楽々PIC

水田除草と言うブログを書いていますが、PIC関連の記事が意外に人気で驚いています。 PICを使った電子工作に興味を持つ方が多いことを知って、一緒にPICを学ぶブログを作りたいと思いました。 「楽々PIC」は教材と言うよりも少し実用性?のある楽しい道具を作りながら学ぶブログを目指します。

温度制御

燻煙器 補助ヒーター

燻煙器用の補助ヒーターを組み立てて、温度上昇試験を行いました。 15Ωのセメント抵抗を、2直4並列に接続したもの2回路を DC12V で使い、合計で 38.4W のヒーターです。 試作した燻煙器の内部温度を、周囲温度 +25.6 まで高めて飽和しました。 燻煙器の温度抵抗は 0.67℃/W と前回の 0.69 より小さな値になりました。 燻煙器を構成する杉板に反りや縮みが見られますから、燻煙器の温度抵抗が変化していると思われます。 杉板の他に、もっと安定した材料を検討する必要がありそうです。 同時に自己責任で使う分はともかく、他の誰かが使う場面を考えれば、万一に備えて内壁だけでも防火対策が必要そうです。

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上図のヒーターですが、前回DC5Vでの実験時に室温で通電し、セメント抵抗の表面温度が火傷しない程度になるように抵抗値を選んでいます。だつもりでしたが、今回の2本直列1本当たりDC6Vで測定すると周囲温度+70℃位になっています。 表面温度が高すぎる場合は放熱板を付けたり、間欠通電、あるいは抵抗値を選び直す必要がありそうです。 また、現状ではセメント抵抗の数が多くて手間がかかります。

もう少し工夫して数を減らす必要がありますが、クーラーボックスの内部温度を制御してイースト発酵に使うような場合には安価で手軽な方法だと思います。

燻煙器の試作実験は、スモークウッドの発熱だけで制御目標温度を超えた場合の放熱機構の評価に移る予定です。


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燻煙器

 ここ数日は杉板を使って燻煙器を組み立てています。 RRP1320-1-04 を使って温度制御機能付きの燻煙器に仕上げたいと思います。

何年か前にホームセンターで燻煙器とスモークウッドのセットを買って、ベーコン作りに挑戦したことがあります。 2週間程冷蔵庫で塩漬けして、流水で塩抜き、風乾の代わりにペーパータオルに水分を吸わせてから庭で燻煙しました。 2週間の仕込み期間は期待感を味わいながら冷蔵庫に入れて水を流すだけでそれほど手間はかからないのですが、60~70度に保ちながらの燻煙は付きっきりの作業になってしいました。 慣れないこともありますが、風が吹くと温度が下がるので傘などを並べて風をさえぎり、右往左往していました。 結果は塩抜きが不足で塩っ辛いベーコンながらも美味しく頂くことができました。 残念がら、2度目はないまま今日に至っています。

発色剤など余分な物を加えず自分で作ったベーコンは魅力的ですが、手間を考えるとシンドイと言うのが正直な感想です。 出来れば漏れ出る煙を抑えてレンジフードの下でも使えるようにしたいと思います。 RRP1320-1 は温度管理を自動化した燻煙器を作ってもう一度ベーコン作りにチャレンジしたいと言う個人的な目的で作り始めました。 RRP1320-1-04 はその制御装置の試作品です。 燻煙器と食材、制御装置を組み合わせて制御系を構成し、制御性能を評価出来ると思います。

燻煙器は下図のように内寸法で幅 30cm 高さ 40cm 程度の木製です。 8W程度と極小さなヒーター(セメント抵抗)で温度上昇試験を行います。 周囲温度に対して内部温度をどの程度高められるのかを確認して次のステップに進みます。

杉板で6面を囲った内部にアルミ製の隔壁を設けました。(下図奥側の壁) 隔壁の奥に簡単な冷却機構を設け、スモークウッドの発熱で温度が上がり過ぎるようなら自動的に冷やすことで食材が煮えないようにコントロールしたいと考えています。

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生の木を板にしてもらったので、数日間の乾燥の間にそったり縮んだりして無様な外観になってしまいましたが、この試作の反省点を元に工夫を重ねるつもりです。 目下のところ燻煙時の湿気と保存中の乾燥で杉板がどの程度変形するのか、割れたりしないかが最大の関心事です。


以下は関連記事のインデックスにします。

燻煙器 熱抵抗 
 燻煙器の温度上昇試験の結果は、燻煙器内部に設置した 8.3W のヒーターで周囲温度 +5.7℃ で飽和しました。 このことから、試作した燻煙器の熱抵抗は約 0.69℃/W と考えています。


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温度制御定数と出力

 RRP1320-1-04 の温度制御定数は下図のように DE 疑似命令で設定します。 <PICデバイス=18F1320>

温度制御定数設定

最初の設定値、温度制御間隔は1~255の値を入力し、入力値 x 0.5秒が制御間隔になります。 上図の例では、10秒毎に制御出力を更新します。 制御温度の上限及び下限の境界付近では、測定温度が制御範囲の内外を行き来する為、頻繁に制御出力が変化します。 リレー出力などの場合は制御間隔を長めにして接点の動作頻度を落とす必要があります。

次が上限温度で、2桁BCD(06~95)で温度(単位 ℃)を入力します。 三番目が下限温度で同じく(05~94)で単位は℃です。 ただし、上限温度>下限温度に設定する必要があります。

上限温度および下限温度は起動時にテーブル参照(検索)を行い、2桁BCD(温度)から A/D 変換値 HEX を求めてデータ・メモリーに保存し、温度制御に活用しています。

制御間隔毎に測定値を比較し、上限温度と下限温度で仕切られた3つの温度範囲毎に独立した下図サブルーチンを CALL します。

温度制御出力

実際にポート出力を変化させて LED を点灯/消灯させているのは上図のプログラムです。 このサブルーチンを書き換えることでポート出力の極性を変更するなど自由に応用出来、必要かつ適切と判断される場合は、データ・メモリー内の上限温度/下限温度を変化させてヒステリシスを作ることも容易です。


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RRP1320-1-04 概要

RRP1320-1-03 に温度制御機能を追加しました。 パン作りのイースト発酵などに応用出来そうです。 <PICデバイス=18F1320> 温度センサーはNational Semiconductor 製 LM60

LCD の1行目先頭から4桁分に測定温度と℃を表示しています。

温度制御用に加温用と冷却用の出力を準備しました。 各々 EEPROM に保存した温度を超えると動作します。 どちらも LED 表示を行う回路ですが、トランジスタや FET でインタフェースを実現すれば、ヒーターや扇風機?などで加温、冷却できそうです。

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LCD の上に見える消灯中の赤色 LED が過熱表示/冷却側の出力で、制御上限温度(初期値30℃)を超えると点灯します。 LCD の下で点灯している緑色の LED が低温表示/加温用の出力で、制御下限温度(初期値27℃)を下回ると点灯します。 制御温度の初期値はイースト菌一次発酵温度を意識して設定していますが、どちらも EEPROM の値を設定する DE 疑似命令で指定していますから、変更可能です。 (ただし、上限温度>下限温度かつ各々5℃から95℃の間に設定します。)

上限温度以下かつ下限温度以上では両方のLEDが消灯します。

以下3つの状態があり、各々独立したサブルーチンを CALL します。 LED の点灯/消灯はこのサブルーチン内に記述したプログラムで実現していますから、これを書き換えることで各状態の動作を変更可能です。

 (1)制御上限温度を超える温度の時
 (2)上限温度以下かつ下限温度以上の時
 (3)制御下限温度を下回る温度の時

温度センサーは50msec間隔でサンプリングし、直前256サンプリングの平均値を0.5秒毎に LCD に表示していますが、整数値の境界付近ではフラフラと2値の間を行き来します。 温度制御出力は(初期値)10秒間隔で更新し、この間隔も1秒~2分まで変更可能です。

RRP1320-1-03 で紹介した汎用タイマーも同時に機能しますから、攪拌用のファンを間欠動作させることも可能です。 制御温度とヒーター温度の差や、熱容量などによりヒーターON/OFFの設定温度にヒステリシスを設けるような複雑な制御には対応できませんが、比較的小規模な装置に使えると思います。


ご利用の際には誤差にご注意下さい。 → RRP1320-1-04 温度誤差 


温度センサー関連記事のインデックスはこちら → 温度センサー 


ドキュメントとプロジェクト一式を以下のサイトでダウンロード販売中です。

以下を含む ZIP ファイルです。
 (1)全てのアセンブラ・ソースを含むプロジェクト一式
 (2)回路図 PDF
 (3)部品表 PDF
 (4)ブレッドボード配線図 PDF
 (5)取扱説明書 PDF


楽々PIC ダウンロード・コーナー
 RRP1320-1-04-1-Z  ← こちらで販売中です。

rrpdlc



以下は RRP1320-1-04 関連記事のインデックスです。

温度制御定数と出力 
 温度制御定数は DE 疑似命令で設定します。 制御間隔毎に測定値を比較し、上限温度と下限温度で仕切られた3つの温度範囲毎に独立したサブルーチンを CALL します。

RRP1320-1-04 温度設定機能追加 
 イースト発酵等に活用する場合、設定温度を変化させて試したくなると思います。 その都度 MPLAB と PICkit3 でビルドと書き込みを行うのでは億劫だと思い、赤外線リモコンで設定温度を変更できるようにしました。

RRP1320-1-04 温度誤差 
 A/D変換基準電圧(Vref)にPICの電源電圧を使っています。 電源電圧(5V)の変化に連れて入力電圧に対するA/D変換結果が変化します。

RRP1320-1 コンフィグレーションビット 
 当ブログやダウンロードコーナーで入手したプロジェクトをビルドしても正常に動作しない場合は、 Configuration Bits set in code のチェックを外してビルドし直してください。


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