Cảm biến
Series 37 Module Cảm Biến – Nguyên Lý LM35 Analog: Đặc Tuyến 10mV/°C, Đọc ADC Chính Xác & Hiệu Chỉnh Nhiệt Độ
Th7 2026
LM35 là IC cảm biến nhiệt độ analog của Texas Instruments, nổi tiếng vì đặc tuyến cực kỳ tuyến tính và không cần hiệu chỉnh. Bài này giải thích tại sao cần ít nhất 4V để vận hành LM35, cách tính nhiệt độ đúng cho cả Arduino (5V ADC) và ESP32 (3.3V ADC), và phương pháp averaging để giảm nhiễu ADC.
Nguyên Lý Hoạt Động
1. Cấu Trúc Nội Bộ LM35 — Bandgap Reference
LM35 dùng sự chênh lệch điện áp giữa 2 transistor bipolar để đo nhiệt độ:
LM35 — Sơ đồ khối:
VCC (+4V minimum)
│
[Current source]
│
┌──────────────┤
│ Q1 (nhỏ) │ Q2 (lớn hơn N lần)
│ Vbe1 │ Vbe2
│ │
└──────┬───────┘
│ ΔVbe = Vt × ln(N) ∝ Temperature (T Kelvin)
│
[Amplification] ← Khuếch đại ΔVbe × K
│
VOUT = 10mV × T(°C)Phương trình:
- ΔVbe = (k×T/q) × ln(N) — tỉ lệ thuận với nhiệt độ Kelvin
- Sau khi offset và khuếch đại: V_OUT = 10mV × T(°C)
- Tại 0°C: V_OUT = 0V (không phải 0K!)
- Tại 25°C: V_OUT = 250mV
- Tại 100°C: V_OUT = 1000mV = 1V
2. Đặc Tuyến Tuyến Tính
V_OUT (mV)
1500 │ /
│ /
1000 │ / ← 1000mV = 100°C
│ /
500 │ /
│ /
250 │─────────────/───────────── ← 250mV = 25°C
│ /
0 │──────────/────────────────
├──────────────────────────── T(°C)
0 25 50 75 100 150
Độ dốc = 10mV/°C (cố định, rất tuyến tính)3. Yêu Cầu VCC Tối Thiểu 4V
LM35 cần tối thiểu 4V để hoạt động chính xác:
- Internal reference circuit cần headroom điện áp
- Dưới 4V: output không tuyến tính
- Không thể dùng 3.3V — vì vậy với ESP32 phải lấy 5V từ pin VBUS (USB 5V)
Nhưng OUTPUT an toàn với ESP32:
- Tại 150°C: V_OUT = 1.5V < 3.3V → an toàn cho GPIO ESP32
- Không cần level shifter — chỉ cần cấp VCC = 5V, nối output vào ADC
4. Phân Biệt Với Cảm Biến Khác
| LM35 | DHT11 (Bài 01) | DS18B20 (Bài 03) | |
|---|---|---|---|
| Giao tiếp | Analog (10mV/°C) | Digital (1-Wire) | Digital (1-Wire) |
| Độ chính xác | ±0.5°C | ±2°C | ±0.5°C |
| VCC | 4-30V | 3.3-5V | 3-5.5V |
| Thư viện | Không cần | DHT.h | DallasTemperature |
| Đo độ ẩm | Không | Có | Không |
| Ưu điểm | Đơn giản, tuyến tính | Cả nhiệt/ẩm | Waterproof version |
Thông Số Kỹ Thuật
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Điện áp VCC | 4V – 30V (tối thiểu 4V) |
| Dòng tiêu thụ | 60μA |
| Độ nhạy | 10mV/°C |
| Dải đo | -55°C đến 150°C (config đặc biệt), 2°C đến 150°C (cơ bản) |
| Độ chính xác | ±0.5°C tại 25°C, ±1°C toàn dải |
| Thời gian đáp ứng | ~1 giây (không có vỏ kim loại) |
Sơ Đồ Chân (Pinout)
LM35DZ (TO-92 Package) — Nhìn từ mặt có chữ:
┌──────────────────┐
│ LM35DZ │
│ │
└──┬────┬────┬─────┘
│ │ │
VCC VOUT GND
(+) (-)| Chân | Mô tả |
|---|---|
| Pin 1 | VCC (+4V đến 30V) |
| Pin 2 | VOUT — Analog output (10mV/°C) |
| Pin 3 | GND |
Lưu ý phân biệt chân: Nhìn mặt phẳng có chữ “LM35” hướng vào mình, chân từ trái sang phải: VCC, VOUT, GND.
Kết Nối Phần Cứng
LM35 với ESP32 DevKit V1
ESP32 DevKit V1 LM35
───────────────────── ──────────────────────
VIN (5V VBUS) ─────────→ Pin 1 (VCC) ← 5V bắt buộc!
GND ─────────────────→ Pin 3 (GND)
GPIO34 (ADC) ──────────→ Pin 2 (VOUT) ← Input-only, ADC1
Không quên: tụ 100nF từ VCC xuống GND gần chân LM35 (bypass capacitor)GPIO34: ADC1 Ch6, input-only — không bị ảnh hưởng bởi WiFi.
LM35 với Arduino Uno
Arduino Uno LM35
───────────────────── ──────────────────────
5V ─────────────────→ Pin 1 (VCC)
GND ─────────────────→ Pin 3 (GND)
A0 (Analog) ──────────→ Pin 2 (VOUT)Công Thức Chuyển Đổi ADC → Nhiệt Độ
Arduino Uno (5V ADC reference, 10-bit):
V_out(mV) = analogRead(pin) × 5000.0 / 1023.0
Temperature(°C) = V_out / 10.0ESP32 (3.3V ADC reference, 12-bit, LM35 powered by 5V):
V_out(mV) = analogRead(pin) × 3300.0 / 4095.0
Temperature(°C) = V_out / 10.0Code Arduino IDE
Code Nhiệt Kế Cơ Bản — Arduino Uno
/*
* LM35 — Nhiệt kế analog cơ bản
* Board: Arduino Uno
* Kết nối: VCC→5V, GND→GND, VOUT→A0
*
* Công thức:
* V_out(mV) = analogRead(A0) × 5000.0 / 1023.0
* Temp(°C) = V_out / 10.0 (vì 10mV/°C)
*/
const int LM35_PIN = A0;
const float VREF = 5000.0; // mV — điện áp tham chiếu ADC
const float ADC_MAX = 1023.0; // 10-bit ADC
const float MV_PER_DEG = 10.0; // 10mV/°C
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println("=== LM35 Nhiệt Kế ===");
Serial.println("Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F)");
}
float readTemperature() {
int raw = analogRead(LM35_PIN);
float voltage_mV = raw * VREF / ADC_MAX;
return voltage_mV / MV_PER_DEG;
}
void loop() {
float tempC = readTemperature();
float tempF = tempC * 9.0 / 5.0 + 32.0; // Chuyển sang Fahrenheit
Serial.print(tempC, 2); Serial.print("°C | ");
Serial.print(tempF, 2); Serial.println("°F");
delay(1000);
}Code Averaging Để Giảm Nhiễu ADC — Arduino Uno
/*
* LM35 — Averaging: lấy trung bình nhiều mẫu giảm nhiễu ADC
* Board: Arduino Uno
* Kết nối: VCC→5V, GND→GND, VOUT→A0
*
* LM35 output ổn định nhưng ADC Arduino có nhiễu ±1-2 LSB
* Trung bình 10-20 mẫu: nhiễu giảm ~3-4 lần
*/
const int LM35_PIN = A0;
const int SAMPLES = 20; // Số mẫu trung bình
const float VREF = 5000.0;
const float ADC_MAX = 1023.0;
float readTemperatureAveraged(int numSamples) {
long sum = 0;
for (int i = 0; i < numSamples; i++) {
sum += analogRead(LM35_PIN);
delay(10); // Chờ ADC ổn định giữa các lần đọc
}
float avgRaw = (float)sum / numSamples;
float voltage_mV = avgRaw * VREF / ADC_MAX;
return voltage_mV / 10.0; // 10mV/°C
}
// Moving average buffer (không cần delay dài)
const int BUFFER_SIZE = 10;
float tempBuffer[BUFFER_SIZE];
int bufferIndex = 0;
float bufferSum = 0;
bool bufferFull = false;
void addToBuffer(float temp) {
bufferSum -= tempBuffer[bufferIndex]; // Trừ giá trị cũ
tempBuffer[bufferIndex] = temp;
bufferSum += temp; // Cộng giá trị mới
bufferIndex = (bufferIndex + 1) % BUFFER_SIZE;
if (bufferIndex == 0) bufferFull = true;
}
float getMovingAverage() {
int count = bufferFull ? BUFFER_SIZE : bufferIndex;
return count > 0 ? bufferSum / count : 0;
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
memset(tempBuffer, 0, sizeof(tempBuffer));
Serial.println("LM35 Averaging Demo");
Serial.println("Raw(°C) | Moving Avg (°C)");
}
void loop() {
// Đọc 1 mẫu
int raw = analogRead(LM35_PIN);
float singleReading = raw * 5000.0 / 1023.0 / 10.0;
// Thêm vào buffer moving average
addToBuffer(singleReading);
float smoothed = getMovingAverage();
Serial.print(singleReading, 2); Serial.print(" | ");
Serial.println(smoothed, 2);
delay(200);
}Code Báo Động Nhiệt Độ Cao — Arduino Uno
/*
* LM35 — Nhiệt kế với báo động nhiệt độ cao và thấp
* LED xanh: bình thường, LED đỏ: quá nóng, buzzer: cảnh báo
* Board: Arduino Uno
* Kết nối: VCC→5V, GND→GND, VOUT→A0
* LED xanh→Pin9, LED đỏ→Pin10, Buzzer→Pin11
*/
const int LM35_PIN = A0;
const int LED_OK = 9; // Xanh — bình thường
const int LED_ALERT = 10; // Đỏ — quá nóng
const int BUZZER_PIN = 11;
// Ngưỡng cảnh báo
const float TEMP_HIGH = 35.0; // °C — cảnh báo quá nóng
const float TEMP_LOW = 15.0; // °C — cảnh báo quá lạnh (nếu có)
float readTempC() {
long sum = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) { sum += analogRead(LM35_PIN); delay(5); }
return (float)sum / 10.0 * 5000.0 / 1023.0 / 10.0;
}
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(LED_OK, OUTPUT);
pinMode(LED_ALERT, OUTPUT);
pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
Serial.println("Nhiệt kế cảnh báo: [Bình thường 15-35°C]");
}
void loop() {
float temp = readTempC();
Serial.print("Nhiệt độ: "); Serial.print(temp, 1); Serial.print("°C ");
if (temp >= TEMP_HIGH) {
// Quá nóng
Serial.println("⚠ QUÁ NÓNG!");
digitalWrite(LED_OK, LOW);
digitalWrite(LED_ALERT, HIGH);
// Beep nhanh
for (int i = 0; i < 3; i++) {
digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH); delay(100);
digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW); delay(100);
}
} else if (temp <= TEMP_LOW) {
// Quá lạnh
Serial.println("⚠ QUÁ LẠNH!");
digitalWrite(LED_OK, LOW);
digitalWrite(LED_ALERT, HIGH);
digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH); delay(300);
digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
} else {
// Bình thường
Serial.println("✓ Bình thường");
digitalWrite(LED_OK, HIGH);
digitalWrite(LED_ALERT, LOW);
digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
}
delay(1000);
}Code ESP32 — LM35 ADC 12-bit
/*
* LM35 — ESP32, ADC 12-bit (0-4095)
* Board: ESP32 DevKit V1
* Kết nối: VCC→VIN(5V), GND→GND, VOUT→GPIO34
*
* QUAN TRỌNG: LM35 cấp 5V từ VIN pin (USB power)
* VOUT kết nối GPIO34 (ADC1, max 3.3V → safe)
*/
const int LM35_PIN = 34; // ADC1 Ch6
const float VREF_MV = 3300.0; // ESP32 ADC reference: 3.3V = 3300mV
const float ADC_MAX = 4095.0; // 12-bit
float readTempC() {
long sum = 0;
for (int i = 0; i < 20; i++) {
sum += analogRead(LM35_PIN);
delay(5);
}
float avgRaw = (float)sum / 20.0;
float voltage_mV = avgRaw * VREF_MV / ADC_MAX;
return voltage_mV / 10.0; // 10mV/°C
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
analogSetAttenuation(ADC_11db); // Đọc 0-3.3V đầy đủ
Serial.println("=== LM35 ESP32 (12-bit ADC) ===");
}
void loop() {
float tempC = readTempC();
float tempF = tempC * 1.8 + 32;
Serial.printf("Nhiệt độ: %.2f°C | %.2f°F\n", tempC, tempF);
delay(1000);
}Kết Quả Mong Đợi
=== LM35 Nhiệt Kế ===
Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F)
27.30°C | 81.14°F
27.25°C | 81.05°F
27.35°C | 81.23°FỨng Dụng Thực Tế
| Ứng dụng | Chi tiết |
|---|---|
| Nhiệt kế phòng | Hiển thị trên LCD 1602 (Bài 35) |
| Bảo vệ quá nhiệt | Tắt máy khi T > 70°C |
| Ghi log nhiệt độ | Lưu vào SD card (Bài 36) theo giờ |
| Bộ điều nhiệt | Điều khiển relay quạt/máy lạnh |
| Theo dõi nhiệt độ pin | Cảnh báo khi pin Li-Ion quá nóng |
Lưu Ý Khi Sử Dụng
1. VCC phải tối thiểu 4V — không dùng 3.3V
Dưới 4V: internal reference circuit không đủ headroom → output phi tuyến → nhiệt độ đo sai. Với ESP32: lấy 5V từ pin VIN (khi kết nối USB hoặc nguồn ngoài ≥ 5V).
2. Thời gian đáp ứng chậm
LM35 TO-92 package đo nhiệt độ chính xác nhưng chậm (~60 giây để cân bằng nhiệt với môi trường). Để đo nhanh hơn: nhúng vào chất lỏng, dùng quạt mini, hoặc dùng DS18B20 waterproof.
3. Nhiễu ADC — averaging cần thiết
ADC Arduino nhiễu ±1-2 LSB tương đương ±0.5-1°C. Lấy trung bình 10-20 mẫu cải thiện đáng kể. ESP32 ADC nhiễu lớn hơn và phi tuyến → cần averaging nhiều hơn (20-50 mẫu).
4. Đo âm độ cần mạch bổ sung
Dưới 0°C: V_OUT âm (ví dụ -10°C = -100mV). Arduino/ESP32 ADC không đọc được điện áp âm. Cần mạch offset (level shift) +2.5V hoặc dùng LM35 DZ (bù offset).
Bài tiếp theo: