UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA

Termômetro Digital

Alekson Sales

Rhaiscya de Matos

NATAL, RN

2011

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Sumário

1. Introdução .......................................................................................... 3

2. Componentes ...................................................................................... 4

3. Diagrama de Blocos do Termômetro Digital .................................... 9

4. Dados da Experiência......................................................................... 9

5. Referencias ....................................................................................... 11

Anexo ...................................................................................................... 12

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1. Introdução

Objetivo desse trabalho é colocar em prática os conhecimentos assimilados nas

disciplinas de Circuitos Eletrônicos I, Circuitos Eletrônicos II, Laboratório de

Eletrônicos e por fim Instrumentação Eletrônica que nos proporcionou conhecimento

suficiente para desenvolver um projeto de algum instrumento de medição.

Feita a escolha de trabalhar como medidores de temperatura, o professor

orientador da disciplina (Prof. Luciano), recebemos a orientação para construir um

termômetro digital que mostrasse a temperatura no final através de display de 7-

segmentos.

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2. Componentes 2.1 Sensor de temperatura LM35

O circuito usual é bastante simples, necessitando apenas do sensor propriamente

dito, um sistema amplificador de sinal e de uma interface que realize a leitura do sinal

amplificado, quem sabe até mostrando um valor de temperatura diretamente em um

visor ou display ou até mesmo disparando algum elemento eletrônico como, por

exemplo, um transistor quando a situação for apropriada.

O sensor LM35 é um sensor de

precisão, fabricado pela National

Semiconductor que apresenta uma saída de

tensão linear relativa à temperatura em que

ele se encontrar no momento em que for

alimentado por uma tensão de 4-20Vdc e

GND, tendo em sua saída um sinal de

10mV para cada Grau Celsius de

temperatura, sendo assim, apresenta uma boa vantagem com relação aos demais

sensores de temperatura calibrados em “KELVIN”, não necessitando nenhuma

subtração de variáveis para que se obtenha uma escala de temperatura em Graus

Celsius.

O LM35 não necessita de qualquer calibração externa ou “trimming” para

fornecer com exatidão, valores temperatura com variações de ¼ºC ou até mesmo ¾ºC

dentro da faixa de temperatura de –55ºC à 150ºC. Este sensor tem saída com baixa

impedância, tensão linear e calibração inerente precisa, fazendo com que o

interfaceamento de leitura seja especificamente simples, barateando todo o sistema em

função disto.

Este sensor poderá ser alimentado com alimentação simples ou simétrica,

dependendo do que se desejar como sinal de saída, mas independentemente disso, a

saída continuará sendo de 10mV/ºC. Ele drena apenas 60μA para estas alimentações,

sendo assim seu auto-aquecimento é de aproximadamente 0.1ºC ao ar livre.

O sensor LM35 é apresentado com vários tipos de encapsulamentos, sendo o

mais comum o TO-92, que mais se parece com um transistor, e oferece ótima relação

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custo benefício, por ser o mais barato dos modelos e propiciar a mesma precisão dos

demais. A grande diversidade de encapsulamentos se dá devido à alta gama de

aplicações deste integrado.

Algumas aplicações para o LM35:

Termômetros para câmeras frias, chocadeiras etc;

Controles de temperatura de máquinas;

Aquisição de dados para pesquisas;

Proteção para dispositivos industriais (motores, inversores, fontes);

2.2 Amplificador Operacional

Aproximadamente 1/3 dos CI’s lineares são Amplificadores Operacionais

(AmpOp). Isso decorre da necessidade de se ter um circuito amplificador de fácil

construção e controle, e de boa qualidade. O Amplificador Operacional é um

componente activo usado na realização de operações aritméticas envolvendo sinais

analógicos. Os Amp Op são

amplificadores que trabalham com

tensão contínua tão bem como com

tensão alternada. As suas principais

características são:

Alta impedância de entrada

Baixa impedância de saída

Alto ganho

Possibilidade de operar como amplificador diferencial

Um amplificador analógico é sempre representado como um triângulo em que

um dos vértices é a saída. O gráfico mostra o diagrama esquemático de um

Amplificador Operacional com seu modelo mais usual. +VCC e -VCC são as tensões de

alimentação do amplificador operacional. Os amplificadores operacionais amplificam a

diferença de tensão aplicada nas entradas V+ e V

- VO=A (V

+-V

-) onde A representa o

ganho de tensão do amplificador. O ganho pode atingir valores da ordem 105 a 10

6.

6

2.3 Conversor A/D

O conversor analógico-digital (frequentemente abreviado por conversor A/D ou

ADC) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital a partir de

uma grandeza analógica, normalmente um sinal representado por um nível de tensão ou

intensidade de corrente elétrica.

Os ADCs são muito úteis na interface entre dispositivos digitais

(microprocessadores, microcontroladores, DSPs, etc) e dispositivos analógicos e são

utilizados em aplicações como leitura de sensores, digitalização de áudio e vídeo.

Por exemplo, um conversor A/D de 10 bits, preparado para um sinal de entrada

analógica de tensão variável de 0V a 5V pode assumir os valores binários de 0

(0000000000) a 1023 (1111111111), ou seja, é capaz de capturar 1024 níveis discretos

de um determinado sinal. Se o sinal de entrada do suposto conversor A/D estiver em

2,5V, por exemplo, o valor binário gerado será 512.

Como os conversores são limitados em banda, ou seja, trabalham apenas em

uma faixa específica de freqüência, normalmente [0,fN], onde fN representa o dobro da

freqüência do maior sinal passível de ser adquirido (fN/2 - freqüência de Nyquist),

normalmente utiliza-se um filtro passa-baixas com a finalidade de evitar que amplitudes

de harmônicas de alta freqüência apareçam na entrada do conversor.

Sinais gerados por circuitos analógicos são muitas vezes processados por

circuitos digitais, por exemplo, por um microcontrolador ou por um microcomputador.

Para processar sinais analógicos usando circuitos digitais, deve-se efetuar uma

conversão para essa última forma, a digital. Tal conversão é efetuada por um Conversor

Analógico-Digital ("A/D converter" ou ADC).

O sinal recebido, depois de digitalizado, é processado e, na maioria das vezes,

será utilizado para atuar sobre o circuito analógico que gerou o sinal original ou até

mesmo sobre outro circuito.

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Por isso, um sinal na forma digital, para ser processado por um bloco funcional

analógico, deve ser previamente convertido (ou reconvertido) para a forma analógica

equivalente.

Um sistema que aceita uma palavra digital como entrada e traduz ou converte o

valor recebido para uma voltagem ou corrente analógica proporcional à entrada é

chamado de Conversor digital-analógico ("D/A converter" ou DAC). Neste caso, quanto

mais bits conter o sinal de entrada (digital), melhor será o sinal convertido (analógico),

pois haverá maior precisão.

O conversor utilizado foi o

ADC0804, ele é capaz de converter

uma amostra analógica em um valor

binário de 8 bits. As saídas desse

conversor estão localizadas nos pinos

11 a 18. O pino 2 disponibiliza os

dados convertidos nos pinos 11 a 18. O

pino 3 dá a ordem de início de

conversão. O valor máximo da tensão

de entrada é 5 V.

2.4 Codificador BCD

O sistema numérico decimal é fácil de se usar devido à familiaridade. O sistema

numérico binário é menos conveniente de se usar, pois, nos é menos familiar. É difícil

olhar em número binário e rapidamente reconhecer o seu equivalente decimal.

Por exemplo, o número binário 1010011 representa o número decimal 83.

É difícil dizer imediatamente, por inspeção do número, qual seu valor decimal.

Entretanto, em alguns minutos, usando os procedimentos descritos anteriormente, pode-

se prontamente calcular seu valor decimal. A quantidade de tempo que leva para

converter ou reconhecer um número binário é uma desvantagem no trabalho com este

código, a despeito das numerosas vantagens de "hardware".

Os engenheiros reconheceram este problema cedo, e desenvolveram uma forma

especial de código binário que era mais compatível com o sistema decimal. Como uma

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grande quantidade de dispositivos digitais, instrumentos e equipamentos usam entradas

e saídas decimais, este código especial tornou-se muito difundido e utilizado. Esse

código especial é chamado decimal codificado em binário (BCD - binary coded

decimal). O código BCD combina algumas das características dos sistemas numéricos

binário e decimais.

O CI 74185 é responsável por

decodificar os dados binários em

BCD. Para o processo de conversão,

é necessário uma combinação de 3

Ci, dessa forma foi feita a

decodificação de 8 bits.

2.5 Display de 7-segmentos

Um display de sete segmentos é um tipo de display (mostrador) barato usado

como alternativa a displays de matriz de pontos mais complexos e dispendiosos.

Displays de sete segmentos são comumente usados em eletrônica como forma de exibir

uma informação numérica sobre as operações internas de um dispositivo.

Um display de sete segmentos, como seu nome indica,

é composto de sete elementos, os quais podem ser ligados ou

desligados individualmente. Eles podem ser combinados para

produzir representações simplificadas de algarismos arábicos.

Freqüentemente, os sete segmentos são dispostos de forma

oblíqua ou itálica, o que melhora a legibilidade.

Dentre os números, 0, 6, 7 e 9 podem ser

representados por dois ou mais glifos em displays de sete segmentos.

Os sete segmentos são dispostos num retângulo com dois segmentos verticais em

cada lado e um segmento horizontal em cima e em baixo. Em acréscimo, o sétimo

segmento bissecta o retângulo horizontalmente. Também existem displays de quatorze

segmentos e de dezesseis segmentos (para exibição plena de caracteres alfanuméricos;

todavia, estes têm sido substituídos em sua maioria por displays de matriz de pontos.

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Os segmentos de um display de sete segmentos são definidos pelas letras de A a

G, conforme indicado à direita, onde o ponto decimal opcional DP (um "oitavo

segmento") é usado para a exibição de números não-inteiros.

A animação à esquerda passa pelos glifos comuns dos dez numerais e seis

"letras-dígito" em hexadecimal (A–F). A variação entre letras maiúsculas e minúsculas

para A–F é feita para que cada letra tenha uma forma única e inequívoca.

Os sinais que chegam a ele são recebidos por resistores de valor equivalente a

100 Ω.

3. Diagrama de Blocos do Termômetro Digital

4. Dados da Experiência

Os valores obtido com a implementação do esquema q está em anexo foram os

seguintes:

Tensão na saída do sensor

LM35 (mV) Temperatura °C

280 28

290 29

300 30

10

310 31

320 32

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5. Referencias

Tocci, Ronald J.; Widmer, Neal S. Sistemas Digitais: Princípios e Aplicações. Editora

LTC. 7ª edição, 2000

http://www.datasheetcatalog.com

http://www.wikipedia.org/

http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/73/37/

http://www.icea.gov.br/ead/anexo/21401.htm

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Anexo

Esquema Termômetro Digital

Componente Valores

R1 18kΩ

R2 2k2Ω

R3 10kΩ

R4 100Ω

C1 150nF