Partes del Termómetro

Con bastante frecuencia recibimos consultas sobre cómo funciona o cuáles son las partes que conforman un termómetro. Hoy decidimos no solo explicarte cómo funciona uno de estos instrumentos, sino que también te damos todos los datos necesarios para que construyas un termómetro electrónico utilizando lo aprendido en el tutorial sobre programación de microcontroladores.

En general, los termómetros empleados con fines domésticos pueden ser de dos tipos: mecánicos o electrónicos. Dentro de la primera categoría se incluyen los denominados termómetros de mercurio, que basan su funcionamiento en la propiedad que tienen los cuerpos de dilatarse a medida que aumenta la temperatura. En el caso de los termómetros de mercurio, se dispone de un pequeño depósito lleno de este metal, que está conectado a un capilar de vidrio transparente sobre el que se encuentra una escala graduada en grados.

Cuando la temperatura es baja, el mercurio ocupa menos espacio que a altas temperaturas. De esta manera, a medida que sube la temperatura el mercurio se desplaza por dentro del capilar, ya que no cabe dentro del depósito. La forma de leer estos termómetros consiste en observar la escala y ver hasta qué punto ha subido el metal. Este tipo de termómetro se hizo muy popular debido a su bajo costo y a que funciona perfectamente en el rango de temperaturas en las que vive el hombre.

Pero últimamente han aparecido en el mercado los termómetros electrónicos, cuya lectura es más sencilla, y además, no contienen mercurio, que es un gran contaminante del medio ambiente. Estos termómetros funcionan convirtiendo las variaciones de temperatura en una variación de una tensión o corriente, que luego es evaluada por un microcontrolador y mostrada sobre un display.

Algunos de los sensores de temperatura más modernos incluso incorporan en su interior un pequeño microprocesador que se encarga de hacer la conversión entre temperatura y un valor digital, que puede enviar por uno de sus pines en forma de una serie de “0”s y “1”s cuando es “interrogado” desde el exterior. Uno de los más económicos y fáciles de conseguir es el DS1820, de Dallas.

Utilizando un pequeño microcontrolador y uno de estos sensores de temperatura resulta muy fácil construir un termómetro digital casero. En este caso, las partes del termómetro serán el sensor de temperatura, el microcontrolador y el display. El esquema electrónico que vemos más abajo muestra la forma en que se deben conectar estos elementos.

Los que han seguido las notas sobre electrónica en NeoTeo no tendrán dificultades en descubrir cómo funciona el circuito, que emplea un registro de desplazamiento de 16 posiciones para el manejo del display. Hemos dividido el circuito impreso en dos partes, una para la electrónica de control y otra para el display propiamente dicho. Ambos PCB pueden verse en las imágenes que acompañan el artículo.

Por supuesto, la parte más importante de todo el proyecto es el programa que debemos cargar en el microcontrolador para que sea capaz de mostrar en el display la información deseada. No abundaremos aquí respecto de la forma en que se interroga y obtienen datos desde el sensor DS1820, ya que el artículo sería demasiado extenso, pero consultando su hoja de datos podrán sacarse las dudas que tengan sobre su funcionamiento.

El software que listamos a continuación está lo suficientemente comentado como para que no surjan dudas sobre su funcionamiento. Lo hemos escrito en el BASIC del PIC SIMULATOR IDE, y muestra temperaturas en 0 y 99 grados centígrados. El sensor de Dallas tiene una precisión mayor, pero no hemos utilizado decimales para que el proyecto sea más sencillo y fácil de comprender.

'---------------------------------------------------
Termómetro 00 a 99 grados con 16F627A – v1.01.00
'----- CONFIGURO PUERTOS-----
PORTA = 0
CMCON = 7 'Configuro A como Digital I/O
TRISA = 0 'todo Salidas
TRISB = 0 'todo Salidas
'----- Variables----------------------------
Dim tempe1 As Byte 'Parte entera de la temperatura a mostrar
Dim tempe2 As Byte 'Decimales de la temperatura a mostrar
Dim comando As Byte 'Comando a enviar al DS1820
Dim tempe As Word 'Temperatura leída (usada en las rutinas del DS1820)
Dim i As Byte 'Variable auxiliar multipropósito
Dim col As Byte 'Variable auxiliar multipropósito
Dim aux As Byte 'Variable auxiliar multipropósito
Dim aux2 As Byte 'Variable auxiliar multipropósito
Dim unidad As Byte 'Variable: unidades
Dim decena As Byte 'Variable: decenas
'----- Símbolos----------------------------
Symbol ds1820pin = PORTB.3 'Puerto en que se conecta el DS1820
Symbol ds1820rw = PORTB.3 '1=Leer DS1820 / 0=Escribir DS1820
Symbol clock = PORTB.6
Symbol data = PORTB.7
'
'-- CUERPO DEL PROGRAMA----------------------------------------------------------
'
loop:
'Leo la temperatura del sensor ------------------------
Gosub init1820 'Inicializo el sensor y...
comando = 0xcc '..Salteo la ROM.
Gosub write1820

comando = 0x44 'Comienzo la conversión A/D de la temperatura
Gosub write1820
WaitUs 2000 ' Espero a que termine la conversión

Gosub init1820 'Inicializo el sensor y...
comando = 0xcc '..Salteo la ROM.
Gosub write1820
comando = 0xbe 'Pido que me envíe lo que calculo el sensor...
Gosub write1820
WaitMs 750 ' Espero ...
Gosub read1820 'Me lo devuelve en tempe1 y tempe2

'tempe1 = 15
'Calculo el valor de cada dígito
decena = tempe1 / 10
unidad = tempe1 - decena * 10

If decena = 0 Then aux = %01101111
If decena = 1 Then aux = %00101000
If decena = 2 Then aux = %01011101
If decena = 3 Then aux = %01111100
If decena = 4 Then aux = %00111010
If decena = 5 Then aux = %01110110
If decena = 6 Then aux = %01110111
If decena = 7 Then aux = %00101100
If decena = 8 Then aux = %01111111
If decena = 9 Then aux = %01111110
Gosub escribo
If unidad = 0 Then aux = %01101111
If unidad = 1 Then aux = %00101000
If unidad = 2 Then aux = %01011101
If unidad = 3 Then aux = %01111100
If unidad = 4 Then aux = %00111010
If unidad = 5 Then aux = %01110110
If unidad = 6 Then aux = %01110111
If unidad = 7 Then aux = %00101100
If unidad = 8 Then aux = %01111111
If unidad = 9 Then aux = %01111110
Gosub escribo
WaitMs 10000
Goto loop
End
‘Rutinas --------------------------------
escribo:
For col = 1 To 8
If aux.0 = 0 Then
    data = 0
    WaitUs 2
    clock = 0
    WaitUs 2
    clock = 1
    WaitUs 2
Else
    data = 1
    WaitUs 2
    clock = 0
    WaitUs 2
    clock = 1
    WaitUs 2
Endif
aux = ShiftRight(aux, 1)
Next col
Return

'-------------------------------------------------
'Inicializa el DS1820
'-------------------------------------------------
init1820:
ds1820rw = 0 ' Pongo el pin como salida
ds1820pin = 0 'Pongo en cero el pin del DS1820
WaitUs 500 ' Espero más de 480 us
ds1820rw = 1 ' Pongo el pin como entrada
WaitUs 100 ' Espero más de 60 us a que "reaccione"
WaitUs 500 ' Espero a que finalice de enviarme el estado
Return

'-------------------------------------------------
'Envia comandos al DS1820
'-------------------------------------------------
write1820:
For aux = 1 To 8 'Recorro los 8 bits de "Comando"
If comando.0 = 0 Then
    Gosub write0
Else
    Gosub write1
Endif
comando = ShiftRight(comando, 1)
Next aux
Return

'-------------------------------------------------
'Envia un cero al DS1820
'-------------------------------------------------
write0:
ds1820rw = 0 ' Pongo el pin como salida
ds1820pin = 0
WaitUs 60 'hay que mantener bajo el pin mas 60 us
ds1820rw = 1
Return

'-------------------------------------------------
'Envia un uno al DS1820
'-------------------------------------------------
write1:
ds1820rw = 0 ' Pongo el pin como salida
ds1820pin = 0
WaitUs 1 'hay que mantener bajo el pin menos de 15 60 us
ds1820rw = 1
WaitUs 60 'espero el resto del tiempo...
Return

'-------------------------------------------------
'Lee temperatura del DS1820
'-------------------------------------------------
read1820:
For aux = 1 To 16 ' los 16 bits de temp (word)
tempe = ShiftRight(tempe, 1)
Gosub readbit
Next aux
'Calculo la temperatura (tempe1) y las decimas (tempe2)
tempe1 = ShiftRight(tempe.LB, 1)
tempe1 = 128 - tempe1 - 3

If tempe.0 = 1 Then
    tempe2 = 0
Else
    tempe2 = 5
Endif
Return

'-------------------------------------------------
'Lee un bit del DS1820
'-------------------------------------------------
readbit:
tempe.15 = 1
ds1820rw = 0 ' Pongo el pin como salida
ds1820pin = 0
WaitUs 1
ds1820rw = 1
If ds1820pin = 1 Then
    tempe.15 = 0
Endif
WaitUs 60
Return

Antes de compilar el programa debemos asegurarnos que el microcontrolador seleccionado en el PIC SIMULATOR IDE sea el correcto. El PIC16F628A o PIC16F627A pueden emplearse sin problemas, y seguramente con pequeñas modificaciones en el esquema eléctrico se podría adaptar para emplear microcontroladores diferentes.