Biological Engineering

Example
Example 1: Low-Cost Temperature Measurement and Control System
Problem:
A farmer wants to develop a low-cost measurement and control system to help address
heat and cold stresses in confined livestock production. Specifically, the farmer wants to
maintain the optimal indoor temperature of 18° to 20°C for a growing-finishing pig barn.
A heating/cooling system needs to be activated if the temperature is lower or higher than
the optimal range. The aim is to make a simple indicator to alert the stock handlers when
the temperature is out of the target range, so that they can take action. (Automatic
heating and cooling control is not required here.) Design and build a microcontroller-
based measurement and control system to meet the specified requirements.
Solution
Complete the recommended steps discussed above.
Step 1. Understand the problem.
• Functions—We need a system to monitor the ambient temperature and make
alerts when the temperature is out of the 18° to 20°C range. The alert needs to
indicate whether it is too cold or too hot, and the size of the deviation from that
range.
• Environment—As a growing-finishing pig barn can be noisy, we will use a visual
indicator as an alert rather than a sound alert.
• Existing sensors or actuators—For this example, assume that heating and cooling
mechanisms have been installed in the barn. We just need to automate the
temperature monitoring and decision-making process.
• Frequency—The temperature in a growing-finishing pig barn usually does not
change rapidly. In this example, let’s assume the caretakers require the
temperature to be monitored every second.
• Precision—In this project, let’s set the requirements for the precision at one
degree Celsius for the temperature control.
Step 2. Identify the appropriate sensors and/or actuators.
The sensor that will be used in this example to measure temperature is the Texas
Example 
2.1.1
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Instruments LM35. It is one of the most widely used, low-cost temperature sensors in
measurement and control systems in industry. Its output voltage is linearly
proportional temperature, so the relationship between the sensor output and the
temperature is straightforward.
We will use an RGB LED to light in different colors and blink at different rates to
indicate the temperature and make alerts. This type of LED is a combination of a red
LED, a green LED, and a blue LED in one package. By adjusting the intensity of each
LED, a series of colors can be made. In this example, we will light the LED in blue
when a temperature is lower than the optimal range, in green when the temperature
is within the optimal range, and in red when the temperature is higher than the
optimal range. In addition, the further the temperature has deviated from the optimal
range, the faster the LED will blink. In this way, we alert the caretakers that a heating
or cooling action needs to be taken and how urgent the situation is.
Figure 
2.1.9
: Texas Instruments LM35 precision centigrade temperature sensor in the LP
package and its pin configuration and functions (from LM35 datasheet
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
).