====== 簡易湿度計V3(オートレンジ) ======
===== 概要 =====
以前に製作した、簡易湿度計の強化見直しを図りました。
<強化ポイント>
* 印加信号の発生回路を省き、PICの内蔵モジュールで代替を行う。
* レンジ切り替えを行い精度の向上を図る。
* 調整を不要とする。
===== 動作原理 =====
湿度センサーに直列に接続した抵抗(R:10kΩ)に、信号(500Hz矩形波)を印加すると、湿度に応じて、湿度センサーのインピーダンス(r)が変化するため、抵抗(R)の両端電圧(V)が変化します。
これらの条件(結果)より、演算を行い湿度を求めます。
===== 動作原理(ハードウェア) =====
◎湿度センサー
HS-15Pを使用します。本センサーの詳細については、簡易湿度計を参照して下さい。
◎印加信号発生
PIC内蔵のCPPモジュールをPWMモードで使用し、約500Hzの矩形波(デューティ50%)を発生させます。
この信号をHS-15Pの入力信号(V1)として印加します。この信号をPICでA/D変換して取り込みます。
◎信号の増幅
HS-15Pの出力信号(V2)を、インピーダンス変換(ボルテージフォロア)した後(V2同等)で、11倍に増幅(V3)します。
11倍に増幅する前と後の信号を各々PICでA/D変換して取り込みます。
===== 動作原理(ソフトウェア) =====
◎信号の取り込み
V1、V2、V3の電圧をA/D変換して取り込みます。
取り込む際には、信号の矩形波の立ち上がっている期間を、5回取り込みその平均値を求めます。
◎インピーダンスの算出
HS-15Pのインピーダンス(r)は、オームの法則で求めることができます。
インピーダンス(r)=(V1-V2)÷(V2÷10kΩ)
◎レンジ切り替え
11倍された電圧(V3)の値が、4900mV以下であれば、信号が飽和(saturate)していないと判断し、上記の式のV2の変わりに、V3を1/11した値を、V2とみなし計算します。
◎インピーダンス￫湿度への換算
算出したインピーダンス(r)を、下表のテーブルを使用して、簡易的な方法で湿度に変換します。
尚、このテーブルで採用している値は、HS-15Pの25℃の時の特性値です。
|<450px>|
^ 湿度範囲 ^^ インピーダンス範囲 ^^ 1/10単位のインピーダンス ^
| 20% | 40% | 8MΩ | 220kΩ | 389kΩ |
| 40% | 60% | 220kΩ | 23kΩ | 9.85kΩ |
| 60% | 80% | 23kΩ | 3.5kΩ | 975Ω |
| 80% | 100% | 3.5kΩ | 750Ω | 138Ω |
===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-154612.png}}
===== ソースコード =====
//**********************************************************************
/*
＜簡易湿度計Ｖ３（オートレンジ）＞
*/
//**********************************************************************
//LCD
sbit LCD_RS at RA6_bit;
sbit LCD_EN at RA7_bit;
sbit LCD_D7 at RB7_bit;
sbit LCD_D6 at RB6_bit;
sbit LCD_D5 at RB5_bit;
sbit LCD_D4 at RB4_bit;
sbit LCD_RS_Direction at TRISA6_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISA7_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB7_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB6_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB4_bit;
//
#define BYTE unsigned short
#define WORD unsigned int
#define DWORD unsigned long
//**********************************************************************
//■関数宣言
extern void main();
extern WORD ADC_Get_Sample_Average(unsigned short channel);
//**********************************************************************
//■A/D変換（5回平均）関数
WORD ADC_Get_Sample_Average(unsigned short channel)
{
WORD ad;
short cnt;
//
while (ADC_Get_Sample(2) > (1024 * 0.1)) {
}
while (ADC_Get_Sample(2) < (1024 * 0.9)) {
}
//
ad = 0;
for (cnt = 0; cnt < 5; cnt++) {
ad += ADC_Get_Sample(channel);
}
return (ad / 5);
}
//**********************************************************************
//■抵抗→湿度変換関数(HS-15P)
struct tbl {
short s;
short e;
long s_r;
long e_r;
long n_r;
} hygro_tbl[4] = {
{20, 40, 8000000, 220000, 389000},
{40, 60, 220000, 23000, 9850},
{60, 80, 23000, 3500, 975},
{80, 100, 3500, 750, 138}
};
short hygro_cnv(long h)
{
if ((hygro_tbl[0].s_r >= h) && (hygro_tbl[0].e_r <= h)) {
h = (h - hygro_tbl[0].e_r) / hygro_tbl[0].n_r;
h = hygro_tbl[0].e - h;
return (h);
}
if ((hygro_tbl[1].s_r >= h) && (hygro_tbl[1].e_r <= h)) {
h = (h - hygro_tbl[1].e_r) / hygro_tbl[1].n_r;
h = hygro_tbl[1].e - h;
return (h);
}
if ((hygro_tbl[2].s_r >= h) && (hygro_tbl[2].e_r <= h)) {
h = (h - hygro_tbl[2].e_r) / hygro_tbl[2].n_r;
h = hygro_tbl[2].e - h;
return (h);
}
if ((hygro_tbl[3].s_r >= h) && (hygro_tbl[3].e_r <= h)) {
h = (h - hygro_tbl[3].e_r) / hygro_tbl[3].n_r;
h = hygro_tbl[3].e - h;
return (h);
}
}
//**********************************************************************
//■メイン関数
void main()
{
long v1, v2, v3, r;
char buf[16];
int cnt;
//
OSCCON = 0b01110000;
ANSEL = 0b00011100;
TRISA = 0b00111111;
TRISB = 0b00000110;
//
ADC_Init();
//
Lcd_Init();
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
Lcd_Out(1, 1, "hygrometer v3");
Delay_ms(1000);
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
Lcd_Out(1, 4, "%");
Lcd_Chr(1, 16, 0xF4);
Lcd_Out(2, 5, "mV");
Lcd_Out(2, 14, "mV");
//
PWM1_Init(500); //500Hz
PWM1_Set_Duty(PR2 / 2);
PWM1_Start();
//
while (1) {
v1 = 0;
for (cnt = 0; cnt < 200; cnt++) {
v1 += ADC_Get_Sample_Average(2);
}
v1 = v1 / 200;
v2 = 0;
for (cnt = 0; cnt < 200; cnt++) {
v2 += ADC_Get_Sample_Average(3);
}
v2 = v2 / 200;
v3 = 0;
for (cnt = 0; cnt < 200; cnt++) {
v3 += ADC_Get_Sample_Average(4);
}
v3 = v3 / 200;
//
v1 = (double)v1 * 4.8828125;
v2 = (double)v2 * 4.8828125;
v3 = (double)v3 * 4.8828125;
if (v3 < 4900) {
v2 = v3 / 11;
Lcd_Chr(2, 16, '_');
} else {
Lcd_Chr(2, 16, ' ');
}
r = (double)(v1 - v2) / ((double)v2 / 10000);
//
ByteToStr(hygro_cnv(r), buf);
Lcd_Out(1, 1, buf);
LongToStr(r, buf);
Lcd_Out(1, 8, &buf[3]);
WordToStr(v1, buf);
Lcd_Out(2, 1, &buf[1]);
WordToStr(v2, buf);
Lcd_Out(2, 9, buf);
}
}
//**********************************************************************
===== 動作確認 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-154927.png?500}}
(編者注：壊れた画像しか保管されておりませんでした)
左上:湿度、右上:HS-15Pのインピーダンス、左下:HS-15Pの入力電圧、右下:HS-15Pの出力電圧
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-155011.png?500}}
左側<黄色(100mV/DIV):HS-15Pの入力電圧、青色(100mV/DIV):HS-15Pの出力電圧>
右側<黄色(100mV/DIV):HS-15Pの入力電圧、青色(20mV/DIV):HS-15Pの出力電圧>
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-155025.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-155030.png}}
<精度向上へ向けての課題>
* 周囲の温度に応じた、温度補償を行う必要があります。
* インピーダンスから湿度への変換方式を見直す必要があります。(対数演算など)
このページは稲崎様の閉鎖したHPのコピーで、著作権は稲崎様にあります。[[elechobby:picdic:picdic|詳細]]
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