26/12/2024

Hướng dẫn sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 với Arduino chi tiết

Giới thiệu về LM35

LM35 là một cảm biến nhiệt độ tuyến tính, tương tự. Analog có nghĩa là đầu ra điện áp của cảm biến tỉ lệ thuận với nhiệt độ. LM35 tạo ra điện áp đầu ra trực tiếp tính bằng độ C (°C) mà không cần thêm mạch hiệu chuẩn. Khi nhiệt độ tăng lên, cảm biến sẽ tạo ra điện áp đầu ra cao hơn và cứ nhiệt độ tăng thêm 1 độ C thì điện áp đầu ra sẽ tăng thêm 10 mV, rất dễ sử dụng với các vi điều khiển như Arduino.

Sơ đồ chân LM35

Cảm biến nhiệt độ LM35 thường có 3 chân chính:

Vcc: Chân dương, cung cấp điện áp cho cảm biến. Bạn có thể cung cấp bất kỳ điện áp nào từ 4v đến 20v, Thông thường là 5V.
GND: Chân âm, kết nối với nguồn đất.
Analog Output: Chân tín hiệu ra, điện áp tại chân này tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Hệ số tỷ lệ là 0.01V tăng trên mỗi độ C

Vì LM35 là thiết bị tương tự và cung cấp đầu ra tương tự. Đầu tiên, nó phải được kết nối với ADC (Analog-to-Digital Converter) hay còn gọi là bộ chuyển đổi tương tự sang số để chuyển đổi tín hiệu tương tự đầu ra thành tín hiệu số.

Điều tốt là Arduino đã có sẵn ADC. Vì vậy chúng ta chỉ cần nối chân Analog của Arduino với chân Vout của LM35 là được.

Một yếu tố quan trọng khác cần xem xét khi sử dụng LM35 trong dự án của bạn là khả năng tự phát nhiệt thấp do dòng điện rút ra chỉ 60 uA.

Các loại LM35

Có ba biến thể khác nhau của LM35 có trong một gói bóng bán dẫn . LM35A, LM35C và LM35D. Sự khác biệt duy nhất là ở phạm vi đo nhiệt độ.

Các loại cảm biến nhiệt độ LM35 khác nhau

LM35A có thể đo nhiệt độ từ -55 đến 150 độ C.
LM35C giữa -40 đến 110
LM35D trong khoảng từ 0 đến 100 độ C. Trong hướng dẫn này, mình sử dụng biến thể LM35DZ.

Hoạt động

Đây là sơ đồ khối chức năng của một LM35 thông thường mà bạn có thể tìm thấy trong bảng dữ liệu của nó. Ba chân được hiển thị bên dưới:

Mạch này hoạt động như thế nào?

1. Nó cung cấp điện áp đầu ra phụ thuộc vào nhiệt độ tại đầu N của diode được đệm bởi bộ khuếch đại A2 để cung cấp đầu ra cho chân Vout.

2. Hai bóng bán dẫn này được sử dụng để tạo ra điện áp tham chiếu bandgap, tức là điện áp tham chiếu cố định không đổi bất kể nhiệt độ và sự thay đổi của nguồn điện.

3. Và đây chính là lý do tại sao bạn có thể cấp nguồn cho LM35 bằng bất kỳ điện áp nào trong khoảng từ 4 đến 20v.

Theo tài liệu kỹ thuật của thiết bị, cảm biến sẽ cung cấp 10mV/°C. Vì vậy, nếu nhiệt độ trong phòng là 18°C, cảm biến sẽ là 180mV tại chân output, và hình ảnh bên dưới thể hiện cho các bạn điều đó. Nếu bạn sử dụng đồng hồ đo đa năng vào chân output của cảm biến và đo điện áp đầu ra, bạn sẽ thu được một kết quả tương tự.

Bây giờ chúng ta hãy xem cách kết nối cảm biến nhiệt độ với Arduino để in nhiệt độ môi trường xung quanh trên màn hình Serial của Arduino IDE

VD1: Nhiệt kế sử dụng LM35 với Arduino

Kết nối cảm biến với UNO như trong sơ đồ mạch bên dưới.

Sơ đồ mạch điện

Vcc nối tới chân 5 v của Arduino.
GND nối tới chân GND của Arduino.
Chân tín hiệu Sig/Out nối tới chân Analog A0.

Mình đã đề cập rằng đầu ra tương tự của cảm biến nhiệt độ phải được chuyển đổi thành tín hiệu số trước và hệ số tỷ lệ là 0,01V tăng trên mỗi độ C.

Vì vậy, chúng ta sẽ sử dụng chân analog của Arduino để chuyển đổi các giá trị điện áp đầu ra analog này thành giá trị kỹ thuật số, sau đó sử dụng công thức trong chương trình để chuyển đổi các giá trị kỹ thuật số này thành nhiệt độ tương ứng.

Chương trình

Sao chép chương trình này vào Arduino IDE của bạn.

const int analogPin = A0; // Chân analog kết nối với LM35
const float voltage = 5.0; // Điện áp nguồn
const float sensitivity = 0.01; // Độ nhạy của LM35 (10mV/°C)

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(analogPin);
  float voltageRead = sensorValue * voltage / 1023.0;
  float temperatureC = voltageRead / sensitivity;

  Serial.print("Nhiệt độ: ");
  Serial.print(temperatureC);
  Serial.println(" °C");

  delay(1000);
}

Công thức tổng quát:

Điện áp đọc được từ cảm biến (voltageRead):
Nhiệt độ (temperatureC):

Kết hợp 2 công thức:

Trong trường hợp này:

Kết nối cáp ghi Arduino với máy tính của bạn, chọn cổng COM và nạp chương trình. Bây giờ hãy mở màn hình nối tiếp Serial Monitor. Nhiệt độ phòng được in lên màn hình này. Thử đưa bàn là nóng, tay khò, tay hàn,... lại gần bề mặt LM35 và quan sát sự thay đổi nhiệt độ.

VD2: Khống chế nhiệt độ điều khiển khoạt DC

Đây là một dự án nhỏ mà bạn có thể dễ dàng thực hiện để kiểm soát trạng thái của động cơ DC theo giới hạn nhiệt độ được thiết lập trước, ở trong hướng dẫn này mình để là 40 độ C. Điều này có nghĩa là ngay khi nhiệt độ tăng lên đến hơn 40 độ C, động cơ DC sẽ bắt đầu chạy.