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2014年9月22日 (月)

PICで作るお手軽サーミスタ温度計 (2) - ソース付き

この記事を書いて2年近くサーミスタでの温度測定の方法とその精度や誤差について書いてきたのですが、今この記事を読み返すと精度に不満があります。この記事にあるソースを利用される方は計算式の部分だけ

にあるものを利用していただければと思います。

  「サーミスタで正確な温度を求める方法 - 抵抗値-温度変換計算の精度と誤差

(2015.06.23)
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PICで作るお手軽サーミスタ温度計」で概要と言うか理論というかそういうのを書きましたが、せっかくですのでもう少し具体的に紹介しておきます。

なおこの方法で作った温度計の精度をチェックした結果が
  「温度センサー3種の精度比較(摂氏0度~40度編)
にあります。

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まず構成はこんなことになっています。
Imgp2588580px

A: PIC16F1938のAN0ピン/サーミスタ端子の電圧を測ります。
B:  〃 AN4ピン/これもサーミスタ端子の電圧を測ります。
  ANピンはたくさんあるのでサーミスタの増設も容易です。
C: /MCLRのプルアップ抵抗です。10kΩ
D: TXピンに接続されたLED/シリアル出力を確認するためです。Lowで点灯するようにします。
E: サーミスタに直列に接続される抵抗(サーミスタのR0と同じくらいの抵抗を使います)
F: サーミスタ(この写真ではサーミスタの代わりに10kΩの抵抗がついています)
G: I2Cバスのプルアップ抵抗です。
H: パスコン
I: シャントLDOレギュレータ(5V ==> 3.3V)
J: レギュレータの発振防止のコンデンサー
K: I2C接続キャラクタLCDモジュール 16x2行 白色バックライト付(ACM1602NI-FLW-FBW-M01)
L: コントラスト調整用の半固定抵抗
M: パスコン
O: バックライト用LEDの(追加の)電流制限抵抗(300Ω)
P: プログラム書き込み用/PICKit3に接続されています。
Q: 電源(5V)へ接続されています。

この写真ではサーミスタが出払っていたので代わりに抵抗を使っています。

AN0とAN1はもちろん二箇所の温度を測るためですが、ここではテストの意味もあっておなじサーミスタの電圧を測っています。
それなのに温度(右側の表示)が違うのはヘンだと思われるかもしれませんが、電圧(左側の表示)は一致しています。温度が違うのは下にあるようにサーミスタと直列に入った抵抗の抵抗値が違うものとして計算しているからです。

測定結果は(電圧だけですが)シリアルに出力しています。ここではLEDで出力されていることを確かめているだけですが、背景にあるICL3232などを使えばPCと接続することが可能でExcelで取り込んで温度の時間的な変化を分析するというようなことができます。

本題と離れますがLCDのバックライトがとても明るかったので追加の電流制限抵抗を入れました。

ソースは一式ダウンロードできるようにしました。
ソースはmain.cのコメントにもありますが
  PIC 16F1938
  MPLAB X IDE v2.15
  MPLAB(R) XC8 C Compiler Version 1.32
で実際に動作を確認したものです。他の機種やコンパイラでもほとんど修正せずに
使えるのではないかと思います(他のPICのI2Cの操作については「I2Cのソース - PIC12F1822/16F1705/16F1938/18F26K22 - LCD(ACM1602)を例にして」が参考になると思います)
  

  「ダウンロード Thermistor.zip (8.2K)

ソースの次の部分は実際に使うサーミスタや直列に入れる抵抗の抵抗値、Vddに合わせて変更した上で使用していただければと思います。

    float Rs[2]={9860,9970};        // サーミスタと直列に入れた抵抗の抵抗値
                                    // [0] 金属皮膜抵抗 1%
                                    // [1] 金属皮膜抵抗 0.5%
    float Rr[2]={10000,10000};      // +/-1% サーミスタのT=25deg.Cでの抵抗値
    float B[2]={3380,3380};         // +/-1% サーミスタのT=25deg.CでのB係数
    float Ch[2] ={0.0015, 0.0015} ; // 熱拡散係数
    float Vdd[2] = {3.3,3.3}; // Rref. = Vdd

温度を算出する関数getTmpThermistor()の中で自己発熱の影響を除くための補正を行っています。
計算に使用している熱拡散係数はサーミスタを無風の空気中におくという前提です。
気温を測るといった目的であれば自己加熱補正の計算はそのまま使っていただいて差し支えないのですが、放熱がいい状態つまり液体にひたすとか金属製のものに接触する面積が大きいとか強制空冷状態で使うとかいうことであれば補正はしないほうがいいでしょう。
計算式を修正しなくても上のChを0.0にすれば補正なしになります。

main.c
  毎秒一回温度を測りその結果をLCDに表示しシリアルに出力します。
  データの16進表示やシリアル出力の関数なども含まれています。
  温度を算出する方法やその背景については次の記事にあります。
  「サーミスタで温度を測る - 温度と抵抗値の相互変換 - B定数について
  「サーミスタによる温度測定の精度
  「サーミスタ温度計の精度を調べる - 1
  「PICで作るお手軽サーミスタ温度計

skI2Clib.c/skI2Clib.h
  I2Cのライブラリーです。これは
  「きむ茶工房ガレージハウス - 気圧センサーで大気圧と標高を測定して見ます(MPL115A1)(MPL115A2)」
  にあるものをつかわせていただきました。

skI2CACM1602lib.c/skI2CACM1602lib.h
  LCDのライブラリーです。こちらは
  「秋月電子I2C接続小型LCDモジュールに表示を行う
 
  を元にしたのですが、LCDが別物なので実際に使う
  ACM1602NI-FLW-FBW-M01
  に合わせて修正しました。
  またリンク先の記事にあるソースはI2Cの初期化をLCD_Init()の中でやって
  あるのですが、これはmain()で行うようにしました。


測定方法

R1の抵抗がソースにあるRsに相当します。
サーミスタの抵抗値10kΩは摂氏25度でのものです。摂氏0度では27kΩくらいにもなります。
Thermistor

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コメント

ここでも発振防止にコンデンサが使われているのですね(≧∇≦)
少しずつでも分かってきて嬉しいです\(^o^)/

はい、これけっこう発振しやすいもののようで秋月でもコンデンサー同梱で売ってました (^^;;
最近電子回路というのはたいていのものは基本を積み重ねていけばそんなに難しいものではないような気がしてきました。
お互い腕を磨いて競いあいましょう (^^)

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