雨水・残り湯タンクの 水温を(屋内で)知りたい
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Rev.48  Original :Wed.Dec.23'15
 Updated : Tue.Oct.23'18
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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セット以上が全国で稼働しています。今回はさらに水温も
同様に遠方でモニター可能な機能の追加設計・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。

2018-10-28 Sun.
 数か月ほど前から過去に制作した作品類の『 断捨離 』を行っている。2014年ころ、このページで紹介した貯水量表示モジュールも
廃棄予定だったのだが、今回のプログラム開発でテストベンチに使った材料を使って温度計として re-born した。



 今年2回目の断捨離用段ボール箱。使用可能部品も多いが、再使用するかもしれないと抱えているより必要な時が
来た時に購入する考えに改めたのだ。


制作報告書
まず 温度センサーの選択から


 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温度センサーを採用

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。ちなみに単価は @90.〜 @120. 程度で入手できます。

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。

 マイクロコンピューターを使い、LM35DZで得られた温度情報(電圧)をディジタルデータに変換すれば様々な応用が考えられます。
パソコンへ送ればエクセルなどで情報管理も簡単です。用途は無限ともいえるでしょう。

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、LM35DZ 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 アナログ信号 ⇒ デジタル信号(10ビットの2進数 0000000000 〜 1111111111 )に変換
3、上記で得られた値は目的に応じて二種類の2進数のいずれかに変換します。
  1、この温度情報をコンピューターで処理するのであれば⇒2進化10進法の値 ( 0 0 0 〜 3 F F ) に。
  2、この温度情報を温度計など人に対応させるのなら10進法の値 ( 0 〜 1,023  ) に。


 今後制作を進めながら報告を上げる予定です。

55
 まず温度センサー LM35DZ (画像中央部の [ 84 ] のラベルの円筒状のパーツ。)のアナログ信号をディジタルデータ(2進化10
進法)に変換するプログラムを作りました。表示された温度は[ 0D7 ] で 10進法に変換すると215 (21.5℃)となります。
 10進法の値に変換しなかったのは、得られた温度情報を屋内のマイクロコンピューターに送信するプロセスが必要でそのような
プロセスには2進化10進法は最適なのです。


 マイクロプロセサーは PIC 16F88 を採用。温度センサー LM35DZは約1辰離院璽屮襪寮菽爾縫札奪箸靴泙靴拭


 感熱部を水中にセットする可能性を考えバンダル(強靭化)モデルとしましたが、状況によりもっと簡単な構造も考えています。
 

 以下の制作事例はセンサー本体を水中に入れない方法です


 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でで、画像中央の部品は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事前に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。
 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。

 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。


 温度センサー LM35DZ (画像中央部上の [ 84 ] のラベルの円筒状のパーツ。)のアナログ信号を我々が直読できる10進法に
変換するプログラムに変更。クッキング温度計と並べてみると同じ値が表示されている。15℃ 〜 38℃ の範囲の簡単な比較テ
ストでは 0〜0.8℃程度の誤差に収まってる。さらに小数点を示すプログラムを加えて適当なキャビネットに組み込めば温度計と
なるわけだ。


 我が家の貯水タンク #1 の蓋にあけた穴(普段は水位センサーが使用している穴)から水温センサーを下ろし水温をチェックしみた。
現在の水温 17.5℃が表示ている。白矢印がセンサーのケーブル。


 その日の夜、残り湯をタンクへ送水後チェックしたときの水温は 18.4℃だった。追加された残り湯で水温が上昇したと
思われる。


 タンク側から送信する水温情報は2進法だが独立した温度計として仕上げる場合を考慮し10進法小数点付きで表示する
プログラムも作っておいた。


 ブレッドボードで試作しやすいように回路も変更した。

 タンク側の貯水量伝送プログラムに温度情報を組み込んだテストプログラムを追加してテスト開始。

 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。
 今回のプログラムは二進法データーを10進法に変換するプロセスは受信側で行っています。


 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。


 貯水量表示モジュールのプログラムはアルゴリズムが異なる3種類が現在 ( As at Sep.'2018) 稼働している。これらに水温表示機能を追加することは
プログラムの複雑化の度合いが高いため現在迷っている。

2018-10-28 Sun.



 プログラム開発部材を流用して温度計()を作った。
 
 web でサーチすれば 1メートルほどのケーブルの先に温度センサーを持つ製品は数百円で入手可能だ。そのため同じような作品
を時間を費やして作る意味がないとの考えもあるだろうが、温度情報をディジタルデータとして取り出せる機能を持つ製品はそれな
りの価格 (数万円)なので制作する意義は充分あると私は考えるのだ。
 中国製の安価な製品を発注したので入荷したらその利用法を考えてみたい。⇒⇒

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。

2018-09-24 Mon..
 現在開発作用はデッドロックに乗り上げたため止まっています。(今回使用する [ デッドロック ] は日本で使われている意味で、
本来の英語圏の意味とは異なります。)
 一か月ほど前に入手後そのままだった TWE-Lite=DIP にアプリケーションが書込めない問題が発生しました。



 今回入手した TWE-Lite=DIP のシリアルナンバーは 10E78C4 です。


 今回の TWE-Lite-DIP のシリアルナンバーを読み込めず作業を進められません。現在我が家で稼働中の TWE-Lite-DIP で
試しても同様に読めないことから原因はTWE-Lite-DIP 以外にあると考えられます。 


 しかし TOCOSTIC は読み取り可能なので  TWE-Lite-プログラマ ( 0.3.4.2 ) の異常でもなさそうです。


 画像 #18-R0023978 のコメント 『ソフトウエアを選択して書き込む(ファイルドロップ可能) からシリアルナンバーが読めなく
ても書き込めるのか・・・・・、とトライしましたが、結果は再書き込みが要求され作業は進みません。

 その後 TWE-Lite-プログラマ ( 0.3.4.2 ) を Uninstall ⇒ Reinstall してみましたが進展なし。異なるパソコンで最新版のソフト
ウエアをインストールしてトライしても同様で、結果として秋の連休をフイにしてしまいました。

 原因判明

 その後TWE-Lite-R プログラマのバージョンが関係するめだと判明。バージョン 0.3.5.3 をインストール後は問題は未発生です。
残る疑問は モノワイヤレス社のホームページから最新版のソフトウエアをここ数日何回もインストールしたにも関わらず、なぜ
旧バージョンがインストールされたのでしょうか?。


この作品は未完成です。制作報告書は現在進行中です






















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