elechobby:picdic:pic16f88:57

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

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

ThermoMeter2.c
//********************************************************************** 
 
#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, "<Upper>");	// 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。

ThermoMeter2old2.c
//********************************************************************** 
 
#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, "<Upper>");	// 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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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