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【Arduino】ペルチェ素子を一定温度に制御する(サーミスタ編)

2022/12/05に公開約3,500字

はじめに

ZAWAWORKSアドベントカレンダー2022、6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。このとき僕は温度センサを用いたPID制御を行い、その内容は5日目の記事にまとめました。温度センサの他に温度を測定できる電子部品にサーミスタがあります。サーミスタは温度によって抵抗値が変わる電子部品です。今回は、サーミスタ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. サーミスタ ()
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

注意
ちなみに抵抗は「茶、黒、オレンジ、金」の10KΩです。よく使う1kΩ「茶、黒、赤、金」と間違えやすいので注意してください。

配線

下の図が全体図です。この画像では配膳が複雑なので、それぞれのパーツごとに分解して解説します。

Arduino・サーミスタ・抵抗

サーミスタに黄色と黒のジャンプワイヤ(メス-オス)を繋げます。

次に以下の画像のように繋げてください。

  • 19行: 赤、抵抗
  • 23行: 黄色(サーミスタ)、抵抗
  • 26行: 黒(サーミスタ)、紫

Arduinoとブレッドボードは以下のように繋げてください。赤が5V、紫がGNDに繋がっています。

リレー・ペルチェ素子・電池ボックス・Arduino


黒をGND、青を2

サーミスタ・ペルチェ素子


サーミスタ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。24℃以下の冷たい温度にしたい場合は、文字の書いてある面(吸熱する面)につけてください。

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/1184360d5f628cbdce8a6e5f65865e98

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・リレー・サーミスタを用いたPID制御の方法についてまとめました。

ただしリレーだと電流のON・OFFしかできないので、同じ面を熱くしたり冷たくしたりすることはできません。これを実現するには、モータドライバを使う必要があります。次回はペルチェ素子をモータドライバで制御する方法をまとめます。

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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。

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