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【Arduino】ペルチェ素子を一定温度に制御する(温度センサ編)

2022/12/05に公開1

はじめに

ZAWAWORKSアドベントカレンダー2022、5日目の記事です!

以前、「心の温度が伝わるおっぱいマウスパッド」を開発しました。
https://youtu.be/3Yr3RvUK-hU

このとき一定の温度にキープするために、ペルチェ素子をPID制御しました。今回は、Arduinoキットにも入っている温度センサLM35DZを用いた場合のペルチェ素子のPID制御の方法をまとめます。

PID制御とは?

超絶大雑把にいうと目的値を超えるとOFF、目的値より下がるとONにすることで値を調整する方法です。たとえばペルチェ素子を40℃(高い温度)にキープしたいときに、ペルチェ素子が40℃を超えると電流をOFFにして40℃冷めるのを待ち、40℃より下がると電流をONにして40℃まで熱くなるのを待ちます。同じような方法はありますが、その中でも最も精度が高いのがPID制御です。

厳密に説明しようとすると数学の知識が必要になってしまうので、この記事では説明しません。より詳しく知りたい方は、以下の記事を読んでみてください。
https://kurobekoblog.com/pid

使ったもの


A. Arduino UNO
B. ペルチェ素子 6.3A 40×40mm TETC1-12706-T100-SS-TF01-ALO
C. ADRSRU 8回路
D. 温度センサ (LM35DZ 温度センサIC)
E. ジャンプワイヤ オス-オス 1本
F. ジャンプワイヤ オス-メス 6本
色数が多いジャンプワイヤがオススメです
G. 電池ボックス 単3 4本
H. サンハヤト ジャンプワイヤ SMP-200 ミノムシ付
I. ブレッドボード

回路

リレー・温度センサ・Arduino



完成図

リレー・ペルチェ素子・電池ボックス


温度センサ・ペルチェ素子


温度センサをペルチェ素子の文字が書いていない面(放熱する面)に着けます。

コード

長くなったので、以下のgistにまとめました。
https://gist.github.com/zawa-works/4930be12db0b2d2a346182a65de5363a

kp, ki, kdの値を変えれば、一定の温度にする精度が変えられます。どの値になれば精度になればいいのかは、それぞれ値を変えて様子を見ないとわかりません。精度を求めている方は、kp, 'ki', 'kd'の値を変えて、様子をみてください。

おわりに

今回は、ペルチェ素子と温度センサLM35DZを用いたPID制御の方法についてまとめました。

ただし、温度を測定するのは温度センサだけでなくサーミスタという電子部品でも温度を測定できます。サーミスタを使う場合、配線やコードが温度センサの場合と異なるので、次回の記事ではサーミスタを用いた時のPID制御の方法についてまとめます。

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※これは2022年のものです

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著者プロフィール

ZAWA WORKS
モテない理系男子の末路。妄想を叶える装置を日々開発中。

Discussion

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お忙しいところ恐縮です。質問があります。
私は高校生で課題研究の中で「ペルチェ素子を使い、「物体から吸収する単位時間単位面積当たりの熱量」を時間制御する」実験を行うことが最終目標です。
その実験を行う前に、温度を一定に保つ実験も必要であり、このサイトを参考にさせていただこうと思っております。このサイトは、大変分かり易く、読みやすくまとめられていて、遊び心もあり、大変楽しく読ませて頂いています!
温度センサについてなのですがURL先の商品を確認したところ売り切れでした。もしよろしければ代替可能な商品のURLを教えていただけないでしょうか。その際、コードや配線に変更が生じる場合はそれも教えていただけると大変嬉しいです。また、A、E、F、Iについては完全に同一品である必要は無いということだと思っているのですが以下の製品で問題ないでしょうか。より良い製品などがあれば是非お知らせください。長文失礼しました。
A  https://www.monotaro.com/g/02359602/?t.q=arduino uno
E・F https://www.amazon.co.jp/ジャンパーワイヤー-Emith-Arduino-Raspberry-ジャンパーケーブル/dp/B09471Z1QT/ref=sr_1_8?adgrpid=117296178713&dib=eyJ2IjoiMSJ9.JMXNPDDjWubv_tyehadsMFamp_cBEtWusrYvNWuvgZMZ7U7A2uepDiAOwhmTJVQv1NvxLSSxo2vDECs7cGReRchTS05UG8ZXXMu-87iK5ZpXa6UovX5AttVJXe1q9uj9h4QelxBOoqasZg0BCEBlxKGo5I5wvpqmowmavQckVQCpQclphslvgNcNzzZ1JOwzWvO6_eXn3PY7B3dwxwUcXt0uLa9W2dzYv_V4OUM3RNwYcx7eGuI9GxWKwYFC9Z1cGYy9P3EOiqIcpHWwzFEUcHNJZOlec3vJuxZyuMPuaos.emjK1l6cYAzdJCn4xooJEevSf7z2TGvgJDXKD4zeEG0&dib_tag=se&hvadid=665994770558&hvdev=c&hvqmt=e&hvtargid=kwd-298295795022&hydadcr=27298_14701861&jp-ad-ap=0&keywords=ジャンパーワイヤー&qid=1714563133&sr=8-8&th=1

I https://www.monotaro.com/p/3890/2997/?t.q=�u���b�h�{�[�h