今から始める電子工作 Step4 ② 温度センサ　熱電対 MCP9601

　半導体センサは常温付近を測定するのに適しています。低温や高温では熱電対や白金測温体が使われます。

　ここでは、マイクロチップのMCP9601を使い、熱電対を利用します。

　過去、Arduino UNO R4 Minimaで利用した記事があります。

　　

Arduino UNO R4 Minimaでセンサ・インターフェーシング ⑨ 温度センサ 熱電対 MCP9601

●環境

  • Arduino IDE；2.3.5
  • Windows11；24H2
  • Arduino UNO R4 WiFi 

●熱電対アンプMCP9601のおもなスペック

　MCP9601のデータシート

  • 動作電圧　2.7〜5.5V
  • 温度の確度　±2.0°C/±4.0°C （標準/最大）、K型 熱電対の精度は約 ±2°C ～±6°C
  • 分解能　±0.0625 °C（これはADCの単なる分解能であり、確度ではない）
  • 変換時間　320ms（18ビット）
  • インターフェース　I2C（10～100kHz）

＜熱電対の対応温度＞

  • K 型: -200～+1372°C
  • J 型: -150～+1200°C
  • T 型: -200～+400°C
  • N 型: -150～+1300°C
  • E 型: -200～+1000°C
  • S 型: +250～+1664°C
  • B 型: +1000～+1800°C
  • R 型: +250～+1664°C

　入手性の良いK型を利用します。

　　uxcell -50C to +200C K型 温度測定 熱電対 ワイヤ ケーブル 3m 10 個入

　先端が容器に覆われたタイプもあります。

　　Kタイプ 熱電対センサー　100mm　 -100°C to 1250°C　プローブ1M

 　熱電対は、二つの金属を接合して、そこに発生する微弱な電圧を利用します。温度によって、発生する電圧は正比例するわけではないので、複数の温度範囲で近似関数を用意しています。

●AdafruitのStemma QT/Qwiicボード

　解説のページ

　Stemma QT/Qwiic（JST SH 4ピン）コネクタは2か所に装着されていて、どちらにつないでもかまいません。このコネクタを使ってI2Cで制御する場合、特に、ジャンパ線をつなぐなどは不要です。

　コネクタは、表と裏のどちらも差し込めそうですが、ピンが内部の上部に並んでいるので、差し込める方向は一意です。ロック機構はないですが、すぐに抜けるということはありません。

●接続

●ライブラリの用意

　MCP960で検索して、見つかったAdafruit MCP9600ライブラリをインストールします。

　インストールを始めると次のパネルが出ました。
　全てをインストールを選びました。

●スケッチ

　メニューのファイル->スケッチ例から、Adafruit MCP9600 Libraryのmcp9601_test.inoを選択します。

QWIICコネクタを使うので、19行目の1か所を修正します。

　　

if (! mcp.begin(I2C_ADDRESS,&Wire1)) {
 
 

コンパイル、実行します。

　Hot Junctionの温度が、熱電対の先端の温度です。

●グラフィック・ディスプレイに測定結果を表示

　次の記事を参考に、グラフィック・ディスプレイに温度を表示します。

　　今から始める電子工作 Step3 ③ Wi-Fi、SPI グラフィック・ディスプレイ -テキスト

　スケッチです。

#include "Adafruit_MCP9601.h"
#define I2C_ADDRESS (0x67)
Adafruit_MCP9601 mcp;

/* Set and print ambient resolution */
Ambient_Resolution ambientRes = RES_ZERO_POINT_0625;

#include <Adafruit_GFX.h>    // Core graphics library
#include <Adafruit_ST7789.h> // Hardware-specific library for ST7789
#include <SPI.h>
#include <Fonts/FreeMonoBold18pt7b.h>
#define TFT_CS        10
#define TFT_RST        9 // Or set to -1 and connect to Arduino RESET pin
#define TFT_DC         8
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    delay(1000);
    Serial.println("Adafruit MCP9601 ST7789");

    /* Initialise the driver with I2C_ADDRESS and the default I2C bus. */
    if (! mcp.begin(I2C_ADDRESS,&Wire1)) {
        Serial.println("Sensor not found. Check wiring!");
        while (1);
    }

  Serial.println("Found MCP9601!");

  /* Set and print ambient resolution */
  mcp.setAmbientResolution(ambientRes);
  Serial.print("Ambient Resolution set to: ");
  switch (ambientRes) {
    case RES_ZERO_POINT_25:    Serial.println("0.25°C"); break;
    case RES_ZERO_POINT_125:   Serial.println("0.125°C"); break;
    case RES_ZERO_POINT_0625:  Serial.println("0.0625°C"); break;
    case RES_ZERO_POINT_03125: Serial.println("0.03125°C"); break;
  }

  mcp.setADCresolution(MCP9600_ADCRESOLUTION_18);
  Serial.print("ADC resolution set to ");
  switch (mcp.getADCresolution()) {
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_18:   Serial.print("18"); break;
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_16:   Serial.print("16"); break;
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_14:   Serial.print("14"); break;
    case MCP9600_ADCRESOLUTION_12:   Serial.print("12"); break;
  }
  Serial.println(" bits");

  mcp.setThermocoupleType(MCP9600_TYPE_K);
  Serial.print("Thermocouple type set to ");
  switch (mcp.getThermocoupleType()) {
    case MCP9600_TYPE_K:  Serial.print("K"); break;
    case MCP9600_TYPE_J:  Serial.print("J"); break;
    case MCP9600_TYPE_T:  Serial.print("T"); break;
    case MCP9600_TYPE_N:  Serial.print("N"); break;
    case MCP9600_TYPE_S:  Serial.print("S"); break;
    case MCP9600_TYPE_E:  Serial.print("E"); break;
    case MCP9600_TYPE_B:  Serial.print("B"); break;
    case MCP9600_TYPE_R:  Serial.print("R"); break;
  }
  Serial.println(" type");

  mcp.setFilterCoefficient(3);
  Serial.print("Filter coefficient value set to: ");
  Serial.println(mcp.getFilterCoefficient());

  mcp.setAlertTemperature(1, 30);
  Serial.print("Alert #1 temperature set to ");
  Serial.println(mcp.getAlertTemperature(1));
  mcp.configureAlert(1, true, true);  // alert 1 enabled, rising temp

  mcp.enable(true);

  Serial.println(F("------------------------------"));

  tft.init(240, 320);           // Init ST7789 320x240
 
  Serial.println(F("Initialized TFT"));
  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setRotation(2);
  tft.setFont(&FreeMonoBold18pt7b);
}

void loop()
{
  uint8_t status = mcp.getStatus();
  Serial.print("MCP Status: 0x"); 
  Serial.print(status, HEX);  
  Serial.print(": ");
  if (status & MCP9601_STATUS_OPENCIRCUIT) { 
    Serial.println("Thermocouple open!"); 
    return; // don't continue, since there's no thermocouple
  }
  if (status & MCP9601_STATUS_SHORTCIRCUIT) { 
    Serial.println("Thermocouple shorted to ground!"); 
    return; // don't continue, since the sensor is not working
  }
  if (status & MCP960X_STATUS_ALERT1) { Serial.print("Alert 1, "); }
  if (status & MCP960X_STATUS_ALERT2) { Serial.print("Alert 2, "); }
  if (status & MCP960X_STATUS_ALERT3) { Serial.print("Alert 3, "); }
  if (status & MCP960X_STATUS_ALERT4) { Serial.print("Alert 4, "); }
  Serial.println();
  
  Serial.print("Hot Junction: "); Serial.println(mcp.readThermocouple());
  Serial.print("Cold Junction: "); Serial.println(mcp.readAmbient());
  Serial.print("ADC: "); Serial.print(mcp.readADC() * 2); Serial.println(" uV");

  tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
  tft.setCursor(10, 50);
  tft.setTextColor(ST77XX_YELLOW);
  tft.setTextSize(1);
  tft.println("Temp:");
  for (int i=0; i<5; i++){
   tft.print(mcp.readThermocouple()); tft.println("'C"); 
   delay(3000);
  }
  for (int i=0; i<5000; i++){
    delay(3000);
  }
}

　実際に測定します。

　冷蔵庫です。

 冷凍庫です。ボードをそのまま入れて測っています。

 オーブン・トースタです。熱電対の先端を差し込んで測っています。

ガス台です。

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