今回はハードウェア部分の紹介をしたいと思います。

全体図です。当初のシールド方式はやめて普通に基板を並べるようにしました。ついでにセンサーやファンはミニDINコネクターで接続するようにしました。

発熱の問題をクリアするため、Duemilanoveには隣のDC-DCコンバーターで降圧したDC5Vを給電しています。

左側が温度センサー用オペアンプ部、右側がファンコントロール部です。それぞれシールド（センサー、ファン）にしてましたが組み直しました（；．；）。回路的には全く同一です。

パネル左端にDC12V、右側上段のミニDINがセンサー、対応して下段にファンを接続します。とりあえずセンサーは水槽2つ＋室温で計3つ、ファンは各水槽1つずつで計2つ使用します。不必要にスペースが空いてますが将来の拡張用です。

次回はソフトウェアの紹介をしたいと思います。

特に発熱するのがDuemilanoveのレギュレーター（電圧を下げるIC）です。USBで給電している時は大丈夫なのですが、ACアダプターでDC12Vを給電するとちんちんになります。冗談抜きでヤケドします。

それとイーサネットシールドのLSIもそこそこ発熱します。

HTTPサーバーを連続して動かしていると熱暴走ではないかと思われる現象があるので、なんとか対策したいところです。

とりあえずイーサネットシールドにはヒートシンクを取り付けてみました。

レギュレーターの発熱については別にDC-DCコンバーターを用意して、そちらからDC5VをDuemilanoveに給電することで対策したいと思います。シールド周りの配線を大きく変えることになるので、ほとんど作り直しになってしまいます。うっ、時間がない (;.;)

《参考》

1. Todotani, Arduinoイーサーネットシールドの発熱量, PS3とLinux、電子工作も

工具箱が臭いのです。

なんというか、何かの腐敗臭というか、40過ぎのサラリーマンが隣であくびした時の口臭というか、とにかく悪臭がするのです。

開けると「ぷ～ん」と漂ってきます。2～3日、開けっ放しにしておくとニオイは薄くなります。

何年もの間、工具に付いた油脂が古くなったときのニオイだとばかり思っていました。何の気なしにネットで調べて、真実に辿り着いたのがついさっきのことです。

なんとお気に入りの「PB」のドライバーが犯人でした。

ドライバーのハンドルに使われている天然由来の素材、「セルロース アセト ブチレイト」が臭うらしいです。で、特に対処方法はないらしいです。(^.^)

機能はもちろん、赤の透明なハンドルも含めてお気に入りの工具なのですが、どうしたものでしょう？とりあえず密閉しないように、ちょっと引き出した状態にしておくことでニオイを散らすことにします。ホント、どうにかならんもんですかねぇ。

4階部分がファンコントロールシールドです。ファンは2つまで接続できます。

回路図です。シールドへの給電を安定させるため、適当な容量のコンデンサC4を入れてあります。

前回の回路に追加します。ファンのセンサー出力がオープンドレインになっているため、プルアップ抵抗R3を繋ぎます。

前回のプログラムに回転数を測る機能を追加してみました。1[s]ごとに回転数をシリアルモニターに出力します。

※ 動作はArduino 0019＋Arduino Duemilanoveで確認。

ファンには回転数が1000 [1/min]と書いてあるのですが、計算すると1800 [1/min]となってしまいました。何か間違えた？絶対値はともかく、ファンを指で押さえたり離したりして強引に回転数を変えると、それらしく変化するのでまあ良しとします。

《参考》
モニ, FANの回転パルス信号, もにっき
arms22, PC用ファンの回転数を表示する, Arduinoで遊ぼう

拙記事「Arduinoでネットワーク温度計」で温度の測定ができるようになったので、水温に連動したファンのコントロールもやってみたいと思います。

まずはファン単体で実験してみます。

これが水槽で使っているファンで一般的なPC用を流用しています。高い物ではありませんが静音タイプでほぼ無音、何年も使ってますが耐久性も問題ありません。

LEDを点滅させる場合はArduinoのDIGITAL OUTで簡単にできますが、ファンは電流が大きいので直接スイッチすることが出来ません。ファンに1.32 [W]と書いてあるので、電流は0.11 [A]（= 1.32 [W] / 12 [V]）となり、DIGITAL OUTの制限を超えてしまってます。

そこで「パワーMOSFET（モスフェット）」というトランジスターを使って、小さな電流で大きな電流のスイッチを行います。

パワーMOSFETにはソース・ドレイン・ゲートの3端子あります。ゲートに電圧をかけるとドレインからソースに電流が流れます。電圧がかかってないと流れません。

今回はArduinoで使うのでゲートしきい値電圧が低いタイプの「2SK2232」を選びました。

回路図です。ゲート電圧をDIGITAL OUTで設定します。電源投入時などファンが勝手に回らないよう、ゲートはプルダウンしておきます。

他に「Arduinoでネットワーク温度計（2） ～ LM35を使う ～」と同じようにタクトスイッチを繋ぎます。

タクトスイッチを押す毎にファンのオン/オフするプログラムを書きました。

※ 動作はArduino 0019＋Arduino Duemilanoveで確認。

特に問題なく動いているようです。

《参考》

1. 土井滋貴 著『試しながら学ぶAVR入門』, CQ出版社（SkiLL up mycomputerシリーズ）, 2008年
2. 加藤 肇, 見城尚志, 高橋久 著『図解・わかる電子回路』, 講談社（ブルーバックス）, 1995年

ハードウェアはこのようになります。

1階がDuemilanove、2階がイーサネットシールド、3階が前回、作成した「LM35×4シールド」です。イーサネットシールドはルーターとLANケーブルで接続しておきます。電源はDC12V1AのACアダプターを使います。

次にプログラムです。HTTPサーバーとして動作して、接続してきたクライアントに各センサーの温度値をXML形式で返します。標準で用意されているイーサネットライブラリを使うことで簡単に書けてしまいました。なお、イーサネットシールドのMACアドレスとIPアドレスはご自分の環境に合わせて変更して下さい。MACアドレスはシールドの裏にシールで張ってあります。

※ 動作はArduino 0019＋Arduino Duemilanoveで確認。

プログラムを実行しておいて、ブラウザでイーサネットのIPアドレスを開くとこのようになります。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<channels>
<channel number="0"><value>24.36</value></channel>
<channel number="1"><value>28.84</value></channel>
<channel number="2"><value>26.50</value></channel>
<channel number="3"><value>25.48</value></channel>
</channels>

value要素が温度値（[℃]）になります。

以上で「ネットワーク温度計」完成です。ここまでやれば後はいかようにでも、例えば一定時間毎に取得・蓄積して温度変化の履歴を見たりと、様々な応用が出来ると思います。

これはうちで試験運用中のもので、直近の温度変化をグラフにしてます。近いうちにこちらもご紹介したいと思います。

せっかくなのでブレッドボードの構成を4セット載せました。したがってセンサーは4つまで、順番にアナログ入力0番から3番に繋げられます。とりあえず「LM35×4シールド」とでも名付けておきます。

回路図はこんな感じです。シールドへの給電を安定させるため、適当な容量のコンデンサC4を入れてあります。

センサーの校正がしやすいように、1[s]毎にアナログ入力値を出力するプログラムを作っておきました。シリアルモニターを見ながらポテンショメーターを調整します。

※ 動作はArduino 0019＋Arduino Duemilanoveで確認。

測りたい水槽の水温がだいたい20～30[℃]なので、25[℃]がレンジの中央（= 2.5 [V]）になるように増幅率を調整します。素のLM35は25 [℃]の時に0.25 [V]ですから、増幅率は10倍程度になります。

この場合のアナログ入力値 analogから温度 temperatureへの換算式は次式になります。

temperature [℃] = analog / 1023 × 50

逆に温度からアナログ入力値への換算は次式になります。

analog = temperature [℃] / 50 × 1023

オペアンプにもいろいろな種類があるのですが、「USBニキシーボードを温度計に拡張する(2)」を参考にさせてもらって、低オフセット電圧タイプの「NJM2119D」を使うことにします。

ただしNJM2119DはRail-to-Railではないので、電源電圧が5 [V]だと出力電圧は最大4 [V]程度になってしまいA-Dコンバーターのレンジがフルに使えません。データシートをみると最大出力電圧を5 [V]以上にするには電源電圧を6 [V]以上にしてやれば良さそうです。たまたま手元にDC12V1AのACアダプタがあったので電源電圧は+12Vとしました。

回路図です。C3はパスコンです。R3とVR1が増幅率を決める抵抗になります。増幅率は1 + VR1 / R3となります。10倍ならVR1を9 [kΩ]に調整します。

ブレッドボードに組んでこのようになります。

次にセンサーの校正を行います。簡易的に、並べて置いた棒温度計と同じになるようにポテンショメーターを調整してオッケーとします。

そして前回と同じような実験をしてみました。

校正が甘く、高めに出ていますが直線性も良く十分に実用になりそうです。A-Dコンバータのレンジがフルに使えていることも判るかと思います。オペアンプの電源電圧が+5Vだと40[℃]ぐらいで頭打ちになるんじゃないでしょうか。

《参考》

1. 土井滋貴 著『試しながら学ぶAVR入門』, CQ出版社（SkiLL up mycomputerシリーズ）, 2008年
2. 加藤 肇, 見城尚志, 高橋久 著『図解・わかる電子回路』, 講談社（ブルーバックス）, 1995年
3. 米田聡, USBニキシーボードを温度計に拡張する(2), 【コラム】 愉しみを数ボルト, マイコミジャーナル

前回、製作したセンサーはコネクターを介してArduinoのアナログ入力0番に接続しました。

それとシリアルモニターに出力する時のトリガーにするため、タクトスイッチ（SW1）を繋ぎました。R4はプルアップ抵抗です。

回路はブレッドボードに組みました。ブレッドボードを使えばはんだ付けをせずに部品の抜き差しだけで回路が作れるので、試行錯誤するのに便利です。

プログラム、もといArduino風に言えばスケッチ、は以下のようにしました。タクトスイッチを押した時の外部割り込みでアナログ入力値をシリアルモニターに出力します。

※ 動作はArduino 0019＋Arduino Duemilanoveで確認。

以上で準備完了、それでは検証してみます。

水を張った容器にセンサーとアルコール棒温度計、それとヒーターを入れます。氷水から加熱して、1℃上がる毎に棒温度計の示す温度とシリアルモニターに出力されたアナログ入力値を記録していきました。

なお、アナログ入力値 analogから温度 temperatureへの換算式は次式になります。

temperature [℃] = analog / 204.6 × 100

横軸にアルコール棒温度計の温度、縦軸にアナログ入力値から換算した温度をとってプロットしてみました。

LM35自体の直線性はかなり良さそうなのですが、入力電圧が0～1[V]だと分解能が約0.5[℃]程度（= 100 / 204.6）になってしまって生かし切れてないようです。また1.5[℃]ほど低く出ているので絶対値の校正も必要なようです。

《参考》

1. 土井滋貴 著『試しながら学ぶAVR入門』, CQ出版社（SkiLL up mycomputerシリーズ）, 2008年
2. 加藤 肇, 見城尚志, 高橋久 著『図解・わかる電子回路』, 講談社（ブルーバックス）, 1995年
3. polanet, 温度センサ LM35DZ, 建築農業工作ゼミ2009-2010
4. 米田聡, USBニキシーボードを温度計に拡張する(1), 【コラム】 愉しみを数ボルト, マイコミジャーナル

電子工作では一般的な「LM35」というセンサーを使います。

LM35は温度に比例した電圧が出力されます。Arduinoでこの電圧を読み取って温度に換算します。

センサー部分の回路です。C1はパスコン、R1・C2はダンパーでLM35の足に直接はんだ付けします。R1は温度による抵抗値の変化を避けるため酸化金属皮膜抵抗にしてます。コードは2mの2芯シールド線でArduino側はコネクターにしました。

LM35のデータシートそのままですが、このパスコン・ダンパーを省略すると出力電圧が安定せず使い物になりませんでした。

出来るだけコンパクトにはんだ付けしてエポキシ接着剤で固めました。測定に影響しそうなのでLM35の頭は樹脂で被わずに露出させてます。

とりあえず4セット作っておきました。

お道具箱を探してみると埃を被ったブレッドボードが出てきました。何を作っていたのか全く記憶にないのですが電池を繋ぐとLEDが点滅しはじめました。いわゆる「Lチカ」をやったところで挫折したようです。

こんな感じであきらめていたマイコンですが、ここ最近は初心者向けに環境が整いつつあるようです。「Arduino（アルドゥイーノ）」というオープンソースのマイコン＆開発環境がそれです。「スタパ齋藤の「週刊スタパトロニクスmobile」 Arduinoでマイコンしよう!!」を読んでみると、小難しいことは抜きにとりあえずはじめることができるようです。

これなら私にも出来そう、というわけでArduinoでマイコンに再挑戦です。

早速、Arduinoハードウェア、「Duemilanove（デュエミラノーヴェ）」を入手しました。これが心臓部、というか頭脳になります。載っているマイコンは以前、放り出した時と同じAVRです。

それといろいろと遊べそうなのでイーサネットシールド（Arduinoでは拡張ボードのことをシールドと呼びます）も入手しておきました。

ダウンロードしたArduino IDEをPCにインストールして、ArduinoハードウェアとUSBで接続すれば全て準備オッケーです。プログラム作成からマイコンへの書き込み、実行までできます。

これらを使って、以前から構想していたアクアリウム用ネットワーク温度計を製作してみたいと思います。

ちなみに私の電子工作の知識は全くのにわか仕込みですので、間違ったことを書いている可能性大です。参考にされる時は必ず裏を取ってくださいね。

《参考》

1. 土井滋貴 著『試しながら学ぶAVR入門』, CQ出版社（SkiLL up mycomputerシリーズ）, 2008年
2. スタパ齋藤, Arduinoでマイコンしよう!!, 【週刊連載】スタパトロニクス, ケータイ Watch

狭くなってきたので、もう少し暖かくなったら鉢替えしてやりましょう。

子葉はまだ取れずに残ってます。

費用は

エンジンオイル（ウルトラLEO SM）	¥3,606
ドレンプラグ	¥36
ホンダCカードの割引	- ¥1,803
合計	¥1,839

でした。

動画は全くの不勉強でよく分かりません。なので、書けることがありません。

少なくとも機材のレベルアップが要求されているようです。手持ちのメモリカード（1GBytes）では5分も撮影できないし、PCはコマ落ちしてスムーズに再生できません。

※ 追記
動画アノテーションを追加してみました。