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 30年ぶりに復活した隊長の電子工作指令本部

・レンジと分解能

まず分解能ですが、室温なので表示は小数第一位までで十分でしょう。
しかしながら、希望の7セグLEDは、4桁モノしか手に入らなさそうです。
これはなんとかするとしても、本作では目玉機能の傾向表示があります。

温度変化の傾向検出は、以前の温度と現在の温度を比較し、上がって
いれば暖かくなって来ている、下がっていれば寒くなって来ていると判断
します。
変化の傾向は、なるべく早く検出出来た方が良いに決まっていますが、
精度と分解能がこれを左右します。

例えば、1時間に1℃以上上昇したら、暖かくなって来たと判断するとします。
1℃単位でしか計測出来ない温度計ならば、最低1時間が必要ですが、0.1℃
単位で測れる温度計ならば、6分で判断出来る事になります。

ではどの程度の分解能が必要か・・。直感的には、0.1℃単位では不足な
ような気がします。
そこで、レンジを狭くして、分解能を高くしておきましょう。ということで、12Bitの
ADを使うとして4095段階、キリ良く、0.01℃単位の分解能で0℃~40.95℃
とするのはどうでしょう。
下限は、温度センサの仕様により、実際には2℃~になります。これは仕方
ないとして、40.95℃ というのは、やや微妙ですねぇ。。

家の中ってそんなに暑くなる事あるでしょうか。夏場に日差しの当たる部屋を
締め切ると有り得る?我が家では暑さに弱いペットがいるので、そうならない
ようにしていますが。。
そもそも、0.01℃単位にしても、センサーやADの誤差により、そこまで正確に
測れないとも思われますが、このキリの良さは魅力的です。

そいういうわけで、レンジ 2℃~40.95℃、分解能0.01℃(通常表示は0.1℃)
という仕様に決定する事にします。

・傾向検出の指標

傾向の度合いは3段階が希望です。
少しずつ変化、普通に変化、急に変化・・なかなか良いですねぇ。

次に、どの程度変化したら、普通に変化したとするのか考えてみます。
とりあえず、天気予報の最低最高気温を参考にして、気温差が10℃以上あれば
寒暖の差が激しいと言って良いと思われます。最低気温から最高気温になるのに
大体8時間かかりますね。
「8時間の間に10℃前後変化すれば、普通に変化している」と決めてみます。

有効な検出単位が0.05℃だとすると、0.05÷(10℃÷8時間) ≒ 最長144秒で
普通に変化している事を検出出来る事になります。
急な変化はその1/4の、36秒で、0.05℃以上変化したら・・
ゆっくりはその2倍の、288秒で、0.05℃以上変化したら・・
という具合です。
実際に、0.05℃がそれなりの精度で測れるかどうかは判りませんが、目安は
決まったので、後は実際使ってみて調整するとします。

・センサーゲイン

本作では、温度センサーにLM35DZを用います。
このセンサーからは、駆動電圧とは無関係に、1℃あたり10mVの出力が得ら
れます。理論上は0℃で0Vなので、25℃では250mVとなりますが、実際の
計測可能範囲は、2℃(20mV)~100℃(1V) となっています。

先に示した通り、本作では、
・レンジ仕様: 2.00℃~40.95℃
・センサー出力: 20mV~409.5mV
・12BitAD値 : 200~4095(分解能0.01℃)
の範囲で使用します。

精度を上げるべくADの基準電圧(VREF)は電源電圧にせず、VREFで与えます。
dsPIC33FJ32GP204 では、VREFは2.7V~AVDD(本作3.3V)となっているので
VREF=3.0V を与える事にします。
そして、センサー出力が409.5mVの時、ADの入力がVREF(3.0V)と丁度同じ
電圧になるように増幅してやる事で、12BitAD値が4095になるようにします。
つまり、3000÷409.5=7.326倍のゲインが必要となります。

ゲインは抵抗で設定しますが、実際に選べる抵抗値には限りがあるので、誤差も
含めVREFの方で微調整出来るようにします。

 

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