シャープのダストセンサーを入手しましたので、PIC16Fで制御し ダスト(花粉)を液晶に表示しました。
ブロック図
回路図
dust_meter_回路図設計
ダストセンサー(GP2Y1010AU0F)のデーターシート(6ページ)の出力粉塵濃度特性例グラフから直線部分の2点から1次方程式を作成する。
①出力電圧 1.5V時 粉塵濃度は170μg/㎥
②出力電圧 3V時 粉塵濃度は405μg/㎥ である
出力電圧をX[V]、粉塵濃度をY[μg/㎥]とすると 上記①②から 求める1次方程式Y=aX+bは
Y=156.6X-65・・・③式 となり、傾きaは156.6、切片bはー65である。
以上より 出力電圧1V時は Y=156.6*1-65=92μg/㎥となる
上記③式のXの単位は[V]で0~3.6V位であり、これをADコンバータ(10bit)出力値0~1023に変換する。
ADコンバーターの基準電圧は4.096Vであり、10bitの1024の分解能である。これから1bit:4mVとなる。すなわち出力電圧1Vは1V/4mV=250の値となる。
また AD変換は、下記のフローチャートから「AD開始(7)」から「ADデータ取り込み(9)」までの間の時間(9-7)*40μSec=80μSec で終了しなければならない。
AD変換に要する時間は、PICのデーターシートより11.5*Tad(Tad:AD変換クロック)であり11.5*Tad<80μSec から Tad<6.9μSecとなる。
CPUクロックは16MHzであり ADクロックはこの 1/64の 16MHz/64=250kHz:4μSecを使用する。
粉塵濃度、出力電圧、ADコンバータ出力値の関係は、1Vを基準にすると
156.6*1-65[μg/㎥] : 1[V] : 250 となる。
これから、ADコンバータの出力値を 傾きa’(156.6/250)倍し 切片b(-65)を加算すれば 粉塵濃度が求められる。
ADコンバータの出力は、上記GP2Y1010AU0Fの動作条件から 10mSec毎に出力され、高速なので加算平均をとる。加算回数nを上記傾きa’から求めると
156.6/250=n/64から n=40となる。分母の64は、求めた値を、6bit分右シフトすると求められるため、高速に処理することができる。
以上より GP2Y1010AU0Fの動作条件のタイミングでAD変換を行い、出力データを加算することを40回繰り返す。その合計値を64で割り 65を引くと、ダスト(花粉)が計測できる。
この値を、キャラクタ液晶に表示する。
ソフトウエア
dust_meter
考察
今回設計したダスト(花粉)測定器のセンサーであるSHARP GP2Y1010AU0Fのデーターシートの 出力粉塵濃度特性例 は例であることと、無塵時出力電圧が変化することから、絶対値の測定は難しいことがわかった。基準となる測定器でキャリブレーションが必要である。
相対的なダストの変化は 測定できた。
使用パーツ
ダストセンサー1部品表
品名 | 型名 | 販売店 | 単価 | 個数 | 小計 |
CPU | PIC16F1823 | 秋月電子 | 110 | 1 | 110 |
LCD | SC1602BS | 秋月電子 | 500 | 1 | 500 |
ダストセンサー | GP2Y10101AU | 秋月電子 | 900 | 1 | 900 |
ピンフレーム | 5pin,6pin | 秋月電子 | 20 | 2 | 40 |
ピンヘッダー | 5pin,6pin,6pin | 秋月電子 | 20 | 3 | 60 |
半固定ボリューム | 20kΩ | 秋月電子 | 40 | 1 | 40 |
ICソケット | 14pin | 秋月電子 | 25 | 1 | 25 |
抵抗 | 150Ω、1.2kΩ、10kΩ | 秋月電子 | 1 | 3 | 3 |
電解コンデンサ | 220μF、470μF、 | 秋月電子 | 20 | 2 | 40 |
トランジスタ | 2sc2718 | 10 | 1 | 10 | |
セラミックコンデンサ | 0,1μF/50V | 秋月電子 | 10 | 2 | 20 |
DCジャック | 2.1φ | 秋月電子 | 40 | 1 | 40 |
ACアダプタ | 5V 1A | 500 | 1 | 500 | |
プリント基板 | AE-B2-LEM3 | 秋月電子 | 100 | 1 | 100 |
ケース | SK16 | 秋月電子 | 130 | 1 | 130 |
合計 | 2518円 |