====== 温度計(温度制御機能付き) ======
===== 概要 =====
温度センサー(LM35DZ)を利用した温度計を製作しました。温度表示だけでは面白くありませんので、以下のような機能を実装しました。
* 現在温度、最小温度、最大温度、平均温度を表示する。
* 温度制御機能を実装する。(設定した閾値を上回ると制御出力が出る)
===== 動作原理 =====
* 温度センサーにはLM35DZを使用します。
* その出力を増幅せずにPIC入力とします。(10倍程度に増幅するのが一般的のようですが...)
* PICのA/D変換のVref+を+2.5Vとします。
* これで精度が2.44mV(2.5V÷1024)になります。
* LM35DZの出力は、温度係数が10.0mV/℃ なので約0.25℃単位の測定が出来ます。(充分ですね)
* 温度表示画面では、現在温度、最小温度、最大温度、平均温度を計算し1秒周期で表示します。
* 温度制御画面では、閾値(threshold)の変更や、温度制御(上限制御のみ実装)をするか否かの設定が出来ます。
* 閾値を上回ると、ブザー音(0.1秒)、LED(点滅周期が短くなる)、リレーONを出力します。
* 閾値を下回ると、ブザー音(0.1秒)、LED(点滅周期が遅くなる)、リレーOFFを出力します。\\ ヒステリシス制御します。例えば、閾値が22℃である場合、\\ リレーがONとなるのは、現在温度が23℃以上になったときです。\\ リレーがOFFとなるのは、現在温度が21℃以下になったときです。
* 閾値は、PICのEEPROMに記憶しますので電源をOFFにしても、次回ON時には閾値を再設定する必要はありません。
※温度制御には、制御の安定化のために、ヒステリシス制御を採用したかったのですが、mikro-Cのフリー制限(2Kワード)を超えてしまい諦めました。￫何とか実装できました。
※同様に、温度制御(下限制御)も実装を諦めました。
===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-165811.png}}
===== ソースコード =====
スイッチ入力、平均温度等の見直しをした最終版
//**********************************************************************
#define RELAY PORTB.F4
#define SW1 PORTA.F5
#define SW2 PORTB.F0
#define SW3 PORTB.F1
#define SW4 PORTB.F2
//**********************************************************************
static unsigned int nowData, maxData, minData, aveData, thresholdData;
static unsigned char buf[8], sw3, sw4;
//**********************************************************************
void interrupt(){
if (PIR1.TMR1IF == 1) {
PIR1.TMR1IF = 0;
PORTA.F4 = ~PORTA.F4;
if (sw3 == 0)
sw3 = (SW3 == 0) ? 1 : 0;
if (sw4 == 0)
sw4 = (SW4 == 0) ? 1 : 0;
}
}
//**********************************************************************
void IntToStrEx(int number, char *buf)
{
IntToStr(number, buf);
buf[7] = 0x00;
buf[6] = buf[5];
buf[5] = '.';
}
//**********************************************************************
void buzzer()
{
Pwm_Start();
Delay_ms(100);
Pwm_Stop();
}
//**********************************************************************
void ThermoCntl()
{
// 温度制御をするかしないかを判断する。
if (SW2 == 1) {
Lcd_Custom_Out(1, 9, "<----->"); // 温度制御しない。
RELAY = 0;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
} else {
Lcd_Custom_Out(1, 9, ""); // 温度制御する。
// 制御出力をONにするかを判断する。
if ((nowData > thresholdData) && (RELAY == 0)) {
buzzer();
RELAY = 1;
T1CON.T1CKPS1 = 0;
T1CON.T1CKPS0 = 1;
}
// 制御出力をOFFにするかを判断する。ヒステリシス制御！
if ((nowData < (thresholdData - 10)) && (RELAY == 1)) {
buzzer();
RELAY = 0;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
T1CON.T1CKPS0 = 0;
}
}
//
if (sw3 == 1) { // 閾値を＋１する。
sw3 = 0;
if (thresholdData < 990)
thresholdData = ((thresholdData / 10) + 1) * 10;
Eeprom_Write(0, thresholdData & 0xFF);
Eeprom_Write(1, ((thresholdData >> 8) & 0xFF));
}
//
if (sw4 == 1) { // 閾値をー１する。
sw4 = 0;
if (thresholdData > 0)
thresholdData = ((thresholdData / 10) - 1) * 10;
Eeprom_Write(0, thresholdData & 0xFF);
Eeprom_Write(1, ((thresholdData >> 8) & 0xFF));
}
// 閾値温度を表示する。
IntToStrEx(thresholdData, buf);
Lcd_Custom_Out(2, 1, "threshold->");
Lcd_Custom_Out(2, 12, &buf[3]);
}
//**********************************************************************
void main()
{
unsigned int ad2, tmp;
unsigned char cnt, flg;
//
OSCCON = 0b01110000; // 内臓クロックを8Mhzに設定する。
CMCON = 0b00000111; // コンパレータは使用しない。
ANSEL = 0b00000100; // A/D変換はAN2を使用する。
TRISA = 0b00101100;
TRISB = 0b00000111;
// タイマー１を設定する。
PIE1.TMR1IE = 1;
PIR1.TMR1IF = 0;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
T1CON.T1CKPS0 = 0;
T1CON.TMR1ON = 1;
//
ADCON1.VCFG1 = 1;
ADCON1.VCFG0 = 0;
//
Lcd_Custom_Config(&PORTA, 6, 7, 0, 1, &PORTB, 5, 6, 7);
Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
Lcd_Custom_Cmd(Lcd_Clear);
//
Pwm_Init(5000); // 5Khz
tmp = (PR2 << 2) / 2;
CCPR1L = tmp >> 2;
CCP1CON.F6 = tmp & 0b00000001;
CCP1CON.F7 = (tmp & 0b00000010) >> 1;
buzzer();
//
RELAY = 0;
nowData = 0;
maxData = 0; // 0℃
minData = 1000; // 100℃
aveData = 0; // 0℃
thresholdData = Eeprom_Read(1);
thresholdData = thresholdData << 8;
thresholdData = thresholdData | Eeprom_Read(0);
if ((thresholdData < 0) || (thresholdData > 990))
thresholdData = 0;
cnt = 0;
sw3 = sw4 = 0;
flg = 0;
//
INTCON.PEIE = 1; // これ以降の処理で割り込みを許可する。
INTCON.GIE = 1; // これ以降の処理で割り込みを許可する。
//
while (1) {
for (cnt = 0; cnt < 60; cnt++) {
ad2 = Adc_Read(2);
nowData = (int)((double)ad2 * 2.44);
maxData = maxData < nowData ? nowData : maxData;
minData = minData > nowData ? nowData : minData;
aveData += nowData;
// 画面をクリアする。
// Lcd_Custom_Cmd(Lcd_Clear);
// 現在温度を表示する。
IntToStrEx(nowData, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 1, "now");
Lcd_Custom_Out(1, 4, &buf[3]);
// 温度制御画面に切り替えるかをチェックする。
if (SW1 == 0) {
ThermoCntl();
//
Delay_ms(1000);
continue;
}
// 最大温度を表示する。
IntToStrEx(maxData, buf);
Lcd_Custom_Out(2, 8, " max");
Lcd_Custom_Out(2, 12, &buf[3]);
// 最小温度を表示する。
IntToStrEx(minData, buf);
Lcd_Custom_Out(2, 1, "min");
Lcd_Custom_Out(2, 4, &buf[3]);
// 平均温度を表示する。
if (flg == 0)
tmp = aveData / (cnt + 1);
else
tmp = aveData / (cnt + 2); // 前回の平均温度を考慮する。
IntToStrEx(tmp, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 9, "ave");
Lcd_Custom_Out(1, 12, &buf[3]);
//
Delay_ms(1000);
}
aveData = aveData / 60; // 前回の平均温度を考慮する。（引き継ぐ）
flg = 1;
}
}
//**********************************************************************
(旧版)
ヒステリシス制御に対応した版です。
//**********************************************************************
#define RELAY PORTB.F4
#define SW1 PORTA.F5
#define SW2 PORTB.F0
#define SW3 PORTB.F1
#define SW4 PORTB.F2
//**********************************************************************
unsigned int nowData, maxData, minData, aveData, thresholdData;
unsigned char buf[10];
//**********************************************************************
void interrupt(){
if (PIR1.TMR1IF == 1) {
PIR1.TMR1IF = 0;
PORTA.F4 = ~PORTA.F4;
}
}
//**********************************************************************
/*
void Pwm_Change_DutyEx(unsigned int duty_ratio)
{
CCPR1L = duty_ratio >> 2;
CCP1CON.F6 = duty_ratio & 0b00000001;
CCP1CON.F7 = (duty_ratio & 0b00000010) >> 1;
}
*/
//**********************************************************************
void IntToStrEx(int number, char *buf)
{
IntToStr(number, buf);
buf[7] = 0x00;
buf[6] = buf[5];
buf[5] = '.';
}
//**********************************************************************
void buzzer()
{
Pwm_Start();
Delay_ms(100);
Pwm_Stop();
}
//**********************************************************************
void ThermoCntl()
{
// 温度制御をするかしないかを判断する。
if (SW2 == 1) {
Lcd_Custom_Out(1, 9, "<----->"); // 温度制御しない。
RELAY = 0;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
} else {
Lcd_Custom_Out(1, 9, ""); // 温度制御する。
// 制御出力をONにするかを判断する。
if ((nowData > thresholdData) && (RELAY == 0)) {
buzzer();
RELAY = 1;
T1CON.T1CKPS1 = 0;
}
// 制御出力をOFFにするかを判断する。ヒステリシス制御！
if ((nowData < (thresholdData - 10)) && (RELAY == 1)) {
buzzer();
RELAY = 0;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
}
}
//
if (SW3 == 0) { // 閾値を＋１する。
if (thresholdData < 990)
thresholdData = ((thresholdData / 10) + 1) * 10;
Eeprom_Write(0, thresholdData & 0xFF);
Eeprom_Write(1, ((thresholdData >> 8) & 0xFF));
}
//
if (SW4 == 0) { // 閾値をー１する。
if (thresholdData > 0)
thresholdData = ((thresholdData / 10) - 1) * 10;
Eeprom_Write(0, thresholdData & 0xFF);
Eeprom_Write(1, ((thresholdData >> 8) & 0xFF));
}
// 閾値温度を表示する。
IntToStrEx(thresholdData, buf);
Lcd_Custom_Out(2, 1, "threshold->");
Lcd_Custom_Out(2, 12, &buf[3]);
}
//**********************************************************************
void main()
{
unsigned int ad2, tmp;
unsigned char cnt;
//
OSCCON = 0b01110000; // 内臓クロックを8Mhzに設定する。
CMCON = 0b00000111; // コンパレータは使用しない。
ANSEL = 0b00000100; // A/D変換はAN2を使用する。
TRISA = 0b00101100;
TRISB = 0b00000111;
// タイマー１を設定する。
PIE1.TMR1IE = 1;
PIR1.TMR1IF = 0;
T1CON.T1CKPS0 = 1;
T1CON.T1CKPS1 = 1;
T1CON.TMR1ON = 1;
//
ADCON1.VCFG1 = 1;
ADCON1.VCFG0 = 0;
//
Lcd_Custom_Config(&PORTA, 6, 7, 0, 1, &PORTB, 5, 6, 7);
Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
// Lcd_Custom_Cmd(Lcd_Clear);
//
Pwm_Init(5000); // 5Khz
tmp = (PR2 << 2) / 2;
CCPR1L = tmp >> 2;
CCP1CON.F6 = tmp & 0b00000001;
CCP1CON.F7 = (tmp & 0b00000010) >> 1;
buzzer();
//
RELAY = 0;
nowData = 0;
maxData = 0;
minData = 1000;
thresholdData = Eeprom_Read(1);
thresholdData = thresholdData << 8;
thresholdData = thresholdData | Eeprom_Read(0);
if ((thresholdData < 0) || (thresholdData > 990))
thresholdData = 0;
cnt = 0;
//
INTCON.PEIE = 1; // これ以降の処理で割り込みを許可する。
INTCON.GIE = 1; // これ以降の処理で割り込みを許可する。
//
while (1) {
aveData = 0;
for (cnt = 0; cnt < 60; cnt++) {
Lcd_Custom_Cmd(Lcd_Clear);
ad2 = Adc_Read(2);
nowData = (int)((double)ad2 * 2.44);
maxData = maxData < nowData ? nowData : maxData;
minData = minData > nowData ? nowData : minData;
aveData += nowData;
// 現在温度を表示する。
IntToStrEx(nowData, buf);
Lcd_Custom_Out(1, 1, "now");
Lcd_Custom_Out(1, 4, &buf[3]);
// 温度制御をするかをチェックする。
if (SW1 == 0) {
ThermoCntl();
//
Delay_ms(500);
continue;
}
// 最大温度を表示する。
IntToStrEx(maxData, buf);
Lcd_Custom_Out(2, 9, "max");
Lcd_Custom_Out(2, 12, &buf[3]);
// 最小温度を表示する。
IntToStrEx(minData, buf);
Lcd_Custom_Out(2, 1, "min");
Lcd_Custom_Out(2, 4, &buf[3]);
// 平均温度を表示する。
IntToStrEx(aveData / (cnt + 1), buf);
Lcd_Custom_Out(1, 9, "ave");
Lcd_Custom_Out(1, 12, &buf[3]);
//
Delay_ms(500);
}
}
}
//**********************************************************************
ヒステリシス制御に対応する前の版です。
(編者注：保管されておらず、復元不可でした）
===== 動作確認 =====
全体構成です。制御部、スイッチ部、表示部より構成されます。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-170457.png?500}}
制御部です。
上側が低電圧電源、リレー(125VAC、1A)、中央右側がLM35DZ(温度センサー)、下側がPIC16F88です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-170507.png?500}}
スイッチ部です。
左側から、画面切り替え、温度制御ON/OFF、閾値UP、閾値DOWN、黒い丸い物が圧電スピーカです。
右上の青いボリュームは、LCD(液晶)の輝度調整用の物です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-170519.png?500}}
LCD(液晶表示)です。16文字2列の物です。
現在温度(now)、最小温度(min)、最大温度(max)、平均温度(ave)を0.5秒周期で表示しています。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-170537.png?500}}
温度制御画面です。
現在温度が、20.7℃、閾値(threshold)が22.0度、温度制御OFFの状態です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-170551.png?500}}
温度制御画面です。
現在温度が、20.7℃、閾値(threshold)が22.0度、温度制御ONの状態です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200429-170604.png?500}}
画像では紹介できませんが、現在温度が閾値を上回ると、ブザー音(0.1秒)、LED(点滅周期が短くなる)、リレーONとなります。
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