Universidade Federal de Santa Maria

Ci. e nat., Santa Maria, V. 42, Special Edition, e35, 2020

DOI: http://dx.doi.org/10.5902/2179460X40637

Received: 10/10/2019 Accepted: 10/10/2019

 

by-nc-sa

 


Special Edition

 

Medidas de temperatura em ambiente interno usando a Plataforma Arduino

 

Indoor temperature measurements using an Arduino platform

 

 

Greice Scherer RitterI

Eliezer Oliveira CavalheiroII

Ronaldo Barcelos e SilvaIII

Leonardo Da Rosa SchmidtIV

Silvana MaldanerV

 

I    Universidade Federal de Santa Maria - campus Cachoeira do Sul, Cachoeira do Sul Brasil - greicesritter@hotmail.com

II   Universidade Federal de Santa Maria - campus Cachoeira do Sul, Cachoeira do Sul Brasil

III  Universidade Federal de Santa Maria - campus Cachoeira do Sul, Cachoeira do Sul Brasil

IV  Universidade Federal de Santa Maria - campus Cachoeira do Sul, Cachoeira do Sul Brasil

V   Universidade Federal de Santa Maria - campus Cachoeira do Sul, Cachoeira do Sul Brasil - silvana.maldaner@ufsm.br

 

 

Resumo

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo envolvendo medições de temperatura empregando sensores de baixo custo conectados a um microcontrolador Arduino. Para realizar o estudo foram selecionados três sensores amplamente empregados no monitoramento de condições ambientais com Arduino, o sensor LM35DZ (sensor analógico) e os sensores DHT11 e o DHT22 (sensores digitais). O sensor LM35DZ é um sensor conhecido por ser um sensor analógico que possui resposta de temperatura linear com a tensão. O sensor DHT11 mede simultaneamente temperatura e umidade. Para medir temperatura  este sensor utiliza um resistor sensível às variações de temperatura e possui uma faixa de medição de 0 a 50 °C, com uma incerteza de ± 2 % °C. O DHT22 possui uma faixa de medição de -40 a 80 °C e uma incerteza  ± 1 % °C .  A partir das medições de temperatura simultâneas com os três sensores foi possível observar que os sensores mostraram um bom desempenho em ambiente interno, mostrando as temperaturas máximas e mínimas de um ciclo diário de temperatura.

Palavras-chave: Medidas de temperatura; Arduino; Sensores

 

 

Abstract

The paper presents the results of a study with temperature measurements using low cost sensors connected to an Arduino microcontroller. To perform the study, three sensors widely used for monitoring environmental conditions with Arduino. The selected sensors were the LM35DZ (analog sensor) and DHT11 and DHT22 (digital sensors). The LM35DZ sensor is a sensor known to be an analog sensor that has linear temperature response with voltage. The DHT11 sensor measures temperature and humidity simultaneously.  To measure temperature the DHT11 sensor uses a temperature-sensitive resistor and has a measurement range from 0 to 50 °C, with an uncertainty ± 2% ° C. The DHT22 has a measurement range  -40 to 80 ° C and an uncertainty ± 1% ° C.  Simultaneous temperature measurements with the three sensors showed good performance in indoor situations, showing the maximum and minimum temperatures of a daily temperature cycle.

Keywords: Temperature measurements; Arduino; Microcontroller.

 

 

1 Introdução

Medidas de temperatura são fundamentais para o monitoramento de ambientes, na operação de equipamentos industriais, no manejo agrícola, dentre outras aplicações. Nos últimos anos, ocorreu um aumento do uso de microcontroladores para o monitoramento térmico de ambientes através do uso de sensores de temperatura. Tais sensores podem ser acoplados ao microcontrolador e este, por sua vez, envia as medições em tempo real para um computador ou servidor. Na literatura diversos trabalhos vêm questionando a confiabilidade de sensores de temperatura utilizados com Arduino (PEREIRA et al., 2016), enquanto que outros estudos realizam testes comparando a eficiência dos sensores em diferentes condições (MARTINAZZO; ORLANDO, 2016).

Assim, neste trabalho, são analisados três sensores de temperatura, sendo que um deles analógico e dois digitais conectados a uma plataforma Arduino. O objetivo principal é verificar a confiabilidade destes sensores em ambiente interno e desenvolver um sistema de controle e aquisição de dados de temperatura de baixo custo.

 

 

2 Materiais e Métodos

Os sensores de temperatura LM35DZ, DHT11 e o DHT22 foram utilizados nos ensaios experimentais. O sensor LM35DZ é um sensor analógico, enquanto que os sensores DHT11 e o DHT22 são sensores digitais. Para monitorar os valores de temperatura foi desenvolvido um sistema automático de monitoramento de temperatura. Basicamente, o sistema é composto por uma placa microcontroladora Arduino, os três sensores de temperatura, uma fonte de alimentação 9V, cabos jumpers, uma matriz de contatos protoboard, cartão de memória SD e uma placa Ethernet Shield W5100 para Arduino.  Por meio do Arduino e da placa Ethernet Shield os dados de temperatura são coletados e armazenados no cartão de memória.  A Tabela 1 apresenta o custo dos componentes empregados para criar o sistema de monitoramento de temperatura ambiente. Observa-se que o custo total envolvido no desenvolvimento do sistema de medição de temperatura é de aproximadamente trezentos reais. 

 

Tabela 1 – Componentes empregados para criar o sistema de medição de temperatura

Nome do sensor de temperatura

Custo (R$)

LM35DZ

10,90

DHT11

13,90

DHT22

49,90

Jumpers

22,90

Placa Ethernet Shield W5100 para Arduino

56,90

Placa MEGA 2560 R3

89,90

Fonte DC Chaveada 9V 1A Plug P4

14,90

Cartão de Memória 8GB MicroSd

44,90

total

304,20

 

2.1 Descrição dos Sensores

A Figura 1 ilustra os sensores LM35DZ, DHT22 e DHT11 da esquerda para direita respectivamente. Esta figura foi criada pelos autores no software livre fritzing.

 

Figura 1 - Sensores de temperatura: LM35DZ, DHT22 e DHT11 respectivamente da esquerda para direita


Abaixo uma breve descrição do funcionamento destes sensores:

Sensor LM35DZ: Este é um sensor analógico, que opera variando a tensão do pino de saída, a cada 10 mV, equivale a um grau celsius de temperatura (10mV/°C). Este sensor opera com uma tensão de 4 até 30 V e uma corrente de aproximadamente 60μA. O funcionamento do sensor ocorre na faixa entre 0 até 100 °C, possui uma precisão de aproximadamente 1,5°C e um auto-aquecimento de 0,1°C (TEXAS INSTRUMENTS, 2017). Uma vantagem deste sensor é que ele não demanda de calibração. Além disso, como o LM35DZ é analógico e as entradas analógicas têm uma resolução de 10 bits, correspondendo a 1024 divisões ( 0 a 1023), a temperatura é obtida por (SILVA et al.,2014):

 

                                                                               (1)

 

Sensor DHT11: Este é um sensor digital e tem a capacidade de medir temperatura e umidade do ar. Neste trabalho este sensor foi utilizado somente para as medidas de temperatura. O seu funcionamento ocorre com uma chave de três estados (tri-state), que utiliza um dispositivo master e slave para a comunicação. Assim, somente um sensor pode ser lido por vez, pois este utiliza um único barramento para o transporte de dados. Além disso, ele possui uma faixa de medição de temperatura de 0 até 50 °C, com uma precisão de aproximadamente 2°C e uma faixa de 20 a 90 % de umidade com uma precisão de aproximadamente 5%. A tensão de operação é de 3,5 até 5,5 V e a corrente é de 200μA a 500mA (AOSONG (GUANGZHOU) ELECTRONICS CO.,LTD., 2019).

Sensor DHT22: Assim como no sensor DHT11, este é um sensor digital que mede temperatura e umidade e também utiliza uma chave tri-state para comandar o transporte de dados através do barramento. Porém este possui um range maior na escala de medição de temperatura e umidade, também possui uma precisão maior dos dados coletados. O sensor possui uma faixa de -40 a 80°C com uma precisão de aproximadamente 0,5°C, também possui uma faixa de 0 a 100 % da umidade do ar e uma precisão de aproximadamente 2%. Para a alimentação o sensor utiliza uma tensão de 3 até 5,5 V e uma corrente máxima de 2,5 mA (AOSONG (GUANGZHOU) ELECTRONICS CO.,LTD., 2019).

 

 

3 Resultados

Os três sensores escolhidos foram conectados ao microcontrolador Arduino Mega, conforme ilustra a Figura 2. O sensor LM35DZ foi conectado à porta analógica A0 do Arduino, o DHT11 foi conectado no pino digital 2, enquanto que o sensor DHT22 foi ligado ao pino digital 3, conforme a Figura 2. Os sensores, mostrados na Figura 1, foram  instalados em um laboratório de pesquisa de área de 20m² interno a um prédio localizado na região central da cidade de Cachoeira do Sul . A Tabela 1 apresenta as medições de temperatura num período de 24 horas para o dia dez de julho de 2019. Nesta Tabela a primeira coluna apresenta o horário local do dia, a segunda coluna mostra a temperatura medida pelo sensor DHT11, a terceira coluna a medição realizada pelo DHT22 e a quarta coluna a medida de temperatura realizada pelo sensor LM35DZ. Na Tabela 1 pode ser observado que as medidas realizadas pelos três sensores descrevem o padrão de temperatura diário, com máximas durante o dia e mínimas durante o período noturno. Além disso, pode-se observar que em ambientes internos a diferença de temperatura medidas por estes três sensores é praticamente desprezível.

 

Figura 2 - Conexão arduino e sensores de temperatura

 

Tabela 2 – Medidas de temperatura para o dia 10/07/2019.

Horário (h)

DTH11 (ºC)

DHT22 (ºC)

LM35DZ (ºC)

0

18,00

18,00

17,55

1

17,50

17,50

17,41

2

17,20

17,20

16,90

3

17,00

16,90

16,71

4

16,70

16,60

16,32

5

16,50

16,50

16,33

6

16,20

16,40

16,27

7

15,80

15,90

15,85

8

16,50

16,60

16,55

9

17,70

17,80

17,93

10

19,20

19,50

19,52

11

20,60

20,70

20,58

12

21,80

22,00

22,13

13

22,20

22,50

22,50

14

22,10

22,20

22,16

15

22,30

22,30

22,18

16

22,20

22,10

22,02

17

21,60

21,50

21,45

18

20,40

20,30

20,28

19

19,70

19,80

19,64

20

19,40

19,40

19,39

21

19,10

19,10

19,00

22

18,80

18,80

18,90

23

18,40

18,50

18,33

24

18,60

18,50

18,42

 

 

4 Conclusões

            Os sensores LM35, DHT11 e o DHT22, que foram utilizados nos ensaios experimentais, apresentaram boa concordância nas medições de temperatura, mostrando uma diferença de aproximadamente 1% nas medições. Assim, para ambientes internos, afastados de fonte de calor, qualquer um dos sensores descritos pode ser utilizado. Cabe ressaltar que para ambiente externo os sensores não foram testados, pois o DHT11 e o DHT22 possuem restrições à longa exposição solar.

 

Agradecimentos

Agradecimentos especiais à FAPERGS e ao Programa Institucional de Voluntário em Iniciação Científica PIVIC - UFSM.

 

Referências

AOSONG(GUANGZHOU) ELECTRONICS CO.,Ltd. Temperature and humidity moduleDHT11Product Manual[Internet]. [cited 2019 ago 12].Available from: http://blogmasterwalkershop.com.br/arquivos/datasheet/Datasheet%20DHT11.pdf

MARTINAZZO CA, ORLANDO T. Comparação Entre Três Tipos de Sensores de Temperatura em Associação Com Arduíno.  Perspectiva. 2016; 40(151): 93-104.

PEREIRA TSS, ARAÚJO JWB, FERRANDO DFC, KAKUNO EM. Confiabilidade De Sensores Utilizados Com O Arduino E Ruído Da Entrada Analógica[Internet];2016; Bagé, RS ,Brasil. 2016. [cited 2019 ago 12].Available from: https://sites.unipampa.edu.br/pibid/files/2017/11/encif-2016_confiabilidade_de_sensores_utilizados_com_o_arduino_e_ruido_da_entrada_.pdf

SILVA JLS et al. Plataforma Arduino integrado ao PLX-DAQ: Análise e aprimoramento de sensores com ênfase no LM35. In:  XIV Escola Regional de Computação Bahia, Alagoas e Sergipe (ERBASE) [Internet]; 2014;  Feira de Santana, Bahia. 2014. [cited 2019 ago 12].Available from: https://www.researchgate.net/profile/Michelle_Cavalcante/publication/305771112_Plataforma_Arduino_integrado_ao_PLX-DAQ_Analise_e_aprimoramento_de_sensores_com_enfase_no_LM35/links/58343f9208aef19cb81f55b6/Plataforma-Arduino-integrado-ao-PLX-DAQ-Analise-e-aprimoramento-de-sensores-com-enfase-no-LM35.pdf

TEXAS INSTRUMENTS. LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors[internet].; 2017 [cited 2019 ago 12]. Available from: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf



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