Básico - Projeto 41

Sensor de temperatura termistor NTC 10K com display

Objetivo

Neste projeto vamos demonstrar o uso de um LCD como mostrador de temperatura obtida através do termistor NTC 10K pelo método Steinhart-Hart. Também mostraremos neste projeto como incluir bibliotecas no IDE do Arduino.

Termistor é um semicondutor que dependendo da temperatura ao qual é submetido, sua resistência elétrica sofre variação. Cada tipo de termistor possui uma curva característica que mostra o aumento ou a diminuição da resistência elétrica em função da temperatura. Existem 2 tipos de termistores:

NTC(do inglês Negative Temperature Coefficient), nesse tipo de termistor o coeficiente de variação de resistência com a temperatura é negativo, ou seja, quanto maior a temperatura, menor é a resistência.

PTC(do inglês Positive Temperature Coefficient), nesse tipo de termistor o coeficiente de variação de resistência com a temperatura é positivo, ou seja, quanto maior a temperatura, maior é a resistência.

Termistor NTC (coeficiente negativo de temperatura) é um resistor sensível a temperatura. Sua resistência elétrica diminui à medida que a temperatura aumenta. Sua curva de temperatura em relação à resistência não é linear e tem um comportamento exponencial. Veja o gráfico abaixo:

No nosso projeto utilizaremos um termistor NTC de 10k, ou seja, na temperatura de 25ºC sua resistência elétrica é de 10.000Ω (10KΩ).  Veja a baixo a curva típica de um termistor NTC 10K:

Obs.: Para obter dados mais precisos, acesse o datasheet do fabricante do componente que você irá utilizar no projeto.

Método Steinhart-Hart é o método que iremos utilizar para determinar as temperaturas reais lidas no termistor NTC. O cálculo desse método já está todo programado na biblioteca thermistor.zip que iremos utilizar no nosso projeto. Se você deseja conhecer como calcular os valores da resistência elétrica em função das temperaturas através deste método, leia o tutorial: Utilizando um termistor NTC 10K.

Obs.: Existe outro método para determinar as temperaturas reais no termistor NTC denominado de fator Beta. Leia o artigo http://lusosat.org/hardware/termistor.pdf que apresenta os dois métodos para o cálculo das temperaturas através de um termistor.

Aplicação

Para fins didáticos e projetos onde é necessária a medição e monitoramento de temperaturas do ambiente.

Componentes necessários

Referência

Componente

Quantidade

Imagem

Observação

Protoboard Protoboard 830 pontos

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1 Resultado de imagem para protoboard 830v

No mínimo utilizar protoboard com 830 pontos

Jumpers Kit cabos ligação macho / macho

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1    
Display LCD

Display LCD 16X2 com pinos soldados

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1 DISPLAY LCD 16X2

LCD que utilize o controlador HD44780 (veja na descrição ou datasheet do componente)

O display poderá ser de qualquer cor (fundo verde, azul ou vermelho)

Potenciômetro

Potenciômetro 1OK

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1 Resultado de imagem para potenciômetro

O valor do potenciômetro aumenta quando giramos o eixo do componente na direção do polo negativo para o polo positivo.

Obs.: Se não possuir potenciômetro de 10KΩ você poderá utilizar um de outro valor, de 1kΩ até 100kΩ.

Sensor de Temperatura - Termistor NTC 10K

Sensor de Temperatura Termistor NTC 10K

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1

 

Características do termistor NTC 10K:

Modelo: MF521033950 (NTC 10K)

Tipo: 103 (resistência elétrica de 10KΩ a 25ºC)

Faixa temperatura: -55ºC ~ 125ºC

Dissipação:  > 2.0mw/ºC

Valor de Beta: 3.950K (+/- 2%)

dimensão: 3mm ou 5mm

datasheet

 Resistor

Resistor de 10KΩ

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 1   1 Resistor de 10KΩ (sensor NTC 10K) 
Arduino UNO R3 Arduino UNO Original

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Arduino UNO Similar

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1

Você poderá utilizar uma placa Arduino UNO original ou similar

Montagem do Circuito

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar seu Arduino. Lembre-se que o Arduino deve estar totalmente desconectado da força enquanto você monta o circuito.

 

Atenção

1) Neste projeto vamos utilizar um display LCD 16x2 com controlador HD44780, que se adapta aos mais diversos projetos com vários modelos de placas e microcontroladores. Este display possui 16 colunas por 2 linhas com backlight (luz de fundo) verde, azul ou vermelha e tem 16 pinos para a conexão. Atenção: Utilize um display LCD com os pinos soldados.

border:1px solid #000; 

2) Preste muita atenção na montagem do dsiplay LCD. Observe que utilizamos os 6 primeiros pinos do LCD, pulamos os 4 próximos e então utilizamos mais 6pinos. Veja a tabela abaixo:

 

3) Monte o thermistor NTC como um  divisor de tensão de acordo com o esquema abaixo:

Resultado de imagem para ligação termistor como divisão de tensão

O sensor NTC varia sua resistência inversamente a temperatura ambiente, ou seja, quando a temperatura aumenta, a resistência diminui. Como pretendemos obter um circuito que forneça tensões mais altas quando aumentamos a temperatura, precisaremos criar um divisor de tensão com o termistor NTC na posição mostrada no esquema acima, ou seja,  um terminal conectado ao positivo e o outro no nó entre a saída analógica do Arduino e o resistor de 10KΩ.   Para saber mais sobre divisão de , leia Usando um termistor NTC ou NTC como parte de um divisor de tensão.

Atenção.: Se você inverter o circuito acima, o comportamento das leituras será também invertido, ou seja, o circuito irá fornecer tensões mais baixas quando aumentarmos a temperatura. Assim, quando utilizarmos o método Steinhart-Hart para calcularmos a temperatura real, os valores não serão corretos.

Veja a montagem do circuito  no protoboard:

Obs.: O sensor de temperatura termistor NTC 10K, assim como um resistor comum, não tem polaridade.

5) Observe que nesse projeto o potenciômetro foi montado como um divisor de tensão, onde utilizamos os 3 terminais do componente:

Obs.: Ao girar o eixo do potenciômetro, o valor da tensão deverá aumentar do negativo para o positivo, ou seja, se a tensão do circuito for 5V, o potenciômetro irá variar de 0 a 5V.

No nosso exemplo, girando-se o eixo do potenciômetro no sentido horário, aumentamos a tensão na entrada do pino 3 do display e diminuímos o contraste dos caracteres com o back light (luz de fundo) até que não é mais possível visualizá-los. Fazendo o contrário, ou seja, diminuindo a tensão até o zero, teremos um contraste máximo entre os caracteres e a luz de fundo.

6) A montagem do nosso projeto foi realizada em um protoboard com linhas de alimentação não contínuas, onde acrescentamos jampers para a ligação. Verifique se o seu protoboard possui linhas de alimentação contínuas ou separadas - saiba mais em protoboard

Incluindo bibliotecas no IDE do Arduino

Neste projeto vamos mostrar como adicionar uma biblioteca no IDE do Arduino. Uma das grandes vantagens das placas Arduino é a diversidade de bibliotecas disponíveis que podem ser utilizadas em seus programas. Estas bibliotecas podem ser criadas para a linguagem "C" ou especificamente para o Arduino, reduzindo drasticamente o tempo gasto com programação.

Download dos arquivos da biblioteca do Thermistor

Para trabalharmos de forma mais fácil com o thermistor NTC através do método Steinhart-Hart, podemos baixar a biblioteca Thermistor que foi desenvolvida para os sensores de temperatura NTC 10K:

Para saber detalhes desta biblioteca clique aqui.

Instalando a biblioteca pelo IDE do Arduino

Após fazer o download do arquivo Thermistor.zip com todos os arquivos da biblioteca compactados no formato zip, abra o IDE do Arduino e siga o tutorial: Como incluir uma biblioteca no IDE do Arduino.

Ligando o display LCD

1.Para visualizar o display funcionando, digite o código abaixo no ambiente de desenvolvimento IDE do Arduino. Faça a verificação e o upload:

/*******************************************************************************
*
*          Testando o Display LC 16 X 2
*            http://squids.com.br/arduino
*
*******************************************************************************/
//Carrega a biblioteca LiquidCrystal
#include <LiquidCrystal.h>

//Define os pinos que serão utilizados para ligação ao display
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
//Define LCD 16 colunas por 2 linhas
lcd.begin(16, 2);

//Posiciona o cursor na coluna 0, linha 0;
lcd.setCursor(0,0);
//Envia o texto entre aspas para o LCD
lcd.print("Ola, meu nome e:");

//Posiciona o cursor na coluna 1, linha 1;
lcd.setCursor(1,1);
//Envia o texto entre aspas para o LCD
lcd.print("Squids Arduino");
}

void loop() {

} 

2. Se o display acender e mostrar os caracteres como na figura abaixo, a ligação está correta.

ATENÇÃO: Se o display acender e não mostrar os caracteres provavelmente é em função do contraste. Gire o eixo do potenciômetro no sentido anti-horário para aumentar o contraste. Se mesmo assim o display não mostrar os caracteres, corrija a montagem do circuito e/ou o código.

Comandos do display LCD para a biblioteca LiquidCrystal

No projeto vamos utilizar alguns comandos de controle do display LCD através da biblioteca LiquidCrystal que já vem embutida na IDE do Arduino. Para conhecer todos os comandos desta biblioteca, acesse o link: Comandos display LCD para biblioteca LiquidCrystal e LiquidCrystal Library (Arduino Reference).

Obs.: Para acessarmos uma biblioteca embutida na IDE do Arduino, assim como, para acessarmos um biblioteca local através de um header file, utilizaremos a diretiva #include.

Código do Projeto (Sketch)

1) Faça o dowload e abra o arquivo projeto41.ino no IDE do Arduino:

Ou se preferir, copie e cole o código abaixo no IDE do Arduino:

/*******************************************************************************
*
*    Projeto 41 - Usando o sensor de temperatura temistor NTC 10K com LCD 
*                       http://squids.com.br/arduino
*
*******************************************************************************/
#include <Thermistor.h>
#include <LiquidCrystal.h>

Thermistor temp(1); // termistor conectado na porta A1 (cria o objeto)

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {
Serial.begin(9600);
lcd.begin(16, 2);
}

void loop() {
float temperature = temp.getTemp(); //calcula a temperatura

//Imprimindo no monitor serial
Serial.print("Temperatura: ");
Serial.print(temperature);
Serial.println("°C");

//imprimindo no LCD
lcd.setCursor(0,0); // Define o cursor na posição de início
lcd.print("Temp. = ");
lcd.print(temperature);
lcd.write(B11011111); // Imprime o símbolo de grau
lcd.print("C");

delay(1000);
} 

Vídeo

Como o projeto deve funcionar

1. Ao executar o programa, a temperatura atual em Celsius será exibida no display LCD.

2. Para visualizar a leitura das temperaturas registradas, clique no ícone monitor serial, como mostra a figura abaixo:

Desafios

Com base neste projeto, resolva o seguinte desafio:

O anúncio abaixo ajuda a manter o Squids Arduino funcionando