo resistivo para obtener la medida de humedad del ambiente este sensor lh t11 utiliza una técnica de decisión de datos digital que le permite obtener medidas de alta calidad respuestas rápidas y bajas interferencias . El segundo componente más importante del sistema es el display lsd de 16 caracteres y dos líneas utilizados para desplegar la información para el usuario y el tercer componente del sistema en importancia es el relé este relé permite controlar una carga de alto consumo en este caso representada por el fun cooler de 12 voltios y pero este relé que estoy utilizando puede controlar pensiones de hasta 220 voltios y una corriente máxima de 10 amperios.

El responsable de activar o desactivar el fun cooler que va a funcionar como un acondicionador de aire para estabilizar la temperatura ambiente para qué el relé pueda desactivar o desactivar el fun cooler cuando la temperatura se encuentra del producto el valor establecido, para la construcción del circuito de este sistema son los botones pulsadores momentáneos para la entrada del usándolas resistencias necesarias para los circuitos de entrada y salida cables para conectar los componentes del circuito el regulador de voltaje de 5 voltios necesarios para alimentar el relé independientemente de la alimentación del resto del circuito que la obtengo de la placa arduino y de esta manera evitar sobrecargar a la placa arduino. Otro componente utilizado es el presente de 10 k para ajustar el contraste de lsd así como promover y una pequeña bornera para las conexiones de alto voltaje en este caso para el voltaje para alimentar el fun cooler. Cuando el sistema se está inicializando permite que el sensor se estabilice y pueda obtener la temperatura y humedad ambiente y calcular el índice de calor entonces el sistema inicia el sensor de aceite 11 obtiene las medidas de temperatura y humedad ambiente y calcula el índice de calor y presenta información del usuario a través de la pantalla de lsd de 16 caracteres y 2 líneas una vez que el sistema se inicia la temperatura de control se ajusta a un grado por encima de la temperatura entonces en el display podemos ver la temperatura ambiente actual el porcentaje de humedad el índice de calor y la temperatura de control preestablecida y también tenemos un indicador del estado del fun cooler el que es el encargado de climatizar a que matar el ambiente.

El ajuste automático de la temperatura de control el usuario también puede ajustarla mediante los botones de control sí es decir puede subir la temperatura o disminuirla entonces cuando la temperatura ambiente se encuentra por encima de la temperatura del control el relé activa el fun cooler para la climatización del ambiente El funcionamiento del sistema en este caso donde está conectada a la placa arduino a la computadora pero solamente para obtener la alimentación necesaria para el sistema así sin embargo el sistema es totalmente independiente de la computadora y no la necesita ni para desplegar la información o para controlar los dispositivos es decir que este es un sistema completamente embebido y depende únicamente del microcontrolador y de una fuerte alimentación externa para funcionar.

PROGRAMA DEL ARDUINO #include #include

// libreria de comunicacion por I2C // libreria para funciones de LCD

#include // libreria para LCD por I2C

LiquidCrystal_I2C lcd (0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7); // DIR, E, RW, RS, D4, D5, D6, D7

int SENSOR; // variable almacena valor leido de entrada analogica A0 float TEMPERATURA; // valor de temperatura en grados centigrados float SUMA; // valor de la suma de las 5 lecturas de temperatura float TEMP;

void setup(){ Serial.begin(9600); // inicializacion de comunicacion serie a 9600 bps // entradas analógicas no requieren inicialización lcd.setBacklightPin(3,POSITIVE); // puerto P3 de PCF8574 como positivo lcd.setBacklight(HIGH); // habilita iluminacion posterior de LCD lcd.begin(16, 2); lcd.clear();

// 16 columnas por 2 lineas para LCD 1602A

// limpia pantalla

}

void loop(){ SUMA = 0;

// valor inicial de SUMA en cero

for (int i=0; i < 5; i++){

// bucle que repite 5 veces

SENSOR = analogRead(A0);

// lectura de entrada analogica A0

TEMPERATURA = ((SENSOR * 5000.0) / 1023) / 10;// formula para convertir valor leido // de entrada A0 en grados centigrados SUMA = TEMPERATURA + SUMA; delay(300);

// suma de cada lectura de temperatura

// demora de medio seg. entre lecturas

} TEMP=SUMA/5; lcd.setCursor(1, 0); // ubica cursor en columna 1 y linea 0 lcd.print("temp: "); // escribe texto lcd.print(TEMP);

// escribe valor promedio de 5 lecturas con

// un decimal lcd.print(" C");

// imprime C

if(TEMP > 28){ lcd.setCursor(1, 1); // ubica cursor en columna 1 y linea 1 lcd.print("ACTIVAR 1"); // escribe texto analogWrite(A2,1023); analogWrite(A3,0); } if(TEMP > 60){ lcd.setCursor(1, 1); // ubica cursor en columna 1 y linea 1 lcd.print("ACTIVAR 2"); // escribe texto analogWrite(A2,1023); analogWrite(A3,1023); } if(TEMP