Termômetro Digital com LM35 e Conversor A/D

Integrantes

• André Jacob Suaide - 13864673
• Henrique de Oliveira Araujo - 13863950
• Oliver Kenzo Kobayashi - 13676930
• Vítor Augusto Paiva de Brito - 13732303

Este repositório contém o projeto para a disciplina de Aplicação de Microprocessadores (SEL0614), no qual será desenvolvido um termômetro digital com o sensor LM35 e um conversor analógico-digital no PIC18F4550 em linguagem C.

• Observação: O código e a documentação do desafio estão armazenados no diretório Voltimetro.

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Conceitos utilizados

Nesta seção, serão desenvolvidos os principais conceitos utilizados no relatório.

Conversor Analógico-Digital (ADC)

O conversor ADC é fundamental no projeto, pois converte sinais analógicos (como a saída do sensor LM35) em valores digitais que podem ser processados pelo microcontrolador. No caso do PIC18F4550, o ADC possui uma resolução de 10 bits, permitindo quantizar tensões em 1024 níveis distintos. Isso é essencial para traduzir a variação de tensão (proporcional à temperatura) em valores discretos que podem ser usados em cálculos.

Configuração de Referências de Tensão (Vref)

Vref+ foi ajustado para 1V e Vref- para 0V. Isso foi realizado conectando alimentação externa aos pinos AN2 e AN3, configurando o registrador ADCON1. Essa configuração reduz o intervalo de leitura, aumentando a sensibilidade do conversor em relação ao sensor LM35, cuja saída varia 10mV por °C.

Sensor LM35

O LM35 é um sensor de temperatura linear, cuja saída é diretamente proporcional à temperatura em °C (10mV/°C). Por exemplo:

• Para 25 °C, a saída é 250mV.
• Para 100 °C, a saída é 1000mV.

Interface com o Display LCD

O display LCD opera em modo de 4 bits para economia de pinos. Os dados são enviados pelos pinos D4-D7, e os sinais de controle (RS e EN) determinam se os dados são comandos ou caracteres.

Bibliotecas e Funções do MikroC PRO

• ADC Library: Funções como ADC_Init() e ADC_Get_Sample() abstraem a complexidade da configuração do ADC, permitindo focar no processamento de dados.

• LCD Library: Permite exibir informações no display com comandos como Lcd_Init() para inicializar o display somados a Lcd_Out() e Lcd_Chr() para mostrar dados formatados.

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Explicação do Código

Configuração de pinos do LCD

sbit LCD_RS at LATB4_bit;
sbit LCD_EN at LATB5_bit;
sbit LCD_D4 at LATB0_bit;
sbit LCD_D5 at LATB1_bit;
sbit LCD_D6 at LATB2_bit;
sbit LCD_D7 at LATB3_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;

Neste trecho, os pinos do microcontrolador são mapeados para as funções do display LCD. Os comandos sbit associam os pinos físicos do microcontrolador (LATB e TRISB) às linhas de controle e dados do LCD. Esses pinos controlam as operações do display, como enviar dados e comandos.

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Função principal (main)

Declaração de Variáveis

unsigned int adc_value;
float temperature;
char text[5];

Três variáveis são declaradas:

• adc_value: Armazena o valor digital lido do ADC (Conversor Analógico-Digital).
• temperature: Armazena o valor calculado da temperatura em graus Celsius.
• text: Um vetor de caracteres usado para exibir a temperatura formatada no LCD.

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Inicialização dos Módulos

ADC_Init();                        // Inicializa ADC com configuração padrão
ADCON1 = 0b00110000;               // Configura Vref externa AN2 e AN3

Lcd_Init();                        // Inicializa o LCD
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);               // Limpa o display
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);          // Desliga cursor

• ADC_Init(): Configura o ADC para operação com os valores padrão do compilador.
• ADCON1: Configura a referência de tensão externa (AN2 e AN3) para o ADC.
• Lcd_Init(): Inicializa o LCD, preparando-o para receber comandos e dados.
• Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR): Limpa a tela do LCD.
• Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF): Desativa o cursor do display, deixando apenas o texto visível.

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Loop principal

while(1) {
    adc_value = ADC_Get_Sample(0);                  // Lê o valor do canal AN0
    
    temperature = (adc_value * 100.0) / 1023.0;     // Cálculo da temperatura

    // Formata o texto para exibição
    FloatToStr(temperature, text);  // Converte float para string
    text[4] = '\0';                 // Limita o text em 4 caracteres

    Lcd_Out(1, 1, text);            // Exibe a temperatura no LCD
    Lcd_Chr(1, 6, 0xDF);            // Exibe o símbolo de grau
    Lcd_Out(1, 7, "C");             // Exibe o C

    Delay_ms(20);                   // Aguarda 20 ms antes de nova leitura
}

Blocos do Loop:

1. Leitura do ADC:

   adc_value = ADC_Get_Sample(0);

   • Lê o valor analógico do canal AN0 e o converte para um valor digital entre 0 e 1023.

2. Cálculo da Temperatura:

   A valor analógico obtido é convertido para um valor digital com 1024 níveis, com valores no intervalo [0, 1024], com valores de temperaturas possíveis no intervalo [0, 100], proporcional à temperatura do sensor LM35. Assim, a equação de obtenção da temperatura é dada por:

   $$ Temperatura = \frac{Valor_{ADC}}{1023} \times 100 $$

   Desse modo, no código, a temperatura é obtida a partir de:

   temperature = (adc_value * 100.0) / 1023.0;

   • Transforma o valor digital do ADC em temperatura em graus Celsius. O sensor é assumido como linear entre 0°C e 100°C.

3. Formatação do Texto:

   FloatToStr(temperature, text);
   text[4] = '\0';

   • FloatToStr: Converte o valor calculado (float) para uma string.
   • text[4] = '\0': Garante que o texto não exceda 4 caracteres, adicionando o terminador de string.

4. Exibição no LCD:

   Lcd_Out(1, 1, text);            // Exibe a temperatura no LCD
   Lcd_Chr(1, 6, 0xDF);            // Exibe o símbolo de grau
   Lcd_Out(1, 7, "C");             // Exibe o C

   • Lcd_Out: Exibe a string text na posição 1 da linha 1 do LCD.
   • Lcd_Chr: Mostra o símbolo de grau (°) na posição 6.
   • Outro Lcd_Out exibe o caractere "C" indicando graus Celsius.

5. Delay:

   Delay_ms(20);

   • Insere um atraso de 20 milissegundos antes de realizar outra leitura do ADC.

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Simulações

No SimulIDE, foi possível contruir o modelo e executar a simulação da operação do circuito em questão.

Ademais, foi possível executar o código de funcionamento do sistema no software e assegurar a operação correta.

Assim, é razoável atestar o correto funcionamento do circuito de obtenção da temperatura com o sensor LM35 e o display LCD.

Resultados obtidos

Como resultado final do desenvolvimento, obteve-se um display LCD que exibe a temperatura do sensor LM35 a medida que o valor analógico no mecanismo era alterado, obseravava-se uma alteração diretamente proporcional na temperatura medida, como era aspirado na documentação do projeto.