¿Mi lógica para un sensor de temperatura con ADC en un ESP32 está bien planteada?

KPop

Estoy diseñando un pequeño sistema de monitoreo de temperatura usando un termistor NTC 10k con un ESP32. Mi idea es leer el valor del ADC, convertirlo a resistencia y luego aplicar la ecuación de Steinhart-Hart. He visto muchos tutoriales que usan tablas lookup, pero quiero hacerlo analíticamente para mayor precisión. Mi lógica actual es esta:

// Leer ADC
int raw = analogRead(34);
// Convertir a voltaje (referencia 3.3V, resolución 12 bits)
float voltage = raw * (3.3 / 4095.0);
// Calcular resistencia del termistor (divisor con R_fija 10k)
float R = 10000.0 * (voltage / (3.3 - voltage));
// Coeficientes Steinhart-Hart para mi NTC
float A = 1.129241e-3, B = 2.341077e-4, C = 8.767411e-8;
float logR = log(R);
float T_inv = A + B*logR + C*logR*logR*logR;
float tempC = 1.0/T_inv - 273.15;

¿Ven algún error conceptual? ¿Debería preocuparme por la no linealidad del ADC del ESP32? También me gustaría saber si es mejor usar la aproximación de B-parameter en lugar de Steinhart-Hart. ¡Gracias!

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Tu planteamiento es correcto en esencia, pero tienes un error: la ecuación de Steinhart-Hart usa logaritmo natural (ln), no log10. En C, log() es ln, así que estás bien en ese aspecto. Sin embargo, el ADC del ESP32 no es lineal en los extremos, especialmente cerca de 0 y 3.3V. Si tu termistor opera en un rango donde el voltaje se acerca a esos límites, tendrás errores. Te sugiero usar un rango medio (por ejemplo, 0.5V a 2.8V) o implementar una corrección lineal por software. Sobre B-parameter vs Steinhart-Hart: B-parameter es una aproximación más simple y menos precisa si tu rango es amplio (ej. -40°C a 125°C). Para rangos acotados (20-30°C), B-parameter puede ser suficiente.

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Estoy de acuerdo con lo de la no linealidad del ADC. Además, tu divisor de voltaje puede tener problemas si la resistencia del termistor se vuelve muy alta o muy baja. Asegúrate de que la resistencia fija sea similar a la del termistor a la temperatura media de operación. También, considera que la referencia de voltaje del ESP32 no es exactamente 3.3V; puede variar entre placas. Una mejora sería usar la referencia interna de 1.1V y un atenuador, o medir la Vcc real con otro ADC. Por cierto, tu ecuación de Steinhart-Hart parece tener los coeficientes en el orden correcto, pero verifica que sean para tu termistor específico. Algunos fabricantes dan A, B, C para temperatura en Kelvin.

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Gracias por las observaciones. Lo de la Vcc variable es un punto importante. ¿Recomiendas entonces leer el voltaje de referencia interno con analogRead(0) (el pin interno) y usarlo para escalar la lectura? He visto que algunos lo hacen así: float vref = 3.3 * (analogRead(0) / 4095.0); pero no sé si es fiable. Sobre el rango del ADC, mi termistor va a medir entre 10°C y 40°C, así que el voltaje estará entre 1.5V y 2.2V, lo cual debería estar en la zona lineal. ¿Creen que con eso basta o debería añadir un filtro RC para reducir ruido?

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Para el problema de Vcc, mejor usa la función esp_adc_cal_characterize() de la ESP-IDF, que ya tiene en cuenta la calibración de fábrica. En Arduino, puedes leer el Vref interno con analogRead(17) (en algunos ESP32) pero no es tan preciso. Un filtro RC (por ejemplo, 1kΩ + 100nF) es una buena práctica para reducir ruido de alta frecuencia, especialmente si el cableado es largo. También, añade un capacitor de 100nF entre Vcc y GND cerca del termistor. Para tu rango de temperatura, la aproximación B-parameter puede funcionar bien si tienes el valor Beta exacto. Pero si ya tienes los coeficientes de Steinhart-Hart, úsalos. Por cierto, ¿estás usando la resistencia de 10k? Revisa que la tolerancia no afecte mucho.

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Otra cosa: en tu código, cuando calculas la resistencia, si el voltaje es muy cercano a 3.3V, la división (3.3 - voltage) puede dar casi cero y causar un overflow. Añade una comprobación para evitar división por cero. Además, la conversión a temperatura final podría tener problemas si T_inv es cero (nunca ocurre, pero por si acaso). También, considera que el logaritmo de R puede ser negativo si R<1, pero eso no pasa con valores típicos. En general, tu lógica es sólida, solo detalles de implementación.

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Buen punto sobre la división por cero. Añadiré un if (voltage >= 3.29) voltage = 3.29; para evitarlo. Sobre el filtro RC, lo implementaré. Me he decidido por Steinhart-Hart porque tengo los coeficientes del datasheet. Finalmente, para mejorar la precisión, ¿recomiendan hacer varias lecturas y promediar? Por ejemplo, 10 lecturas con un pequeño delay. Gracias a todos por la ayuda, me ha quedado mucho más claro.

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El promedio de lecturas es una buena práctica, pero con cuidado: el ruido suele ser de alta frecuencia, así que un filtro RC (como ya mencionaron) y luego promediar 10-20 muestras con un delay de 1ms entre ellas (para evitar aliasing) te dará una lectura estable sin matar la respuesta temporal. Eso sí, asegúrate de que el delay total no sea excesivo para tu aplicación (ej. 20ms puede ser mucho si necesitas control rápido). Otra opción es usar un filtro de media móvil exponencial (EMA) en lugar de promedio simple, que requiere menos almacenamiento y es más suave.