【Arduino】ペルチェ素子を一定温度に制御する（サーミスタ編）
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。
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。
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。
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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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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