Arduinoで計る,測る,量る

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へいぞういさし
5 years ago
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2 [ 第 4 章 ] 決められた入出力ポートだが逆に使いやすいアナログ入出力もスケッチが用意されていて使い方は簡単本章では,Arduino のアナログ入力として, センサからの出力の代わりにボリュームを用いて, 0V から電源電圧まで変化する電圧を読み取り, この変化した電圧に対応した出力を LED に加えてアナログ入出力のテストを行います. 続いて, アナログ入力の具体例として温度の測定を行います. そのため, 正確に電圧を測定するための基準電圧の設定方法について確認し, 半導体温度センサを実際に接続して温度を測定します. その後, 応用例として湿度を測定するための乾湿球温度計を作ります. 4-1 アナログ入力とアナログ出力マイコンボードとブレッドボードでテスト Arduino のアナログ入力ポートからは,0 数 V の連続的に変化するアナログ電圧を容易に読み取ることができます. 読み取ったアナログデータは,Arduinoに用意されているスケッチにて, 加減乗除はもとよりもっと高度な関数の計算処理も行うことができます. そのため, いろいろなセンサを図 4-1 アナログ入出力の確認

3 analogread() Setup() analogwrite() analogread(0) 図 4-2 アナログ入出力のスケッチ図 4-3 アナログ入力, アナログ出力のテスト回路 38 4

図 5-11 LM35 の測定結果を LCD に表示する配線の内部基準電圧に変更するために,setup 関数で analogreference(internal); の命令を記述してあります. ここでは, 基準電圧として Arduino の内部の基準電圧を使用するので, 温度は次の式で求まります. (1100.0/1024)*indata*0.

4 図 5-11 LM35 の測定結果を LCD に表示する配線の内部基準電圧に変更するために,setup 関数で analogreference(internal); の命令を記述してあります. ここでは, 基準電圧として Arduino の内部の基準電圧を使用するので, 温度は次の式で求まります. (1100.0/1024)*indata*0.1 後は, 表示をクリアして, 次に書き込むカーソルの位置を上段の左端にセットする lcd. clear(), 変数, 文字列を表示するlcd.print(), 次の表示位置を指定するlcd.set Cursor() の各関数を利用して目的を達成しています. このスケッチを利用して,LM35 の測定結果を LCDへ表示したようすを図 5-11 に示します. 5-4LM35DZ LCD 第 4 章で LM35DZ を二つ使用して湿度を測定した結果についても, 結果を LCD に表示するように変更します. 図 5-12 に変更したスケッチを示します. 図 5-13 に測定結果を表示したようすを示します. また, 図 5-14 にはセンサ部分のようすを示します. 62 5LCD

5 図 5-12 湿度を計算で求めるスケッチ 5-4LM35DZLCD 63

図 6-7 PC で日付, 時刻を得る方法 2 GPS 衛星から時刻を得る GPS 受信モジュールを利用し正確な時刻を得る. 位置の検出を行うのでなければ衛星の補足の数が少なくて済み, 室内でも時刻データ得ることができる場合が多いこれらの方法が考えられます. ここでは, 次に示すリアルタイムクロックモジュール RTC1307を使用することにします.

6 図 6-7 PC で日付, 時刻を得る方法 2 GPS 衛星から時刻を得る GPS 受信モジュールを利用し正確な時刻を得る. 位置の検出を行うのでなければ衛星の補足の数が少なくて済み, 室内でも時刻データ得ることができる場合が多いこれらの方法が考えられます. ここでは, 次に示すリアルタイムクロックモジュール RTC1307を使用することにします. このモジュールは Sparkfun 製のモジュールで,DS1307 という IC を搭載し I 2 C のインターフェースをもっています. バックアップ電源として CR1225 電池を搭載しているので, 長期 (9 年以上 ) にわたって,Arduino 側の電源と無関係に時刻を刻むことができます. この他にも I 2 C のインターフェースをもった Arduino 用のセンサも多くあるので, アナログ入力 A 5,A 4 の 2 本のピンで二つ以上のデバイスを接続できます.I/O ピンのあまり多くないマイコンでは助かります RTC モジュール (DS1307) RTC モジュールは, 図 6-8a に示すように 8 ピンの DS1307 と水晶振動子で構成されています. この IC は 5V の動作電圧で, 主な仕様は表 6-1 に示すようになります. 電源の 5V と GND の電源端子, SDA,SCL の I 2 C の端子と 1Hz kHz のクロックを出力することもできる SQW 端子が用意されています. この RTC モジュール基板の端子の穴は 2.54mm ピッチのピンヘッダが利用できるので, このモジュールにピンヘッダをはんだ付けし, ブレッドボードやユニバーサル基板で容易に利用できます. 動作電源が 5V なので 5V 電源の Arduino と直接接続することができます. このリアルタイムクロックモジュールは共立エレショップまたはスイッチサイエンスなどから入手することができます. 76 6I 2 C

7 図 6-8 DS1307 と水晶振動子が実装された RTC モジュール表 6-1 RTC1307 の主な動作仕様 min max 動作電源電圧 (V cc) 4.5V ~ 5.5V 動作時 Logic 1(HIGH) 2.2V ~ Vcc - 0.3V Logic 0(LOW) -0.5V ~ +0.8V バッテリ電圧 2.0V ~ 3.5V 待機時 SCLクロック 100kHz I 2 C クロック図 6-9 Arduino に DS1307 を接続する基板の背面には, 図 6-8b に示すように CR1225 のリチウム電池によるバックアップ電源も用意されています. DS1307の設置方法 DS1307 の動作電源電圧は 5V です. そのため標準の 5V 動作の Arduino と DS1307 との接続は図 6-9 に示すようになります.Arduino のアナログ入力ポート 5 番 (SCL),4 番 (SDA) をDS1307 のSCL 端子, SDA 端子に接続します. アナログ入力ポートですが,Wire ライブラリを利用するときは, この二つのポートがディジタル信号でデータをやりとりする I 2 Cのバスのポートとして割り当てられています. モジュールにピンヘッダをはんだ付けして, ブレッドボードにセットしてテストすることもできるようにします. 使用するときは, 仮配置でなく Arduino 用のユニバーサル基板を使用し,DS1307 のリアルタイムクロックモジュールを取り付けるための 5 ピンのピンソケット,I 2 C バスのプルアップ抵抗 3.3kΩ 2 本を基板に取り付け, はんだ付けします. 6-2I 2 C 77

8 を行います.Arduino で SPI 通信を行う場合は図 7-3 に示すように SPI インターフェースの各信号線にそれぞれディジタルポートの 13,12,11,10 が割り当てられています.SS の 10 番ピン以外はそれぞれ専用のピンが割り当てられ,SPI インターフェースを利用するときはほかには利用できません. 図 7-2 SPI( シリアルペリフェラルインターフェース ) の通信手順図 7-3 Arduino の SPI インターフェース 102 7SPI

7-2ArduinoMAX6675 150 くらいまでは LM35DZ の半導体温度センサで測定できますが, オーブンの内部温度の測定や, てんぷらを揚げるときの油の温度, 炎の温度の測定などを考えると 200 800 くらいの高温の温度測定が必要になります. このような高温の温度測定には熱電対がよく利用されます.

9 7-2ArduinoMAX くらいまでは LM35DZ の半導体温度センサで測定できますが, オーブンの内部温度の測定や, てんぷらを揚げるときの油の温度, 炎の温度の測定などを考えるとくらいの高温の温度測定が必要になります. このような高温の温度測定には熱電対がよく利用されます. スイッチサイエンスのオリジナル商品として, このK 型熱電対センサモジュールキットが発売されています. このセンサモジュールキットを利用すれば, オーブンの内部やローストビーフの温度を測定できます K 型熱電対センサモジュールキットスイッチサイエンスの K 型熱電対センサモジュールキットには,MAXIM 社のMAX6675と基板, 電源バイパスコンデンサ,K 型熱電対用コネクタ, 熱電対センサがセットになっています. 図 7-4は, このキットを組み立てて Arduino のディジタルポートに差し込んだものです. MAX6675 は冷接点補償熱電対 / ディジタルコンバータ IC で, 熱電対からの信号電圧をディジタル変換して SPI のシリアル信号で送出します.Arduino のディジタルポート 13,12,11,10 で SPI の制御信号に接続します. この接続では電源の供給はディジタルポート9 番から- 電源, ディジタルポート 8 番から+ 電源を供給しています. これはテスト時の接続が簡単になり便利ですが, 電源は電源回路から供給し, あまり余裕のないディジタルポートは, ほかの入出力に使うほうがベターです. 図 7-4 K 型熱電対センサモジュールを接続 7-2ArduinoMAX

初期のボードは SD カードドライブが搭載されていましたがサポート外で, そのうち SD カードドライブが外されて販売されていました.V5( 図 9-3) からはマイクロ SD カードドライブが搭載され,SD ライブラリも用意されデータの保存が容易になりました.

10 図 9-2 イーサネットシールドで Arduino がネットワークに参加できる 9-1 イーサネットシールドはイーサネット制御チップとして W5100 を使用しています. この W5100 は TCP/IP のプロトコルスタックをハードウェア上に実装しています. そのため,OS 側にプロトコルスタックをもたなくてすみ,Arduino のようなマイコンでも容易にイーサネットのネットワークに接続できるアプリケーションが実現できます. バージョンによって仕様が異なるこのイーサネットシールドのボードは今まで何回か改訂がありました. 初期のボードは SD カードドライブが搭載されていましたがサポート外で, そのうち SD カードドライブが外されて販売されていました.V5( 図 9-3) からはマイクロ SD カードドライブが搭載され,SD ライブラリも用意されデータの保存が容易になりました年 8 月現在,V6( 図 9-4) になり,SD カードドライブのインターフェースの電圧レベル変換が V5 の抵抗による分圧から 74LVC1G125 のスリーステートのバッファになっています. また,V5 のイーサネットシールドでは, アナログポートの 0 と 1 が 10kΩ で+5V 電源にプルアップされています.V5 のイーサネットシールドを使用して 0,1 のアナログ入力ポートにセンサなどを接続するときは, この 10kΩ の影響を与えないセンサの出力であることを確認する必要があります.V6 のイーサネットシールドのボードでは, アナログポートのプルアップはなくなりました

これにより, 有線ではつなぎにくい場所, 例えば庭の気温, 土中温度, 湿度などの気象情報を無線で PC に送信できるようになり, 利用範囲が広がります.

11 [ 第 10 章 ] 無線対応で応用が広がる XBee でデータ収集 Arduino にセンサを接続して図 10-1 に示すように, 様々な場所の湿度や気温などをモニタできるセンサネットワークを構築し,PC で離れた場所の情報をいつでも確認できるしくみを作ってみます. 図 10-2 に示す XBee を利用することで,Arduino のセンサステーションの無線化を図ります. これにより, 有線ではつなぎにくい場所, 例えば庭の気温, 土中温度, 湿度などの気象情報を無線で PC に送信できるようになり, 利用範囲が広がります本章で使用する XBee XBee の無線モジュールは,ZigBee のメッシュネットには対応していないものです.1 対 1 または 1 対 Nで使用する場合は, この安価な XBee で十分対応できます. 図 10-1 ワイヤレス Private Area Network を XBee で作る XBee

AKI-PIC16F877A開発キット　（Ver1

AKI-PIC16F877A開発キット　（Ver1 STM32F101C8T6 STM32F103CxT6 マイコンキット仕様書 (Ver2012.05.11) この文書の情報は事前の通知なく変更されることがあります本開発キットを使用したことによる損害損失については一切の責任を負いかねます製造上の不良がございましたら良品とお取替えいたしますそれ以外の責についてご容赦ください変更履歴 Version Ver2012.05.08 新規 Ver2012.05.11