Chisme 147 del Lince: termómetro con micro:bit y LM35

Víctor Vílchez, el Lince de la Noche, apareció en la cueva de Sierra Bermeja con un traje nuevo. Era plateado, tenía hombreras y, en el pecho, un pequeño cuadro luminoso. Termómetro con micro:bit.

—¿Qué es eso? —preguntó la Gata Montesa.

—Mi traje de superhéroe. Lleva un termómetro integrado. Mira: veintiocho grados.

—¿Y para qué lo quieres?

—Pues… para que se vea que llevo un termómetro.

La Gata se acercó, observó el cuadro y miró al Lince por encima de las gafas.

—Víctor, ¿qué hace un superhéroe de verdad?

—Salvar el mundo.

—Pues empieza por entender qué estás midiendo. ¿Sabes qué mide tu termómetro exactamente? ¿Está calibrado? ¿Quién te dice que no marca de más?

—Hombre, es un termómetro…

—Muchos científicos del clima trabajan con medidas de temperatura recogidas durante décadas, con instrumentos calibrados y comparables entre sí. Un solo dato suelto no sirve de mucho. Mil datos bien medidos, sí. ¿Hay una forma mejor de ayudar a salvar el mundo, literalmente, que saber medir bien?

El Lince se miró el pecho. El cuadro seguía marcando veintiocho.

—Vale —dijo—. Empezamos por saber medir.

Introducción

En este chisme 147 vas a construir un termómetro con micro:bit y a hacer lo más importante de la ciencia: medir bien. Compararás dos sensores, el LM35 del kit de Keyestudio y el sensor que ya lleva la propia micro:bit, y los calibrarás con una referencia.

Además aprenderás a emparejar la micro:bit con el navegador para grabar el programa sin arrastrar el archivo y ver los datos en directo.

Practica antes en el simulador del chisme 147, que tiene modo demostración. Si vienes del chisme 146, el LED con micro:bit, ya conoces la placa de ampliación: aquí solo añadimos un sensor.

Es un prototipo educativo. No es un instrumento científico de precisión.

Qué necesitamos

• Una micro:bit y la placa de ampliación del kit Keyestudio ks0361.
• El módulo LM35 (sensor lineal de temperatura) del kit y su cable de tres hilos.
• Un cable micro-USB y un ordenador con Chrome o Edge.
• Un termómetro de referencia (el del aula o el de otra estación meteorológica).

Por qué este chisme

Casi todas las medidas del mundo real se hacen con un sensor que da un número y alguien lo convierte en una magnitud con una unidad. Pero ese número no es la temperatura: es lo que el sensor entiende de ella.

Por eso en ciencia no basta con medir. Hay que comparar con una referencia, ver si dos sensores coinciden y entender por qué no lo hacen. Eso es lo que haremos hoy.

Cómo funciona un LM35

El LM35 es un sensor analógico. A diferencia de un LED, que solo entiende 0 o 1, da una tensión que sube a medida que sube la temperatura. En un LM35 puro, unos 10 milivoltios por cada grado centígrado.

La micro:bit tiene entradas que convierten esa tensión en un número entre 0 y 1023. Es un conversor analógico-digital. Con 3,3 V de referencia, cada unidad del número equivale a unos 3,2 mV.

Para pasar del número a grados hace falta una fórmula:

temperatura = lectura × 3300 ÷ 1023 ÷ divisor

El divisor debería ser 10 (los 10 mV por grado). Pero tenemos una sorpresa.

Conexión

Con el USB desenchufado, conecta el LM35 a la fila 0 de la placa de ampliación (pin P0):

Módulo LM35	Columna de la placa
−	G (negra)
+	V (roja)
S	S (amarilla), fila 0

Usamos P0 porque solo P0, P1 y P2 son entradas analógicas que no comparten pin con la matriz de LEDs.

Antes de programar: emparejar la micro:bit con el navegador

Hasta ahora has grabado el programa descargando un archivo .hex y arrastrándolo a la unidad MICROBIT. Hay una forma más cómoda: WebUSB. El navegador habla directamente con la micro:bit, graba el programa y recibe sus datos.

Necesitas Chrome o Edge (versión 79 o posterior). Firefox y Safari no sirven.

1. Conecta la micro:bit al ordenador con el cable USB, a su propio micro-USB (el de su borde superior, no el de la placa).
2. Abre MakeCode en Chrome o Edge y pulsa Descargar.
3. Si te dice que conectes la micro:bit, pulsa Siguiente.
4. Pulsa Emparejar ahora. El navegador abre una lista.
5. Elige BBC micro:bit CMSIS-DAP (a veces aparece como DAPLink CMSIS-DAP) y pulsa Conectar.
6. Cuando diga «conectado», pulsa Descargar otra vez. El programa se graba solo en la placa, sin arrastrar nada.

A partir de ahora, cada vez que pulses Descargar se graba directamente. Los nombres de los botones pueden variar algo según la versión de MakeCode.

Si en algún momento te ofrece Guardar un archivo, es el método antiguo: guarda el .hex y arrástralo a la unidad MICROBIT. Funciona, pero hoy no hace falta.

Para ver los datos, debajo del simulador aparece Mostrar dispositivo de consola. Ahí llegan los números en directo, con una gráfica.

Hay más información en la documentación de WebUSB de MakeCode.

El programa

Monta estos bloques. Los de color azul oscuro están en Avanzado → Serie y los rojos en Avanzado → Pines:

• al iniciar: mostrar ícono (la carita).
• para siempre:
• serial escribir valor “lm35_C” = (lectura analógica pin P0 × 3300 ÷ 1023 ÷ 20)
• serial escribir valor “microbit_C” = temperatura (°C) (de Entrada)
• pausa 1000 ms
• al presionar el botón A: mostrar número, con redondear (lectura analógica pin P0 × 3300 ÷ 1023 ÷ 20).
• al presionar el botón B: mostrar número temperatura (°C).

Y el mismo programa en JavaScript, por si quieres pegarlo en la pestaña JavaScript de MakeCode:

basic.showIcon(IconNames.Happy)

input.onButtonPressed(Button.A, function () {
    basic.showNumber(Math.round(pins.analogReadPin(AnalogPin.P0) * 3300 / 1023 / 20))
})

input.onButtonPressed(Button.B, function () {
    basic.showNumber(input.temperature())
})

basic.forever(function () {
    serial.writeValue("lm35_C", pins.analogReadPin(AnalogPin.P0) * 3300 / 1023 / 20)
    serial.writeValue("microbit_C", input.temperature())
    basic.pause(1000)
})

Una trampa: usa escribir valor y no «escribir número». «Escribir número» manda el dato sin salto de línea, y la consola se queda esperando.

La sorpresa: ¿por qué dividimos entre 20?

Con la fórmula de la ficha (÷ 10) nuestro LM35 marcó 55 °C en una habitación a unos 27 °C, mientras la micro:bit marcaba 28 °C. La lectura cruda era 172.

172 × 3300 ÷ 1023 ÷ 10 = 55,5 °C. Eso no es creíble. Pero 172 × 3300 ÷ 1023 ÷ 20 = 27,7 °C, y eso sí coincide con la habitación.

Nuestra hipótesis es que este módulo duplica la tensión del LM35. No hemos podido confirmarlo con una ficha, así que lo comprobamos con el dedo: con el divisor 20, al agarrar el sensor sube unos 4 °C, que es razonable. Con divisor 10 habría subido el doble.

Esto es calibrar: comparar con una referencia fiable y ajustar la fórmula para que coincida. El divisor de tu módulo puede ser otro.

Cómo probarlo

1. Conecta el LM35 y la micro:bit al ordenador. Empareja y descarga el programa.
2. Abre la consola: verás lm35_C y microbit_C.
3. Compara con el termómetro de referencia. Si no coincide, ajusta el divisor hasta que lo haga.
4. Pon el dedo sobre el LM35: sube rápido. Suéltalo: baja.
5. Pulsa A y B en la micro:bit para ver los dos valores en la matriz sin ordenador.

Qué estamos midiendo realmente

El LM35 mide la temperatura de su propio cuerpo, que se parece a la del aire si está a la sombra, con ventilación y sin tocarlo. Si le da el sol o lo tocas, mide otra cosa.

El sensor de la micro:bit mide la temperatura de su chip, que se calienta cuando funciona. Por eso suele marcar algo más que el aire y reacciona más despacio. Es un buen ejemplo de dato frente a medida: el dato es un número; la medida es lo que ese número representa.

Además, cada sensor tiene una incertidumbre. Con 3,3 V y 10 bits, cada unidad del número son unos 0,16 °C si el módulo duplica la tensión. Y el ruido del ADC y el cableado añaden más.

Por último, medir una vez no cuenta. Para detectar un cambio de un grado durante años hace falta el mismo sensor, calibrado, medido siempre igual y guardando los datos. Eso es ciencia ciudadana: el sensor mide, el dato se guarda, muchos datos forman un conjunto y de ahí sale una conclusión.

Un sensor de un kit no es un instrumento científico de precisión. Pero sirve para aprender cómo se hace bien.

Para el aula

• Predice: ¿cuántos grados crees que marcará de más la micro:bit respecto al LM35? Escribe una cifra y compruébala.
• Calibra: compara con el termómetro de referencia en tres sitios distintos del aula. ¿El divisor es el mismo en los tres?
• Controla las variables: pon el LM35 al sol, a la sombra y dentro de un cajón. ¿Qué mide en cada caso?
• Mide el tiempo de respuesta: pon el dedo y cronometra cuánto tarda en subir 3 °C. Repite con la micro:bit. ¿Cuál reacciona antes?
• Compara resultados: que cada grupo mida a la vez la misma habitación. ¿Coinciden? ¿Por qué no?
• Debate: ¿qué harías para detectar un cambio de 1 °C a lo largo de un año con este montaje?

Retos

• Reto 1: haz que funcione y compara los dos sensores.
• Reto 2: calibra el divisor con tu termómetro de referencia.
• Reto 3: añade el LED del chisme 146 en otra fila para que se encienda cuando la temperatura pase de 30 °C.
• Reto 4: apunta la temperatura cada 5 minutos durante una clase en una tabla.
• Reto 5: copia los datos de la consola a una hoja de cálculo y haz una gráfica.
• Reto 6: repite la medida a diferentes horas del día y busca un patrón.
• Reto 7: compara tu LM35 con el de otro grupo. ¿Dan lo mismo?
• Reto 8: convierte el proyecto en una pequeña investigación: ¿cuántos grados marca de más la micro:bit, y cambia ese valor a lo largo del día?

Si quieres ir más allá, mira el chisme 23, la estación del tiempo con micro:bit y la calibración en la Wikipedia.

Qué hemos aprendido

Has construido un termómetro con micro:bit, has aprendido a emparejar la placa con el navegador y a grabar sin arrastrar archivos, y has comprobado que dos sensores pueden dar 28 °C y 55 °C a la vez y que hay que calibrar para saber cuál manda.

El Lince se quitó el traje plateado y lo colgó junto a la ventana, con el LM35 asomando a la sombra.

—Mañana lo miro otra vez —dijo—. Y pasado. Y el otro. Y lo apunto todo.

—Ahora sí eres superhéroe —dijo la Gata Montesa—. Los datos son tu superpoder.