Proyecto: Control de Temperatura con PID usando Arduino y JavaFX

1. Descripción del problema

Se implementa un sistema de control de temperatura utilizando un termistor, una resistencia calefactora, un MOSFET y un Arduino, todo supervisado desde una interfaz gráfica en JavaFX. El sistema debe mantener una temperatura deseada (setpoint) siguiendo un perfil temporal, aplicando control PID sobre una señal PWM que regula la potencia del calefactor.

2. Análisis del problema

El sistema se compone de los siguientes entes principales:

• Sensor (NTC): mide la temperatura actual.
• Actuador (MOSFET + Calefactor): aplica potencia al sistema térmico.
• Microcontrolador (Arduino): realiza la lectura del sensor y aplica la señal PWM.
• Aplicación JavaFX: ejecuta el algoritmo PID, visualiza y coordina la interacción.

3. Requerimientos y casos de uso

Casos de uso definidos:

• CU1: Iniciar la lectura de temperatura y sincronización Arduino ↔ PC.
• CU2: Controlar la temperatura según un perfil cargado desde un archivo CSV.
• CU3: Cambiar entre modo simulado y real sin necesidad de recompilar el código.

Pruebas ejecutadas:

• Verificación de lectura de temperatura real vs simulada.
• Control exitoso del MOSFET con señales PWM.
• Estabilidad y respuesta ante distintos parámetros PID.

4. Diseño

4.1 Arquitectura general

La solución se basa en una arquitectura por capas que separa el controlador PID, el modelo de perfil térmico, la vista gráfica y la capa de comunicación serial.

4.2 Diagrama de clases (UML)

Representación de la relación entre los componentes principales:

4.3 Diagrama de secuencia para el caso de uso CU1 (Inicio)

Secuencia de sincronización y lectura inicial:

5. Implementación

El código está dividido en módulos Java:

• PIDController.java: controlador PID puro.
• UartManager.java: maneja comunicación serial con Arduino.
• MainView.java: interfaz gráfica y lógica de ejecución.
• TemperatureProfile.java: gestiona el perfil térmico.
• HeaterSimulator.java: permite pruebas sin hardware.

Los archivos contienen documentación con comentarios compatibles con Javadoc. Por ejemplo:

6. Pruebas

Algunos resultados observados:

Captura 1: temperatura real siguiendo setpoint

La temperatura sigue correctamente el perfil cargado desde el archivo CSV.

Captura 2: prueba en modo simulado

Se puede verificar el comportamiento del PID sin hardware conectado.

Dificultades

• El valor inicial de K_p causaba sobreimpulso y oscilaciones.
• Errores de sincronización con el Arduino (resuelto con delays y confirmación por byte).
• Lectura incorrecta del float por endianess, resuelto usando little-endian manualmente.

7. Código fuente

El código completo del proyecto está comprimido en el siguiente enlace:

Descargar código fuente del proyecto (.zip)

Este archivo contiene:

• Carpeta src/ con todo el código fuente Java.
• Sketch de Arduino en arduino_pid_temp.ino.
• Archivo perfil.csv con el perfil de temperatura.
• README.md