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 / 10.0

ESP32 (3.3V ADC reference, 12-bit, LM35 powered by 5V):

V_out(mV) = analogRead(pin) × 3300.0 / 4095.0
Temperature(°C) = V_out / 10.0

Code 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°F

Ứng 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: