やりたいこと

アナログ温度センサを使って、Raspberry PIで測る。

使用する機器、及び部品

温度センサは MCP9700を利用する。

MCP9700はアナログセンサで、Raspberry PI のピンはデジタルな入力しかできないので、アナログ-デジタル変換を行うために、ADコンバータ MCP3008を利用する。

• Raspberry PI3 Model B
• 温度センサ MCP9700
• ADコンバータ MCP3008
• ブレッドボード EIC-801
• ジャンパワイア

Raspberry PiでSPIをセットアップする

MCP3008は、SPIバスで接続する必要があるため、Raspberry PI のSPIを有効にする。

下記コマンドを実行。

$ sudo raspi-config

Advanced Optionsで A6 SPIを選択して、下記の両方で Yes を選択。

• SPI interface to be enabled?
• SPI kernel module to be loaded by default?

再起動。

$ sudo reboot

spi_bcm2835 がロードされていることを確認

$ lsmod | grep spi

SPI通信に必要なPythonライブラリをインストール。

$ sudo apt-get install python-pip
$ sudo pip install spidev

ブレッドボード配線

温度センサ MCP9700 の配線

データシート1

データシート2

• VDD -> Raspberry Pi 3.3V
• VOUT -> VOUT -> MCP3008 CH0
• GND -> Raspberry Pi GND

MCP3008の配線

データシート

• MCP3008 VDD -> Raspberry PI 3.3V
• MCP3008 VREF -> Raspberry PI 3.3V
• MCP3008 AGND -> Raspberry PI GND
• MCP3008 CLK -> Raspberry PI GPIO 11 (SCLK)
• MCP3008 DOUT -> Raspberry PI GPIO 9 (MISO)
• MCP3008 DIN -> Raspberry PI GPIO 10 (MOSI)
• MCP3008 CS/SHDN -> Raspberry PI GPIP 8 (CE0)
• MCP3008 DGND -> Raspberry PI GND

スクリプト

下記を adc_tmp36.py というファイル名で保存。

# -*- coding: utf-8 -*-

import sys

import time

import spidev

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0)


def analog_read(channel):
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    adc_out = ((r[1]&3) << 8) + r[2]
    return adc_out


if __name__ == '__main__':
    try:
        while True:
            reading = analog_read(0)
            voltage = reading * 3.3 / 1024
            temp_c = voltage * 100 - 50
            print("Volts V=%f\tTemp C=%f" % (voltage, temp_c))
            time.sleep(1)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        spi.close()

    sys.exit(0)

実行すると下記ように出力される。

$ python adc_tmp36.py
Volts V=0.802441    Temp C=30.244141
Volts V=0.783105    Temp C=28.310547
Volts V=0.795996    Temp C=29.599609
Volts V=0.799219    Temp C=29.921875
Volts V=0.799219    Temp C=29.921875
Volts V=0.799219    Temp C=29.921875
Volts V=0.799219    Temp C=29.921875
Volts V=0.799219    Temp C=29.921875
Volts V=0.802441    Temp C=30.244141

室温は25℃くらいだが、高く表示される。

精度は ±4℃ らしいので、その誤差の範囲なのか？

スクリプトの説明

analog_read

MCP3008の特定のチャネルへの送受信のやりとりをする関数。

CP3008のデータシートを見ると、MCP3008への送受信を行う方法が記載されている。

送信データは、

00000001 1xxx0000 00000000

のような24bitのデータとなる。

最初の 00000001 はスタートビット。

1xxx は 読み込みたいチャネルのよって変わる。

例えば、

• ch 0 なら 1000
• ch 1 なら 1001
• ch 2 なら 1010

のようになる。

プログラムコードに戻ると、

r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])

という処理では、xfer2という関数に3つの値を格納した配列を渡しているが、これが上記の24bitの送信データを表している。

つまり、xfer2という関数に渡している配列のうち

• 最初の要素は 1 は 00000001 を表す
• 2番目の要素の (8 + channel) << 4 は 1xxx0000 を表す
• 3癌目の要素は 00000000 を表す

xfer2からの返り値は

[0, 0, 246]

のようなデータが返却される。

これも入力値と同様に24bitのデータを表す。

MCP3008からの受信データは、下位10bitがチャネルへ入力されたデータとなるため、

adc_out = ((r[1]&3) << 8) + r[2]

という処理は、xfer2から返却された配列の

• 2番目の要素と3、00000011との論理積を取ることで、下位2bitを取得する
• 2番目の要素の下位2bitを8bit左にシフトして、3番目の要素との論理和をとることで、受信データの下位10bitが取得する

最後に、取得した下位10bitのデータを返却する。

main

ここで行っている処理は、下記のとおり。

• analog_read関数を実行して、MCP3008のch 0のデータを読み取り、受信データの下位10bitを取得する
• analog_read関数の返り値を電圧に変換する
• 電圧を温度（摂氏）に変換する

電圧への変換方法は、MCP3008のEQUATION 4-2を見ると、

out = (1024 * Vin) / Vref

と記述があるので

Vin = (out * Vref) / 1024

で、MCP3008からの受信データからMPC9700から出力された電圧が求まる。

MPC9700のデータシートの4.0 活用情報」を見るとセンサーの変換関数が記載されている。

Vout = Tc1 * Ta + V0c

Ta = 周囲温度
Vout = センサー出力電圧
V0c = 0℃の時のセンサーの出力電圧(500mV)
Tc1 = 温度係数(10mV)

なので

Ta = Vout / Tc1 - V0c

で、温度が求まる。

参考にしたサイト

• Raspberry PiのPythonからTMP36のアナログ温度センサとMCP3008のADコンバータを使う
• 温度センサーを試す
• Raspberry PI のピン配置