5.10 温度センシング

サーミスタは温度に強く依存する温度センサーで、負の温度係数（NTC）と正の温度係数（PTC）の2種類に分類されます。NTCサーミスタの抵抗は温度が上昇すると減少し、PTCサーミスタの抵抗は温度が上昇すると増加します。

このプロジェクトでは、NTCサーミスタを使用します。NTCサーミスタをESP32マイクロコントローラのアナログ入力ピンに接続することで、抵抗を測定し、それが直接温度に比例することができます。

NTCサーミスタを組み込み、必要な計算を行うことで、正確に温度を測定し、I2C LCD1602モジュールに表示することができます。このプロジェクトにより、リアルタイムで温度監視を行い、温度表示のための視覚的インターフェースを提供します。

必要な部品

このプロジェクトには、以下のコンポーネントが必要です。

キット全体を購入すると確かに便利です。こちらがリンクです：

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このキットのアイテム

リンク

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以下のリンクから個別に購入することもできます。

コンポーネントの紹介

購入リンク

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ジャンパーワイヤ

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抵抗器

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サーミスタ

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利用可能なピン

  • 利用可能なピン

    こちらは、このプロジェクトのためのESP32ボード上の利用可能なピンのリストです。

    利用可能なピン

    IO14, IO25, I35, I34, I39, I36

  • ストラッピングピン

    以下のピンはストラッピングピンで、電源オンまたはリセット時のESP32の起動プロセスに影響します。しかし、ESP32が正常に起動した後は、通常のピンとして使用できます。

    ストラッピングピン

    IO0, IO12

回路図

../../_images/circuit_5.10_thermistor.png

温度が上昇すると、サーミスタの抵抗が減少し、I35で読み取られる値が減少します。さらに、式を使用してアナログ値を温度に変換し、出力することができます。

配線図

../../_images/5.10_thermistor_bb.png

注釈

  • サーミスタは黒色で、103とマークされています。

  • 10Kオーム抵抗のカラーリングは赤、黒、黒、赤、茶色です。

コード

注釈

  • esp32-starter-kit-main\micropython\codes パスにある 5.10_thermistor.py ファイルを開くか、コードをThonnyにコピー＆ペーストします。次に、「Run Current Script」をクリックするかF5キーを押して実行します。

  • 右下隅にある「MicroPython (ESP32).COMxx」インタプリタを選択してください。

# Import the necessary libraries
from machine import ADC, Pin
import time
import math

# Define the beta value of the thermistor, typically provided in the datasheet
beta = 3950

# Create an ADC object (thermistor)
thermistor = ADC(Pin(35, Pin.IN))

# Set the attenuation
thermistor.atten(thermistor.ATTN_11DB)

# Start an infinite loop to continuously monitor the temperature
while True:
    # Read the voltage in microvolts and convert it to volts
    Vr = thermistor.read_uv() / 1000000

    # Calculate the resistance of the thermistor based on the measured voltage
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

    # Use the beta parameter and resistance value to calculate the temperature in Kelvin
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / beta) + (1 / (273.15 + 25)))

    # Convert to Celsius
    Cel = temp - 273.15

    # Convert to Fahrenheit
    Fah = Cel * 1.8 + 32

    # Print the temperature values in both Celsius and Fahrenheit
    print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
    time.sleep(0.5)

コードを実行すると、シェルは摂氏と華氏の温度を出力します。

どのように動作するのか？

各サーミスタには、通常の抵抗値があります。ここでは25度摂氏で測定された10kオームです。

温度が高くなると、サーミスタの抵抗値が減少します。次に、A/D変換器により電圧データがデジタル量に変換されます。

摂氏または華氏の温度は、プログラミングを通じて出力されます。

ここに抵抗と温度の関係があります：

RT =RN expB(1/TK - 1/TN)

  • RT は温度 TK のときのNTCサーミスタの抵抗値です。

  • RN は定格温度 TN 下のNTCサーミスタの抵抗値です。ここでは、RNの数値は10kです。

  • TK はケルビン温度で、単位はKです。ここでは、TK の数値は 373.15 + 摂氏度数 です。

  • TN は定格ケルビン温度で、単位もKです。ここでは、TNの数値は 373.15+25 です。

  • そして B（ベータ）、NTCサーミスタの材料定数であり、熱感受性指数とも呼ばれ、数値は 4950 です。

  • exp は指数の略で、基数 e は自然数で、約2.7に等しいです。

この式 TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN) を変換してケルビン温度を求め、273.15を引くと摂氏度が求まります。

この関係は経験式です。温度と抵抗値が有効範囲内にあるときのみ正確です。

もっと学ぶ

計算された摂氏および華氏の温度をI2C LCD1602に表示することもできます。

../../_images/5.10_thermistor_lcd_bb.png

注釈

  • esp32-starter-kit-main\micropython\codes パスにある 5.10_thermistor_lcd.py ファイルを開くか、コードをThonnyにコピー＆ペーストします。次に、「Run Current Script」をクリックするかF5キーを押して実行します。

  • 右下隅にある「MicroPython (ESP32).COMxx」インタプリタを選択してください。

  • ここでは lcd1602.py というライブラリを使用する必要があります。ESP32にアップロードされていることを確認してください。詳しいチュートリアルは 1.4 ライブラリのアップロード（重要） を参照してください。

# Import the necessary libraries
from machine import ADC, Pin
from lcd1602 import LCD
import time
import math

# Define the beta value of the thermistor, typically provided in the datasheet
beta = 3950

# Create an ADC object (thermistor)
thermistor = ADC(Pin(35, Pin.IN))

# Set the attenuation
thermistor.atten(thermistor.ATTN_11DB)

lcd = LCD()

# Start an infinite loop to continuously monitor the temperature
while True:
    # Read the voltage in microvolts and convert it to volts
    Vr = thermistor.read_uv() / 1000000

    # Calculate the resistance of the thermistor based on the measured voltage
    Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)

    # Use the beta parameter and resistance value to calculate the temperature in Kelvin
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / beta) + (1 / (273.15 + 25)))

    # Convert to Celsius
    Cel = temp - 273.15

    # Convert to Fahrenheit
    Fah = Cel * 1.8 + 32

    # Print the temperature values in both Celsius and Fahrenheit
    print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))

    # Clear the LCD screen
    lcd.clear()

    # Display the temperature values in both Celsius and Fahrenheit
    lcd.message('Cel: %.2f \xDFC \n' % Cel)
    lcd.message('Fah: %.2f \xDFF' % Fah)
    time.sleep(1)