7セグメントLED温度計 (2006年 5月)
釧路は涼しいところ…というよりも､春秋は寒い日が多い｡オートバイでのツーリング時は､じわじわと寒くなってきて､しばらくするとブルブルと震えるほど､体が冷えきってしまうことがある｡
現在の外気温を知ることにより､｢着こむタイミングを図ろう｣と作ってみた｡
制御は無し｡スイッチ類も無し｡温度を表示するだけ｡
温度センサーは前回と同様､DS18S20を使用｡
今回の電源はオートバイから取り出す｡ミニ電池ではないから､省電力は考えなくても大丈夫｡それで､見やすい(と思われる)7セグメントLEDを使うことにした｡
基本回路とPICのソフトは､かなりの部分を流用できるので､楽勝～！すぐ出来る｡っと思ったのだが､問題点が続出…｡ 作り直すことにした｡
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1.温度センサーはDS18S20｡
2.表示は3桁の7セグメントLED｡
3.ワンチップマイコンはPIC16F819｡
4.防水は高圧洗車ガンOK｡
5.バッテリー電圧をおまけ表示｡
室内テスト時や薄暗いときは､とてもはっきりきれいに見えるが､直射日光が当たると表示が読めないことが判った｡その対策として､ヒサシのようなカバーを付けてみたのと同時に､取付角度を変えてみたが､…あまり変わらなかった｡
スピードメーターとタコメーターの液晶は､直射日光が当たってもちゃんと見える｡
セグメントLEDが直射日光に弱かったとは気が付かなかった｡
スモーク透明板を貼るとよくなりそう｡
[LEDが日中見にくい問題について情報をいただいた｡]
LEDのカバーに赤いアクリル板を使うと背景が黒くなり、光っている所は赤で透過するので日中の視認性がよくなりますよ（LEDと違う色やスモークだと発光部も減光してしまいます）。
なるほど！それは気付きませんでした｡しかし現在､スモーク透明板で作ってしまいましたので､機会があれば試してみたいと思っています｡ありがとうござました｡
DS18S20デジタル温度センサーの入手
[温度センサーの仕様]
温度範囲：-55ﾟC～+125ﾟC
表示ステップ：0.5ﾟC(ただしその中間を求めることが可能｡)
精度：±0.5ﾟC(ただし-10～85ﾟCの範囲内｡それ意外は±2ﾟC｡)
供給電圧：3.0～5.5V
最大電流：1.5mA(通常1mA)
7セグメントLED
大きさは約25mmx19mm｡1個200円｡
ダイナミック点灯式とは､全桁同時点灯ではなく､1桁ずつ高速に切り替えて表示することにより､ピン数を少なくすることができるもの｡それにより､18ピンPICで表示できるし､コンパクトに組み込むことができそう｡
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表示
表示範囲は､84.7～-9.8の範囲とする｡
表示例としては｢15.2｣､｢07.3｣､｢-2.8｣のようになる｡その範囲だと表示ソフトがあまり難しくならなくて済むはず｡
85ﾟCを超えた場合は｢HHH｣表示とする｡
-9.8ﾟCを超えた場合は｢LLL｣表示とする｡
上限を84.7ﾟCという､半端な数字にしているのには訳がある｡
温度センサーDS18S20の立ち上げ直後の初期状態では｢85｣が入っていて､通常はそれが表示されることはないが､短絡エラー テスト直後に85が表示されたことがあった｡一瞬､とんでもない間違った値が表示されたと勘違いしたので､もし､85が入ったときは､｢---｣表示にすることにした｡
PICを載せる前の電子部品配置状態
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[3端子レギュレーター(5V)]
大きさはTO-92｡最大動作電圧は20V､最大出力電流は150mA｡
今回の使用電圧は12～15V程度で､使用電流は50mA程度だから十分使えると思う｡
また､オートバイ用途に限らず､適当なACアダプターや006Pの9V電池などでも使用できる｡
電流値を実測してみたところ､電圧にかかわらず､25～60mAくらいだった｡
[チップセラミックコンデンサー 10μF]
あっ､しまった｡今気付いた｡入力側にもこれを使ってしまった｡耐圧は16Vなので､ちょっと心配…｡
↓
もっと小さいのに25V10μFが秋月電子通商で取り扱われたので取り替えた｡
また､より小さい10V10μFも秋月電子通商で取り扱われたので､その後製作したものの､5V側に付けた｡
しかしこれがまずかった｡16V10μFとは特性が異なるようで､電源ON後の起動プログラム途中で止まってしまう｡
7セグ表示だけのテストでは､0.1μFの普通のパスコンを付加すると直ったのだが､それに温度センサーを接続すると､温度表示前で止まってしまう｡16V10μFに取り替えると直った｡これがレギュレーター(減圧)発振というものなのか｡解決するまでは何が悪いのかすぐに判らず悩んだ｡
[PICのピンと7セグメントLEDのピン接続配置は番号順ではない]
[7セグメントLEDの抵抗値]
切替なしの1セグメント連続点灯テストでは､5V240Ωで13.9mA､330Ωで10.2mA､470Ωで7.3mAだった｡今度はダイナミック点灯させてみたが､330Ω以下の抵抗値であれば､十分な明度で､あまり大差ないように思えたので､330Ωにした｡
↓
その後､製作したものは､240Ωにした｡直射日光が当たった場合､少しでも明るい方が見えやすくなるようにと思ったから｡
[チップFET/2SK1772]
7セグメントLEDの点灯状態によっては､各桁のカソードコモンに集中した電流が､25mAを超えてしまう｡
すなわち､PICのピンに電流を直接吸い込ませると壊れるかもしれないので､FETを介することにした｡
秋月電子通商で15個入り300円｡絶対最大定格で30V1Aだから､十分使えるはず｡
[水色のダイオードと抵抗]
ダイオードは ､おまじないのようなものかな？設置スペースがきびしいが､1S1588が手持ちであったので追加した｡
抵抗は､センサー部の短絡(ショート)があった場合を考えると､IC保護に入れておくのがよいかな｡短絡時の電流を少なく抑えるためには､抵抗値が大きいほうがよいと思うが､テストしてみたところ､1kΩ以上だとエラーが頻発して不安定になった｡その半分の470Ωを入れることにした｡抵抗の種類は､一般的な1/8Wカーボン皮膜抵抗を使用｡
[バッテリー電圧表示]
ただしこれは､おまけ機能ということで､正確なものではない｡
A/D基準電圧は､手っ取り早いPIC元電圧を使用しているから､3端子レギュレーターの電圧変動により精度が変わってしまう｡
バッテリー電圧は5.12分の1に分圧した｡これはA/D変換のデジタル値(10進数)を､そのまま使うため｡たとえばA/D値が127だとすると､12.7Vになる｡ソフトの処理が簡単に済む｡
分圧抵抗値はハンパな値 になっているが､50ppm(温度影響が少ない)手持ちのもので､1：4.12に最も近くなるものを組み合わせたもの｡また､できるだけ小さくまとめたかったので､ボリューム抵抗は使わないようにした｡
↓
その後､同じものを数個作ったのだが､手持ちの50ppm抵抗が少なくなり､同じ50ppmシリーズの､39.2Ωx1本と19.1Ωx2本並列に変更した｡
抵抗の種類は､1/8Wの金属皮膜抵抗｡
(現在は､1週間ぶりくらいにキーをオンすると､12.5Vくらいの電圧になっている｡)
[A/D(アナログ→デジタル変換)補足]
8.0V～14.0Vの範囲で実測したところ､その範囲内電圧で約0.1V下がる｡
それではソフトで+0.1Vの補正が必要だと思ったのだが､補正なしで､なぜかまーまー正確だった｡
しかし､これは室内ほぼ一定温度での測定なので､温度変化により､精度はもっと悪くなると思わる｡
[電子部品代算出]
･PIC16F819…300円 (秋月電子通商)
･丸ピンICソケット18ピン…50円 (秋月電子通商)
･ポリスイッチ…50円 (秋月電子通商)
･抵抗…全部で50円くらいかな｡
･3端子レギュレーター XC6202P502TB…2個入りで100円なので､1個だと50円 (秋月電子通商)
･チップコンデンサー10μF/16V…2個で20円くらい (秋月電子通商)
･青LED…50円くらい (秋月電子通商)
･7セグメントLED C-533SR…200円 (秋月電子通商)
･FET 2SK1772…15個入りで200円なので､3個だと40円 (秋月電子通商)
合計 約1,300円
ソフト
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電源ON時は約1秒間､全LEDを点灯する｡
LEDは球切れしないはずだが､念のためのチェックモードとしている｡7セグメントLEDは｢8.8.8.｣になる｡
DS18S20の通信タイミングは､今までと同様にPIC内蔵のRCオシレーター4MHzを利用している｡
DS18S20の計測と読み取り処理は短時間であり､ほとんどは待ち時間である｡前回のディープな温度計では､LCDにデーターを送信した後､スリープに入れて省電力にしていた｡
今回は､その待ち時間に､7セグメントLEDのダイナミック点灯処理をする｡
1秒の時間を計るのは､16ビットのタイマー1を250kHzで使用すると､手っ取り早い(オーバーフロー1回で済む｡)ので､内蔵RCオシレーターの周波数を切替て使うことにした｡
周波数とオーバーフロー時間は次のようになる｡
| 31.25kHz | 125kHz | 250kHz | 500kHz |
| 8.388608秒 | 2.097152秒 | 1.048576秒 | 0.524288秒 |
62.5kHzがないがPICの仕様である｡
なお､RCオシレーター周波数の微調整機能を使用し､腕時計のストップウォッチだが､1秒補正してみた｡RCオシレーターなので正確安定度は低いかもしれないが､ちょっとスッキリした気持ちになれた｡
[温度センサー制御とLEDダイナミック点灯制御]
しかし､DS18S20のリセット信号の送受信とデーター通信時は､7セグメントLEDをOFF状態にしている｡それはほんの短時間なのだが､そのときチラツキに見える｡
LCDの時は､1度データーを送れば保持されているが､今回のLEDダイナミック点灯は､1つのPICで制御しているから､ 温度センサー制御とLEDダイナミック点灯制御を同時に動作させることは､かなり難しいプログラムになりそうだ｡
そこで､ごまかし技を考えた｡
7セグメントLEDのOFFと同時に､普通のLEDを点灯させる｡ピカッと一瞬だけ光るが､それに目を奪われて､7セグメントLEDが一瞬消えたことに気が付かない｡
ただし､一瞬だけ光るLEDは明るすぎてはいけない｡明るすぎると､今度はそのLEDの点滅が気になる｡
[センサーの断線と短絡]
断線､短絡､リセットエラー､CRCエラーを､それぞれ､Er1､Er2､Er3､Er4と表示するようにした｡
■PICプログラム DS819_7.src 19.6 KB ←ダウンロード
ケース(機械工作編)
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左下に青LED､右下は温度センサーをバランス良く配置したつもり｡温度センサー取付 部は､風通しをよくするため､横穴を開けてある｡上面はLEDに合わせて､目の細かい金網を半球に整形して取付た｡
しかし､大失敗…｡表示温度が信頼できない｡
3桁の7セグメントLEDが発熱する｡
手で触って少し温かい程度の発熱だが､その熱が温度センサーに伝わってしまう｡オートバイで走れば風通しがよくなり､無視できると思ったのだが､思ったより高い温度表示になり信頼できない｡正確な温度計との比較はしていないが､せっかく信頼できる温度センサーなので､このまま使用するのはやめて､少し離して設置することにした｡ せっかく一体型でコンパクトにまとめようと思ったので残念だが､センサー部をヘッドライトの下に仮設してみたところ､とても良好になった｡
失敗その1…温度センサーを発熱体の近くに設置した｡(7セグメントLEDの発熱)
失敗その2…直射日光が当たると7セグメントLEDが読めない｡(見えない｡)
ケースその2
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今度はディープな温度計のように､曲げ加工の
骨格でやってみる｡
材料は2mm厚のフラットバーだが､曲げやすいよう
に､ディープな温度計同様の溝加工をした｡
溝を深くすると､外アールを小さくすることができる｡
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捨て駒を作って､それに巻き付けるように曲げた｡
合わせ目にはセメダインスーパーXを塗布して､φ2.0mmのアルミピン
を作成して止めてある｡
単純な骨格だが､なかなか手間だった｡
削り出しの方が早かったかもしれない｡
実は適当なフラットバーの手持ち在庫が無く､ホームセンターに買いに
行ったのだが､2mmtは狭巾のものしか売っていなく､手持ち在庫のアン
グル材をカットして､フラットバーにしたのだった｡
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4角にM1.4のタップ加工をして､上下のフタをしたところ｡
別々に作るとピッタリ合わないので､フタを少し大きめに作っておいて､
組み立てた状態で､いっしょに外形切削する｡
緑色のものは､荷造りテープで､加工中のアクリル板キズ防止用｡
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青LEDのR三角部分は､割り出し台を利用して
削り出した｡
□15mmの材料を2つに薪割りカットして､2等辺
三角形を作る｡
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LED配線用の穴も､あらかじめ加工しておく｡
V台はバイスに､くわえる用に作成したもの｡
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底板
ケース全体の厚さを､少しでも薄く見えるように､昔流行った腕時計の
多面カットガラス風のデザインにするため､4mmtを使用した｡
内側のPICチップ部の凹と平面を先に加工する｡
外側を先に加工すると､バイスするのがむずかしくなるので｡
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底の角度削り状況
青LEDのR三角パーツは､M2のネジで取付した｡
防滴仕様として､ネジゆるみ止め剤を塗布してある｡
底板といっしょに切削した｡
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ブラケット
単純な｢コ｣の字形状にした｡
止めネジはM5のトラスネジだが､Ｏリングを使用して､浸水防止をした｡
室内設置とアウトドア使用の対応ブラケット
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当初はオートバイ専用で進めていたのだが､ついでに室内設置用も
いっしょに作ることにした｡
また､それを屋外でも使用できるようにもした｡
背面の凸凹金具｡
これはアウトドア使用時用として､9Vの006P電池を取付できるようにした
もの｡
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9Vの006P電池を付けた状態｡
この方法は､サトー電気の9V006PLEDライトがヒントになった｡
屋外でちょっと使いたいときに便利だと思う｡
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金具はアルミなので､絶縁するための部品を､ジュラコンで旋削した｡
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ブラケットの下地加工は､ほとんどがミーリング加工｡
折り曲げる前に加工しておいた｡
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M5トラスネジ取付部穴の面取については､
ジグを製作して旋削した｡
折り曲げ加工後｡
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ドッキングステーション
室内とアウトドア兼用バージョンの場合､通常は室内の壁などに
常設することになると思うが､その場合はACアダプターを使用する
ことにする｡
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裏側｡
006PソケットとACアダプターのソケットを､アルミ金具で固定しただけの
もの｡
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合体した状態｡
センサー部
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アルミで金具を製作し､エポキシ接着材で固めた｡
反応が悪くならないように､センサー本体は､3mmくらい出してある｡
この金具は､ハンダ付け部の防水と､結束バンドで位置固定するため
のもの｡
オートバイへの取付は､ヘッドライト後のスロットルワイヤーに共締め
取付した｡直射日光が当たらなく､風通しのよい場所｡
なお､線の長さは､約50cm｡
配線止めバンド
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オートバイ取付用に､配線止めバンドを製作した｡
0.5mmのアルミ板に熱収縮チューブを被せて､両面テープで貼付｡
まとめと反省
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[使用結果]
肌寒い時は上半身を温かい服装にするのはもちろ
んだが､ももひき(全足用の肌着)+Gパンで1時間耐
えられるのは､15ﾟCくらいまでで､それより下の気温
になると､風を通さないオーバーズボン必須というこ
とがわかった｡
0.1ﾟCステップ表示については､なかなか良好｡
ソフトの変更だけなのだが､かなり高精度になったよ
うな気がする｡
(マイナス温度表示で少し手こずったが｡)
今回のデジタル温度計はオートバイ用として製作したものだが､汎用として､室温やパソコン内部の温度表示にも使えるようになった｡また､006Pの電池を接続すると､フイッシング時の水温測定やアウトドア用途にも使える｡電池容量が仮に200mAhとした場合､連続でも6時間以上は持つはず｡
LEDのダイナミック点灯について､雨宿りの軒下掲示板にとても参考になる投稿があった｡僕が質問したのではないが､過去記事に埋もれてしまってはもったいないと思い､ここに転載させていただくことにした｡
> バッテリィの電流容量の関係でＬＥＤライトを点滅発光（１０ｍｓ間隔でｏｎ/ｏｆｆ）
> この場合、暗く感じるんでしょうか それとも、暗くは感じない？
デジタル降魔録の〝ぺに〟と申します。
ダイナミック点灯（時分割でＬＥＤを点灯させる方法）ではＬＥＤの点灯時間が１ｍＳ～１．５ｍＳ以下、消灯時間が１０ｍＳになると、人間にはチラつきを感じるようです。
ワタシが以前ＰＩＣを使って作ったモノですが、７セグメント表示器を８個と単体のＬＥＤを２個（合計６６個のＬＥＤ）をダイナミック点灯で表示させたときは、点灯時１ｍＳ、消灯時８ｍＳでまぁまぁ明るかったです。
それ以上消灯時間を増やすとはチラチラした感じが見えるようになってきました。
点灯時間が１ｍＳ以上あれば結構明るく感じますが、消灯時間が１０ｍＳになると少しチラつくと思います。
この場合のチラつきというのは、点滅としているという感じではなく、超高速で瞬きをしているので、見つめていると眼が変な気分になるという・・・？感じです。（文章力がなくてすみません）
ご参考になれば幸いです。