【授業☆しょ~かい 】『IoT不法侵入者警戒システム』をつくろう!~温度センサのAD変換プログラム~電子技術科(都留キャンパス)No.157

2020年01月27日

こんにちは。あんどくんです。
電子技術科をPRしているよ!
みんな、令和2年もリアルに応援よろしくね (*´ω`)/
今日、令和2年1月23日(木)は、3,4限に2年生の『通信工学実習』におじゃましたんだ。この授業では『IoT不法侵入者警戒システム』をつくるために、これに必要な技術を基礎から学んでいるんだよ。

 

IoT』では、マイコンがいろんなセンサと『シリアル通信』しながらシステムを動かしているんだよ。
これまでに『ラズパイ』とセンサ間での『シリアル通信』について学んできたんだ。

 

前回は、具体的に『ラズパイ』 と『AD変換IC (MCP3002) 』からなる『シリアル通信システム』を設計して、ブレッドボード上に組み立てたんだよ。 下の写真が、完成した『シリアル通信システムだよ。

また『シリアル通信』の手順にしたがって『シリアル通信システム』の『AD変換プログラム』を、PADで設計したんだ。

 

このシステムでは、可変抵抗を使った『可変電圧発生回路』を『疑似センサ回路』としているんだよ。『疑似センサ回路』から出力されたアナログ電圧を『AD変換IC』でデジタル信号に変換するんだ。このデジタル信号を『シリアル通信』で 『ラズパイ』に送信するんだよ。

 

さっそく、つぎの手順で『シリアル通信システム』の『AD変換プログラム』を作成していくことになったんだよ。

  • [0]『プログラム設計図』を『Python言語』でコーディング
  • [1] AD変換プログラム』をデバッグ
  • [2] AD変換値を電圧値に変更して表示
  • [3] 演習Ⅰ: 『疑似センサ回路』を『温度センサ回路』に変更
  • [4] 演習Ⅱ: 『疑似センサ回路』を『光センサ回路』に変更

 

サンプル・プログラムを参考にしながら、 作成した 『プログラム設計図』を『Python言語』でコーディングしていくんだ。

 

プログラムは、こんな風になるんだよ。

 

コーディングしたら『 AD変換プログラム』を実行して、動作を確認するんだ。

 

プログラムが正常に動作すると、AD変換された 『疑似センサ回路』の出力電圧が、0.5秒間隔でモニタに表現されるんだ。

 

もしプログラムが正常に動作しなければ、デバッして『バグ』を取り除いていくんだよ。

 

プログラムが完成した人は、AD変換値を電圧値としてモニタに表示できるように、プログラムを変更するんだ。
電圧値が 3.3V のとき AD 変換値が 1024 だから、ADされた値を value、そのときの電圧値を V とおくと、つぎの比例式:

      3.3 : 1024 = V : value

が成り立つよね。この式から得られる次式:

  V = ( 3.3 / 1024 ) *  value

を使えばいいんだよ。

というわけで、全員、電圧値をモニタに表示できたんだよ!

 

ここから先は、実験室2に移動して【演習Ⅰ】に取り組んでいくよ。

【演習Ⅰ】では、『疑似センサ回路』を『温度センサ回路』に置き換えて、部屋の温度をモニタに表示する
シリアル通信システム』を作成していくんだ。

 

まずは『温度センサ回路』の設計だよ。温度センサには、LM35D を使用するんだ。
LM35D では、温度を -55℃ から +150 ℃ まで測定できるんだよ。また、LM35D の出力電圧は、1℃ あたり 10 mV  なので、10℃ のときには100 mV になるんだ。
こんな風に、出力電圧が小さいので、オペアンプで電圧増幅する必要があるんだ。

 

そこで、まずは オペアンプを使った『反転増幅回路』と『非反転増幅回路』 の特長について、簡単に復習したんだ。

 

非反転増幅回路』の特長は、なんといっても、「入力が電流を吸い込んだり、吐き出したりしない。」なんだ。増幅率は、

   A = 1 + R2 / R1

だね。

 

反転増幅回路』の特長は「電流の変換を電圧の変化として出力できる」 なんだ。増幅率は、

       A = – R2 / R1

だよ。

 

ここからが『温度センサ回路』の設計だよ。 LM35D を使って、0℃ から +75 ℃ まで測定できる仕様とするよ。このとき、 LM35D の出力電圧は、0mV から +750mV まで変化するんだ。

 

そこで、 LM35D から電流を吸い込まないように『非反転増幅回路』を使って 3.3倍 に増幅することになったんだ。このとき、LM35D の出力電圧は、0mV から +2.475V まで変化するんだ。また、室温 20℃  のときは、

      20℃ × 10mV / ℃  × 3.3 = 0.66 V

になるんだよ。

 

ホワイトボードに設計した『温度センサ回路』をノートに製図したら、ブレッドボード上に組み立ていくんだ。

 

回路が組み上がったら、動作確認だよ。ちなみに、下の写真が完成した『温度センサ回路』なんだ。
回路の動作がOKだったら『疑似センサ回路』を『温度センサ回路』に置き換えて、室温をモニタに表示するプログラムを作成したんだ。

 

AD変換値を温度に変換する式が、なかなか難しかったけど、全員、プログラムが完成! 室温をモニタに表示できたよ!

 

今日はここまで。
電車』で帰るよ ≡3

 

みんな、今日も1日おつかれさま☆彡
次回は『疑似センサ回路』を『光センサ回路』に置き換えて、明るさをモニタに表示する予定だよ。
今日も『産短大の毎日』をみてくれてありがとう!
また、明日からがんばろっ٩( ‘ω’ )و

それじゃ ≡3 ≡3 ≡3

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