温度計(LM35DZ直結)(PIC16F876)
概要
LM35DZを使用した温度計を良く見かけます。そこでは大抵、LM35DZの出力をオペアンプを利用して、10倍に増幅してから処理をしています。
<10倍に増幅するメリット>
- 温度係数が、10.0mV/℃と小さいので10倍にすると温度係数を100.0mV/℃とすることが出来る。
- そうすることにより、小数点以下の単位まで温度を測定することが出来る。
- つまり、PICのA/Dの精度では、最小単位が約5mVなので、(A/DのVref+が5Vの場合、5mV≒5V÷1023)
- 増幅をしないと、0.5℃が限度となるが、
- 10倍に増幅すると、0.05℃までの精度で測定が可能となる。
<10倍に増幅するデメリット>
- 部品点数(オペアンプ+抵抗)が多くなる。
- 増幅率を10倍に精度よく調整するのは結構難儀。
- 温度測定範囲が0~50℃(5V≒50×100mV)と半減してしまう。
0.05℃までの精度を求めると増幅も致し方無いのですが、増幅をしなくても、もう少し精度(せめて倍)を上げることはできないものでしょうか?
<LM35DZの規格>
- 摂氏(℃)に比例(直読可能)した電圧出力(例:20℃のとき、出力200mV)
- 測定温度範囲:0~100℃
- 精度:±1℃
- 温度係数:10.0mV/℃
- 電源電圧:DC4V~20V、低消費電流:60μA
- 低出力インピーダンス:0.1Ω
動作原理
A/D変換のVref+が5Vの場合には、最小分解能が≒5mV(5V÷1023)となりますが、PICの規格では、Vref+を2.5Vまで下げることが出来るので、最小分解能を、≒2.5mVとすることができ、単純に倍の精度を得ることが出来ます。
つまり、温度で換算すると、0.5℃単位を0.25℃単位まで、精度を高めることが出来ることになります。
また、測定温度範囲も、0~100℃までと半減することなくカバーできます。
何よりも最大のメリットは、ハードウエア的に調整する箇所が無いということだと思います。
回路的には、LM35DZの直結の値と10倍増幅の値の両方を測定し、温度換算した値を5桁の7セグメントLEDにダイナミック点灯方式で表示させました。
<四捨五入の仕方>
LM35DZの出力が125mV(12.5℃)とした場合、これを小数点以下の温度を四捨五入すると13℃になります。
これをプログラムでは次のようにして実現します。
int i;
i = 125 / 10; // i は整数型なので、小数点以下が切り捨てられて12となる。
if ((125 - (i * 10)) >= 5) {
i++; // i の値は、13となる。
回路図
ソースコード
- thermometer.c
//********************************************************************** #define SEG1 PORTC.F5 #define SEG2 PORTC.F4 #define SEG3 PORTC.F3 #define SEG4 PORTC.F2 #define SEG5 PORTC.F1 //********************************************************************** static unsigned char segTbl[13] = { 0b10111110, // 0 0b10100000, // 1 0b11011010, // 2 0b11110010, // 3 0b11100100, // 4 0b01110110, // 5 0b01111110, // 6 0b10100110, // 7 0b11111110, // 8 0b11110110, // 9 0b01000000, // - 0b11111111, // all-on 0b00000000, // all-off }; //********************************************************************** unsigned char ChangeSegData(unsigned char c) { switch (c) { case '0': c = (segTbl[0]); break; case '1': c = (segTbl[1]); break; case '2': c = (segTbl[2]); break; case '3': c = (segTbl[3]); break; case '4': c = (segTbl[4]); break; case '5': c = (segTbl[5]); break; case '6': c = (segTbl[6]); break; case '7': c = (segTbl[7]); break; case '8': c = (segTbl[8]); break; case '9': c = (segTbl[9]); break; case '-': c = (segTbl[10]); break; case '*': c = (segTbl[11]); break; case ' ': c = (segTbl[12]); break; default: c = (segTbl[10]); break; } return(c); } //********************************************************************** static unsigned char dat1, dat2, dat3, dat4, dat5, datCnt; void interrupt(){ if (INTCON.T0IF == 1) { INTCON.T0IF = 0; // SEG1 = 1; SEG2 = 1; SEG3 = 1; SEG4 = 1; SEG5 = 1; // switch (datCnt) { case 0: PORTB = ChangeSegData(dat1); SEG1 = 0; datCnt++; break; case 1: PORTB = ChangeSegData(dat2); SEG2 = 0; datCnt++; break; case 2: PORTB = ChangeSegData(dat3); SEG3 = 0; datCnt++; break; case 3: PORTB = ChangeSegData(dat4); SEG4 = 0; datCnt++; break; case 4: PORTB = ChangeSegData(dat5); SEG5 = 0; datCnt = 0; break; default: break; } } if (PIR1.TMR1IF == 1) { PIR1.TMR1IF = 0; PORTC.F0 = ~PORTC.F0; } } //********************************************************************** void main() { unsigned int ad0, ad1, tmp; unsigned char buf[10]; // TRISA = 0b00001011; TRISB = 0b00000000; TRISC = 0b00000000; OPTION_REG = 0b00000000; // ad0を使用する。 ADCON1.PCFG3 = 0; ADCON1.PCFG2 = 1; ADCON1.PCFG1 = 0; ADCON1.PCFG0 = 1; // CCP1モジュールは使用しない。 CCP1CON.CCP1M3 = 0; CCP1CON.CCP1M2 = 0; CCP1CON.CCP1M1 = 0; CCP1CON.CCP1M0 = 0; // CCP2モジュールは使用しない。 CCP2CON.CCP1M3 = 0; CCP2CON.CCP1M2 = 0; CCP2CON.CCP1M1 = 0; CCP2CON.CCP1M0 = 0; // タイマー０を設定する。 INTCON.T0IE = 1; INTCON.T0IF = 0; OPTION_REG.T0CS = 0; OPTION_REG.PSA = 0; OPTION_REG.PS2 = 1; OPTION_REG.PS1 = 0; OPTION_REG.PS0 = 1; // 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; // PORTC = 0xFF; datCnt = 0; dat1 = ' '; dat2 = ' '; dat3 = ' '; dat4 = ' '; dat5 = ' '; // 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) { ad0 = Adc_Read(0); // 温度センサーの出力をオペアンプで10倍した値。 ad1 = Adc_Read(1); // 温度センサーの出力をそのままの値。 // 小数点以下の温度を四捨五入する。1度＝100mV ad0 = (int)((double)ad0 * 2.48); if ((ad0 - ((ad0 / 100) * 100)) >= 50) ad0 = (ad0 / 100) + 1; else ad0 = (ad0 / 100); IntToStr(ad0, buf); dat5 = buf[4]; dat4 = buf[5]; // 小数点以下の温度を四捨五入する。1度＝10mV ad1 = (int)((double)ad1 * 2.48); if ((ad1 - ((ad1 / 10) * 10)) >= 5) ad1 = (ad1 / 10) + 1; else ad1 = (ad1 / 10); IntToStr(ad1, buf); dat2 = buf[4]; dat1 = buf[5]; // dat3 = '-'; Delay_ms(500); } } //**********************************************************************
動作確認
向かって、左が、オペアンプを経由したときの値、右が直結のときの値です。
指でLM35DZに触れて温度を変化させても、両方の差は殆どありません。
如何ですか?
温度の小数点以下を四捨五入して表示する程度の精度を望むなら、部品点数も少なくとてもシンプルで宜しいかと。。。
その時には表示桁数も2~3桁で十分ですね。