雨水・残り湯タンクの 水温を(離れて)知りたい
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 Original :Wed.Dec.23'15
 Updated : Thu.Sep.13'18
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離れた屋外のタンクの水温を屋内で知りたい


 現在屋外の雨水タンクの貯水量を屋内で知る装置は既に数年前から20セット以上が稼働しています。今回はさらに水温も
同様に遠方で知る機能の追加設計・制作を試みました。実はリモート温度感知は数年前に試作済みで()はその頃の画像です。
当時の試作品は複雑すぎたため今回はシンプルな作品に仕上げたいと考えました。

2018-09-12 Wed.

 2018年バージョンの貯水温度無線伝送機能がほぼ完成しました。キャビネットに組み込めばひとまず完成といえます。
今後数か月〜1年の FVT を行い、より進化させる予定です。






温度センサーの選択

 温度を知る手段はアルコールや水銀を使ったガラス管式や比重を応用したガリレオ式、放射赤外線式、サーミスター
など様々な形式が挙げられますが、今回のミッションの命題 『屋外の離れた個所の水温を屋内で知る。』を満足するには
IC センサーがベストでしょう。IC センサーの最大特徴にリニアーな温度特性があげられます。ほかのセンサーではヒステリ
シスな特性を避けることができないため複雑な構成を強いられるのです。IC センサーのリニアーな特性はマイクロコンピュ
ータなどディジタル処理には相性が抜群でさらに安価な価格も魅力です。

  これは上述のガリレオ式温度計です。ご存じない方も見えるかと思いあげておきます。

 比重の異なるフロートの位置(浮いている高さ)で温度を読み取ります。


 アイデアが枯渇した時などワークデスクの片隅に置いた [ これ ] を眺めて機能分転換・・・。




IC温度センサー

2018-08-22 Wed
 まず下()の画像をご覧ください。右上はクッキング温度計でその下はディジタルサーキットテスターです。表示は
クッキング温度計は 34.1℃を示し、テスターは 341mV (ミリボルトを示しています。
 画像からクッキング温度計の感熱部の温度が34.1℃を意味していることはわかります。では、テスターが示す341mV は?


2018-08-22 Wed
クッキング温度計の感熱部(先端がとがった金属棒)の下に見える3本足の黒いものが今回紹介する IC 温度センサー LM35DZ
で、30年以上昔に National semiconductor 社が売り出したセンサーです。現在は数社でライセンス製造しされています。

 LM35Dは3本の足を持ち、2本は電源 (4〜20Volt )用、残りの1本に温度に比例した電圧が出力されます。測定可能範囲
は各種ありますが今回使用する製品は0℃〜100℃のものです。

2018-08-22 Wed

 つまりLM35Dの周囲が 34.2℃ならば 342mV 、 10.2℃ならば 102mV が出力されるのでデジタル電圧計で測定した値が
そのまま摂氏温度となるのです。欧米で同様のことを試すには(華氏なので) 200μアンペアクラスの電流計やゼナーダイオードが
必要となります。

 LM35Dを利用して温度情報(電圧)をディジタルデータに変換すれば後はマイクロコンピューターで、無線で遠隔地へ転送
するとかパネルで温度表示するなど様々なアプリケーションが可能となります。今回制作する作品は屋外の貯水タンクの水温を
リアルタイムで屋内に知らせる装置とする予定です。

マイコンで温度情報を管理

プログラムの基本的な流れは・・・・。

1、LM35 から得られる温度情報はアナログ信号 ( 0 〜 1.0 Volt ) なので、
2、マイクロコンピューターで アナログ⇒ デジタル信号(10ビットの2進数)に変換
3、上記で得られた値をさらに2進化10進法の値に変換する。ここまで進むとこの値を上画像 18-R0023720_02 のような発光ダイオード
  表示モジュールに送ると、NN.N℃ として人間の目で読みとり可能です。
4、液晶表示器で 26.8℃ の様に表示したりエクセルでデータ管理に利用するためにはさらに10進法へデータ変換が必要。
5、作品として仕上げるには、0℃以下や100℃以上の様な『測定範囲外』のエラー表示手段など想定外の状況を外部に知らせる
  機能などを追加すればベターでしょう。

さらに現在稼働中の貯水量表示モジュールのプログラムに水温表示対対応機能を追加するミッションも新しく発生します。


 今後制作を進めながら報告を上げる予定です。

 テストプログラムの debug 中。今回使用する マイコンは PIC 16F88 を選択しました。今後異なるモデルのマイコンを採用の
可能性もあります。


 温度測定の感熱部は水中にセットする可能性もあるため、マイクロコンピューターから1辰曚匹離院璽屮襪寮菽爾縫札奪
します。貯水量の関係で短時間に目まぐるしい水温変化はないと考えられるので高い反応速度は不要です。


 10mmΦのステンレスパイプをカットして、、


 LM35Dを封入する。封入材は [ バスコーク ] などがベターかもしれない。このまま水中で使用しても3年程度の耐久性は
見込めると考えています。私のリファレンスは『6年間ノーメンテナンス。』なのだが、アマチュアでは信頼性の高い機材の入手は
難しいのです。


 ガスバーナーでステンレスパイプを炙り、 充填剤をステンレスパイプ内部側壁に密着させ、さらに溶けた充填剤内の気泡を逃がす
処理を行います。パイプは数秒間数百度まで加熱されますが、同じ手順で作ったセンサー数個が数年間無事故で稼働しています。
LM-35D は意外とタフで、電源を逆接続しても、信号ピンに電源を誤接続しても問題は発生しませんでした。
 補足 私が入手したのはTexas Instruments 社製でした。他社製品も同様のタフネスを持つか否かは不明です。
 
2018-08-29 Wed.

 以前から温めていたいくつかのプログラムロジック案の具現化を進める。この時間が私にとっての至福の時間なのです。

 プログラミングを進める一方で温度センサー設置の方法など物理的な種々の対応も進めます。
下(↓)は温度センサーを水中に設置する案を試みている。今まで水位を調べその情報を無線で送信していたモジュール用
の穴から温度センサーをタンクに内へ下ろし具体的な水温測定方法を模索している。

 温度センサー部は水中にセットする案以外に、タンク側面に穴をあけ、そこから防水パイプをタンク内に向けてセットし
センサーはそのパイプ内にセットする案もあり、この案ならセンサー自体の防水対策は不要となります。
 2017年は同じ場所で水位センサーのテストを行った。



 以下の制作事例はセンサー本体を水中に入れない方法だ


 上(↑)画像の左端の部品は我が家の貯水タンクのドレーンコックキャップだ。画像中の部品は2010年ころオークションで
入手した中古のフロートスイッチを分解した一部です。

内部の Reed switch が動作しなくなった。
 2010年頃に入手した水位センサーが壊れたままだったので今回流用するつもりです。


 これが実際に稼働中のコックです。(上画像)


 このステンレスパイプに今回自作した LM35D センサーを挿入。ちなみにこのステンレスパイプを新品で購入の場合
約 7,000円程度です。




 コック蓋に穴をあけパイプを組み込み、現在使用中の蓋と置き換えて。


 この蓋をパイプを組み込んだ物と交換し、LM35D で作ったセンサーを挿入すれば、センサーを濡らすことなく温度測定が
可能になるわけです。
 この作業のためには貯水タンクを空にする必要があるため今のところ作業計画は未定です。

 LM35D 温度センサーを扱った経験のある方々には常識なのですが、LM35D を実用作品に使う事はあまり簡単では
ありません。例えばブレッドボードの試作回路では OK なのに本番では使い物にならない・・なんてことがあり得るのです。

 実は LM35D は負荷のインピーダンスにシビアで、マイクロコンピューターとの信号線がほぼ 30cm を超えると安定して正しい
温度値が送信できなくなってしまいます。正しい温度値送信のための対策にはアナログ回路のスキルが要求されます。
 もし補正回路がなければ、送られる温度情報は毎秒数回10℃〜20℃程度変化するため実用にはなりません。

 上()画像は組み込んだ対策回路の動作をベリファイテスト中で、 LM35D から 90cm のケーブルを経由して温度情報が
安定して送られるかテスト中の画像です。


 Texas Instruments 社や National semiconductor 社の Home page には(当然英文ですが)対策案が載っています。



 84のレーベルをつけたプローブは 180cm のケーブルと機能強化した補正回路を持つ作品で数日間安定動作しているが、
今後もテストを続ける予定。



 温度センサー #83 の主な構成部は LM35D だが新たなアイデアの回路を追加したため、FVT を開始。
センサー #83 はステンレスパイプに封印したのだが、ガスバーナーで封印材を溶解し取り出し回路を追加したため現時点では
パイプに組み込まれていない。以前の画像 18-R0023822_03 でステンレスパイプに封印されていた LM35 そのものだ。

FVT Field verify test.


 プログラムの開発を続ける。 温度センサー LM35DZ からのアナログ信号を A/D コンバートしたデータをさらに BCD コードに
変換して・・・、、アセンブラーで最初からこのようなフロウをコーディングするのは大変なので昔作ったサブルーティンを流用する
のだが、いろいろつまづく箇所が多く時間を浪費する作業が続く。
 相談とか質問に答えてくれる人もいない(そして私自身の年齢も関係)ため、些細なことでもつまづく一進一退の作業が続く。


 水温情報送信モジュールのプログラムはほぼ完成。1年以上の実績がある貯水量などの情報伝達モジュールとマージする。


 上(↑)はブレッドボードに組まれた室内モジュール。我が家の貯水タンクは3セットなので、個々の ID と水温情報/水量情報の
識別コードをプログラムに追加/修正作業後パワーオンすると待望の水温情報が表示されました。


 現時点では貯水タンク No.3のみに水温センサーが試験設置されていて。今後数か月〜1年の FVT を行う予定です。



今回の制作で発生した障害
Unable to run The MPLAB
2018-09-03 Mon.
 9月に入って早々に MPLAB IDE Ver. 8.92 が動作しなくなりました。エラーメッセージは 『 MPLAB is already running on
this machine. It's no able to --------』 内容は MPLAB のマルチプロセスはできないとのことです。実はおなじ症状を 2011-03-11
に異なる PC で体験済みです。
 私の対応は 1=現在の MPLAB を uninstall する。 2= web から Ver.8.92 を install する。で解消していますが、なぜマルチプロ
セス状況になったのかは不明です。

[ What's next on ? ]

 この件(↓)の説明は後日に行いますが次期作品の構想の一部です。
我が家を飛び交っている無線情報を PIC とバーチャルモニターでモニターした内容です。(一部ノイズでデータ化けいていますが)




 バーチャルモニターでモニターしたデータの一部です ID を一部制限したため整然とした画面になりました。内容は、
、%%% は我が家の電文のヘダー。
 A〜Y は・・・例えばAは貯水タンク No1、Tは勝手口のドア  などの device ID
、++ はメッセージのトレーラー 
285は28.5℃ OPEN はドアが開いているの意、などで、現在仮設定で稼働中ですが、電文のフォーマットなどの系統だった
デザインなどの設計も進めています。つまり私の次期作品は DIY で作るホームセキュリティシステムなのです。

 

この作品は現在未完成です。制作報告書は現在進行中です






















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