赤外線温度計を作ろう

赤外線温度センサーがちょっと遊んでみようか、というレベルの値段になっているので講習会で使ってみました。

GY-906というモジュールでMelexis MLX90614という赤外線センサーが使われています。Web上の情報ではESFBAAというタイプのようですがGY-906の回路図が見つかりませんでしたので正しいかどうかはわかりません。Melexisからデータシートが公開されているので、ESFBAAが正しいとするとOperating Temperature Rangeは-40℃から85℃で、TO-39型ケース、3V動作(モジュール内で5V→3V変換)、シングルゾーン(視野が単一)、標準パッケージ(視野角90°)ということです。測定できる温度は-70℃から+380℃です。

Amazonでは HiLetgoで670円でした。

https://www.amazon.co.jp/gp/product/B071VF2RWM/ref=od_aui_detailpages00?ie=UTF8&psc=1

AliexpressではMT Technology Co., Ltd.でさらにいくらか安い$4.05でした。

https://ja.aliexpress.com/item/Free-Shipping-GY-906-MLX90614ESF-New-MLX90614-Contactless-Temperature-Sensor-Module-For-Arduino-Compatible/32465344732.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.aeFeEN

I2Cですのでライブラリを追加して配線4本でOKです。UNOでは(Nanoでも同じですが、)SDAをA4、SCLをA5に接続します。

表示器も欲しいということになって、I2CのOLED Display Module 128X64も接続しました。これもAmazonの HiLetgoで420円でした。
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B071ZPFDWW/ref=od_aui_detailpages00?ie=UTF8&psc=1

AliexpressではHwa Yeh Tech CO.,LTDでいくらか安い$3.00でした。表示器のライブラリはAdafruit_SSD1306を使用しました。ディスプレイへの表示用ライブラリAdafruit_GFXも合わせてインストールします。Adafruit_SSD1306を使う時には使用しているディスプレイの解像度に合わせてAdafruit_SSD1306.hのコメントアウトの行を変更する必要があります。行番号72からの数行を抜き出しましたが、下記が変更後です。

 

講習会ではArduino Nano互換機を使いましたが、この記事を書いている今は手元にあったUno互換機を使っています。

 

この記事を書きながらセンサーの資料を見返していたら、放射率の補正が間違っていたことが分かりました。下のスケッチは訂正済みです。

赤外線温度センサーMelexis MLX90614は5.5μmから14μmの波長域の赤外線を受光して、赤外線で加熱された受光面の温度を多数の熱電対で測定して赤外線の量を求めているようです。赤外線を放出している物体は黒体(放射率=1.0)と仮定して、センサーの温度測定値も用いて、測定対象の温度を推定しています。実際は物体の表面によって放射率は異なり(1よりも小さくなる)、放射率の低い金属表面を測定した場合は黒体に比べて赤外線の放出量が少ないので測定結果は実際の表面温度よりも低い値を出力します。

MLX90614に内蔵されたEEPROMに測定対象の放射率を書き込んで補正した結果を出力するように設定することができます。しかしながらライブラリでは対応していないことと、書き込むためには通信エラー検出用のPEC値も書き込む必要があり、かなり面倒みたいなので、Arduinoのプログラムで補正をすることにしました。放射率E(0~1.0)と、センサー温度(K) Tsnr、測定対象の温度(K) Tact、赤外線量から推定した温度(K) Tmeasの関係式がMelexis社の資料に書かれています。

https://www.melexis.com/en/documents/documentation/application-notes/application-note-mlx90614-changing-emissivity-setting

放射率が分かっていればこの関係式を使って測定対象の温度に変換することができます。

実際の表面の放射率は分からないことが多いので、熱電対等で実測して赤外線センサーでの測定値がその値を示すように放射率で調整する使い方になるようです。

 

2017.08.15

手作りの大型7セグメントフルカラー表示器(デモ版)

メイカーフェア東京2017では、LEDの点滅状態がわかりやすいように、加工前のシリアルLEDと2個ずつセグメント状態に配置した表示器を並べて展示しました。

表示器で数値をカウントアップ、カウントダウンするだけなので、プログラムがシンプルで分かりやすいと思います。下の写真が全体の画像です。左端に14個のLEDが並んだシリアルLED、右下が1セグメントに2個のLEDを配置した7セグメント表示器、右上がプリント基板です。どちらのLEDもNanoの5V、GND、D7に接続しました。

LEDは次の写真のように0から13までの順番でつながっています。

 

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

プリント基板のパターンは、右端中央から信号が入り、左端中央から次の桁に信号を伝えるように考えました。基板の面積を最小限にできるようにナルト模様のようにしました。基板を近づけて配置するときに有効な方法だと思います。基板は木工CNCで切削してパターンを作成しました。バリがあると指に刺さったり、短絡してしまったりするので、ヤスリで削ってあります。

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

左側の14個の切断していないLEDと7セグメント表示器の14個のLEDは、電気的には全く同じように直列に14個接続されたもので、Nanoの同じ端子に接続されています。

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

全て点灯させると以下のように光ります。写真では色がわかりにくいですが、2個のシリアルLEDはNanoに近い方から末端まで同じ色に光っています。

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

数字の4はこのように点灯します。

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

ソフトウェア

seg[0]からseg[6]までの配列でセグメント0からセグメント6に対応させて、表示する数値によってセグメントを点灯するときはHIGH、消灯するときはLOWにします。具体的にはSeven_seg_Mask(int i)関数で、seg[0]からseg[6]まで設定します。rainbowCycle_Mask(uint8_t wait)関数はサンプルプログラムのrainbowCycle(uint8_t wait)関数をベースにseg[0]からseg[6]までのHIGH/LOWでHIGHの場合だけ点灯するように改造しました。ここで、セグメントに2個LEDを配していることに注意して、i番目のLEDのHIGH/LOWはseg[i/2]で表わしました。

rainbowCycle関数を使った色の設定と、セグメントHIGH/LOWを掛け合わせることで簡単にカラフルな数値表示を実現しています。

(2017.08.10)

Maker Faire Tokyo 2017 お立ち寄り御礼 (Thank you for coming)

180cmのテーブルいっぱいに「手作りの大型7セグメントフルカラー表示器を使った置き時計」、オガールラボでの電子工作講習会の作品紹介、キッチンスケールをハックしてArduinoとLabVIEW Home版を連携させたリアルタイム重量計測のデモを展示しました。大勢の方々に興味を持って話を聞いていただきました。ありがとうございました。

展示を見て7セグメントフルカラー表示器を作ろうと思ってくださった方が多かったと感じましたので、これまでの記事を整理して電子工作に慣れていない方でも取り組みやすいような構成でまとめたいと考えています。

オガールでの電子工作講習会に興味を持っていただいた方も多くいらっしゃいました。講習会のテキストなどダウンロードできるよう関係者と調整したいと思います。

LabVIEW Home版についても多くの方に興味を持って聞いていただきました。デモで使用したArduinoのシリアル出力を受け取るプログラムについて記事を書きたいと思っています。

Maker Faire Tokyoに海外からこられた方々にも大勢立ち寄っていただきました。ありがとうございます。現物があり、同じ興味を持っている方々でしたから、なんとか内容を伝えることができたのではないかと思います。ほぼ同じ構成で時計を作ったばかりだという方もいて、Web上では何人かの方がシリアルLEDで大型表示器を作られていることは把握していましたが、直接会話ができてとても楽しく感じられました。

At my booth I did the following three types of exhibits at 180 cm wide tables.
(1) Clock using a handmade large 7-segment full color display
(2) Works of electronic work seminar at OGAL Lab
(3) Real time weight measurement created with Arduino and LabVIEW Home version by hacking the kitchen scale
Thank you for seeing a lot of people interested.

I felt that there were more people who thought about making a 7-segment full color display by looking at the exhibition. I plan to write a new article so that even those who are not familiar with electronic work can easily deal with it.

Many people were interested in electronic workshops at OGAL Lab. I would like to be able to download the materials of the course.

Many people were also interested in LabVIEW Home edition. I’d like to write an article about the program that receives the Arduino serial output used in the demo.

People from overseas also came. Thank you very much. I think that I was able to communicate the contents somehow because it was people who have the same interest in front of the work. I was able to talk with someone who was just about making the clock with almost the same composition and felt it was fun.