Arduinoの基礎 - 温度センサのソースを表示

== 概要 ==
ここでは、温度センサとして人気のあるTMP36とNTCサーミスタ(MF52-103)の使用方法を記載する。<br>
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== TMP36の使用方法 == 
===== TMP36の概要 =====
TMP36は、アナログ出力温度測定ICである。<br>
サーミスタと違い、TMP36において、出力電圧が測定範囲(-40℃〜125℃)では10[mV/℃]とほぼ線形になる。<br>
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温度T[℃]は、次式で得られる。<br>
<math>T[^\circ\mbox{C}] = 100 \times V_{out}[V] - 50</math> … (1)<br>
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正確な計算式はデータシートを参照する。<br>
TMP36のデータシートには次のような記載がある。<br>
[[ファイル:Arduino TMP36 1.png|フレームなし|中央]]
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すなわち、TMP36では、1[℃]ごとに電圧が10[mV]上がり、オフセットが0.5[V]なので、Vout[V]は次式となる。<br>
<math>V_{out} = 0.01[V/^\circ\mbox{C}] \times T[^\circ\mbox{C}] + 0.5[V]</math> … (2)<br>
この(2)式を整理すると、上の(1)式になる。<br>
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入力電圧Vsは、2.7[V]〜5.5[V]である。<br>
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TMP36の接続は下図の通りである。<br>
下図の出力ピンであるVoutを、Arduinoで測定する。<br>
また、パスコンは0.1[μF]のセラミックコンデンサを使用して、TMP36のVsに近い場所に配置する。<br>
[[ファイル:Arduino TMP36 2.png|フレームなし|中央]]
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===== サンプルコード =====
Arduinoを使用してTMP36の出力を読む場合、アナログ入力値を読むことでできる。[[Arduinoの基礎#Arduino.E3.81.A7.E9.9B.BB.E5.9C.A7.E3.82.92.E6.B8.AC.E5.AE.9A.E3.81.99.E3.82.8B.28.E3.82.A2.E3.83.8A.E3.83.AD.E3.82.B0.E5.85.A5.E5.8A.9B.E3.82.92.E8.AA.AD.E3.81.BF.E5.8F.96.E3.82.8B.29|"Arduinoで電圧を測定する(アナログ入力を読み取る)"]]を参照すること。<br>
<code>analogRead()</code>関数の戻り値は、直ちに電圧が得られるわけではなく、0[V]から5[V](または、0[V]から3.3[V])が、0から1023の値となることに注意すること。<br>
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また、SC1602のI2Cアダプタを使用する方法については、[[Arduinoの基礎_-_SC1602#SC1602_I2C.E3.82.A2.E3.83.80.E3.83.97.E3.82.BF.E3.82.92.E5.88.A9.E7.94.A8.E3.81.99.E3.82.8B|"SC1602 I2Cアダプタを利用する"]]を参照すること。<br>
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<code>analogRead()</code>関数でTMP36からの電圧を取得して、SC1602に表示するサンプルコードは以下の通りである。<br>
 <source lang="c++">
 #include <LiquidCrystal_I2C.h>
 
 const int PIN_TMP36 = 1;
 const int LCD_LEN = 16;
 
 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);
 
 void setup()
 {
    // LCD初期化
    lcd.init();
    lcd.clear();
    lcd.backlight();
 }
 
 void loop()
 {
    // TMP36から電圧を取得して温度へ換算
    float a = (float) analogRead( PIN_TMP36 );
    float v = a * 5.0 / 1023.0;
    float t = v * 100 - 50;
 
    // 温度の表示
    char degree_symbol = (char) 223;
    String s = String(t, 1) + degree_symbol + 'C';
    int pos = ( LCD_LEN - s.length() ) / 2;
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(pos, 0);
    lcd.print(s);
 
    // 3秒待つ
    delay(3000);
 }
 </source>
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== NTCサーミスタ ==
===== NTCサーミスタの概要 =====
このセクションでは、NTCサーミスタを用いて、温度を測定する方法について記載する。<br>
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温度を測るアナログICとしては、上記セクションで説明したTMP36もあるが、サーミスタはより安価である。<br>
このセクションで使用するNTCサーミスタは、MF52-103である。<br>
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サーミスタ(thermistor)の名前は、"thermal"(熱)と"resistor"(抵抗器)から由来で、温度変化によって抵抗値が変化する抵抗器のことである。<br>
サーミスタの種類により、変化する温度で抵抗値はいくら変化する(または、抵抗値がいくら変化すれば温度はいくら変化する)という計算ができる。<br>
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サーミスタには大きく分けて、NTCタイプとPTCタイプの2種類ある。<br>
NTCは温度の上昇と共に抵抗値が下がるタイプで、PTCはその逆で温度が上昇すると抵抗値も上昇するタイプである。<br>
一般的に、サーミスタと言えば、NTCタイプのサーミスタのことを指す。<br>
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また、10[kΩ]のNTCサーミスタと言う場合、25[℃]の時に抵抗値が10[kΩ]であることを意味する。<br>
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===== 温度の取得 =====
NTCサーミスタでは、次式で温度が取得できる。<br>
ここで、R0、T0は、それぞれ25[℃]での抵抗値[Ω]と温度[K]である。<br>
<math>R = R_{0} e^{B(\frac{1}{T} - \frac{1}{T_{0}})}</math> … (1)<br>
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例えば、10[kΩ]のサーミスタを使用すると、R0は10[kΩ]、T0は298.15[K](=25[℃])である。<br>
摂氏温度からケルビンに換算する場合は、273.15を加算する。<br>
BはサーミスタのB値と呼ばれる定数で、サーミスタの種類ごとに異なる。<u>Bまたはβとして、データシートに記載されている。</u><br>
なお、MF52-103のB値は、3950である。<br>
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上記の(1)式をTについて解き、抵抗値Rの関数にすると次式(2)となる。<br>
Tはケルビンで得られるので、摂氏への換算は273.15を減算する。<br>
<math>\frac{1}{T} = \frac{1}{B} \ln (\frac{R}{R_{0}}) + \frac{1}{T_{0}}</math> … (2)<br>
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===== 抵抗値の取得 =====
Arduinoを使用してサーミスタの抵抗値を取得する場合、抵抗値を直接測定することはできないが、電圧を測定して抵抗値に変換することでできる。<br>
そこで、次のような分圧回路を構成して、Voutを測定する。<br>
[[ファイル:Arduino TMP36 3.png|フレームなし|中央]]
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ここで、Rはサーミスタの抵抗値、R1は分圧測定のために導入した抵抗である。<br>
例えば、10[kΩ]のサーミスタに対して、R1は10[kΩ]程度とする。<br>
すると、出力電圧Voutの分圧式は次式(3)となり、この式をRについて解くと(4)式となる。<br>
<math>V_{out} = \frac{R_{1}}{R+ R_{1}} V_{in}</math> … (3)<br>
<math>R = (\frac{V_{in}}{V_{out}} - 1)R_{1}</math> … (4)<br>
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なお、この分圧回路で設定したR1をバランス抵抗という。<br>
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__FORCETOC__
[[カテゴリ:Arduino]]