ＰＩＣキット マイコン実験シリーズ 「大気圧計の製作」

ＰＩＣキット　周辺モジュールの用意

ＮＯ－０１　１４ピンＣＰＵ基板（ＰＩＣ１６Ｆ１８２３）

ＮＯ－１２　ＬＣＤ表示器　ＡＱＭ１６０２

ＮＯ－１５　Ｉ２Ｃバス増設モジュール

ＮＯ－２１　ＬＰＳ２５Ｈ大気圧センサモジュール

以上の４種のモジュールを使用します
もちろん、５Ｖ電源や配線コード類も必要です。

１４ピンＰＩＣ１６Ｆ１８２３ＣＰＵモジュール

今回はＩ／ＯピンにＩ２Ｃバスとして２本使用します。
８ピンＰＩＣでも構成できますが、８ピンも１４ピンもＰＩＣ本体価格が変わらないので、
１４ピンＰＩＣ １６Ｆ１８２３を使用します。

温湿度センサ及びLCD表示には、このＩ２Ｃバスで接続します。
それぞれスレーブアドレスが違いますので、パーティーを組めます。
バスアクセスにはPIC内蔵MSSPモジュールを使用して、送受信を行います。
Ｉ２ＣバスはRC0がSCL、RC1がSDAとなります。
これをＩ２Ｃライン分配モジュールに接続し、そこからセンサとＬＣＤに分岐します。

ＰＩＣ１６Ｆ１８２３機能設定

・システムクロックは内部発振および４ＸＰＬＬで３２ＭＨＺ
・Ｉ／Ｏピンはすべてデジタルで、ＲＣ０－１は入力設定
・ＲＡ４－５は出力設定とし、ＬＥＤモジュール駆動可能です。

プログラム（すべてアッセンブラです）
・ＭＳＳＰ低レベルルーチンはＶｅｒ０．２ａを使用しています。
　それ以前のバージョンでは、うまく動作しません
・ＬＣＤドライバルーチンは、ＡＱＭ１６０２用を使用しています。
　５Ｖ用にコントラスト値を設定しています。
　３．３Ｖの電池駆動とするには、この値を変更します。
・メインプログラム
　１秒おきにセンサにアクセス、そして演算およびＬＣＤに表示とを行っているだけです。
　割込み等は使用していません。

※　画像はHDC1000の物を使い回しています　m(__)m

ＮＯ－２１　ＬＰＳ２５Ｈ大気圧　センサモジュール

これは秋月電子のＡＥ－ＬＰＳ２５Ｈ使用しています。
このままでは使いづらいので、８ピンＩＣソケットに挿入する形をとっています。

主な仕様
　２６０ｈＰａ～１２６０ｈＰａ　計測精度±１ｈＰａ
　0℃～６５℃　計測精度±２℃

ピン配置
①　ＶＤＤ　１．７～３．６Ｖ（絶対最大定格４．８Ｖ）
②　ＳＣＬ
③　ＳＤＡ
④　ＳＤＯ　スレーブアドレスの下位ビット決定
⑤　ＣＳ　　VDDに接続するとI2Cとなる、SPIの場合はチップセレクト
⑥　ＮＣ　　無接続
⑦　ＩＮＴ１　インタラプト１
⑧　ＧＮＤ

ＬＣＤ画面設計

２行ありますので、上段が大気圧表示にしようします。
温湿度センサがあれば、下段が温湿度表示とします

　ＡＴＭ　ＸＸＸＸ．ＸＸ　ｈＰａ　　　計１５桁
　ＴＭＰ　　－ＸＸ．ＸＸ℃　　　　　計１５桁

温度表示は分解能はあるので、気圧に合わせて小数点以下２位まで表示しています。
しかし、精度は悪いので、小数点以下の存在意義はあまりありません。
また、１００の位は内部で演算はしていますが、LCD表示はしません。

※補足
画像および実際の構成はＮＯ－１４のＬＣＤを使用していますが、
プログラムはＮＯ－１２ ＡＱＭ１６０２を想定して作成されています

ソースファイル　補足

詳細はソースファイルを見て頂きたく思います。

（１）ＭＳＳＰ・Ｉ２Ｃマスタモード低レベルルーチン　Ver0.2a
　　HDC1000の時とほとんど変わらないのですが・・・
　　当初、何故かセンサー アクセスルーチンがうまく動作しませんでした。
　　きっちりと規定に沿ったアクセスをしないと、すぐ受信待ちループしてしまう様でした。
　　よって、PICマニュアルをよく読み、細部を見直したつもりです・・・
　　結果、何とか安定してアクセスできるようになりました。
　　バージョンはマイナーチェンジのため、Ver0.2aとしています。
　　まだまだＩ２Ｃバスの仕様を満たしていないのは今まで道理です。

（２）ＬＰＳ２５Ｈ　大気圧センサ アクセスルーチン
　　初期設定で単発測定（データ長24bit)としています。
　　計測は約1秒間隔でセンサに対して測定指令を出しています。
　　センサは多機能で、自動間欠測定やFIFOを使用した平均値出力、その他等
　　結構高機能で、ちゃんと設定すると、素晴らしい気圧計や高度計となるようです。
　　ついでですが、温度データも受信しています。
　　温度データは16bitで、さらにおまけ的扱いの様です・・・

（３）演算およびLCD表示（ほぼメインルーチン）
　　LCD表示ルーチンはHDC1000と全く同じで、ここでは省きます。
　　メインの気圧データ計算は簡単でGOOD！です　(^^♪
　　それはただ、単純測定しかしていないからですが・・・

　　おまけの温度データ処理では、ビットシフトでは割り切れない除算が出てきます。
　　どう対処しようかと一瞬悩んだのですが、当局はただのアマチュアです。
　　余計なプライドは邪魔者以外何物でもありません。よって、当局レベルに合わせて？
　　小学校時代から慣れ親しんだ筆算方式での16bit除算ルーチンを作る事に、
　　何も準備要らずの単純イメージでプログラムできるのがGOOD・・・　(-_-;)
　　ソースコードを読むと、多分笑っちゃいます・・・
　　その他は今までの16bitおよび32bit符号無整数演算ルーチンを使い回しています。
　　小数点以下の処理もHDC1000の時のルーチンを使い回しています。
　　送信されてくる16bitのデータを見ると、100℃の位も存在します。
　　演算はしていますが、表示の段階でカットしています。
　　そもそも、100℃以上0℃以下で、センサがデータを送信してくるのかどうかを、
　　実験として確認していません。
　　データシートをさらっと読んでみても、温度については気圧の説明と違い、
　　各種条件等あまり記載されておらず、投げやりな感じですしね。

結果および感想

敬老の日の連休にプログラミングを行っていました・・・
その時２日間はしっとりと雨天でしたが、気圧計は1012hPa～1013hPaを指しています。
高校の教科書では、1013hPaが1気圧と記憶していますが、常に少々低めでした。
画像の様に快適な気温と気圧の環境下でプログラムできました。
センサに手を近づけると、そそくさに温度が変動します。
その後、数日連続運転していたのですが、段々と気圧が上昇して来たなと観察していたら、
1020hPaを超えていたので、外を見ると　快晴でした。
当地では冬になると常に1000hPaを下回る日々となるのかと予想していますが・・・
何か無線室に1台あっても良さげだし、毎日ちらっと観測するのも楽しそうかな？
と言う訳で、常設用機器として作ってみたくなりました。

その他
今回も過去に作成したルーチンの組合せで、すぐできると思ったのですが・・・
結局、MSSPと演算ルーチンはあちこち見直しする羽目になりました・・・
その過程で、演算ルーチンでのバグも結構発見しました・・・

気圧・温度共に小数点以下は計測のたびに変動します。
特に通電開始時は変動大きく、連続通電で、割と安定してくるようです。

当初はHDC1000とのコラボで、気温・湿度・気圧表示の他に何かやろうか・・・、
と楽しみながらプログラミングしていたら、だらだらソースコードが長くなり、
突然アッセンブルエラーが出まくり焦りましたが、PICメモリオーバーが原因でした、
結局、ここではLPS25H気圧計としてシンプルなプログラムとしましたです。

追記　２０１７年０３月

レベルコンバータＰＣＡ９３０６がＩ２Ｃバスにぶら下がっていると、ＡＱＭ１６０２の動作が不確実になる場合がある事が判明しました
原因が解り次第追記します

↑　原因考察
これはＩ２Ｃバスの負荷が重すぎる（プルアップ抵抗値が低い、他）のが原因と思われます。
それらの原因によりバス上のパルス波形の変形でデータ通信がうまく行かなくたったと思われます。

追記　２０１７年０３月２５日

アッセンブラソースからＸＣ８用に移植してみました。
動作環境は上記アッセンブラ版と同じなのですが・・・
都合により、ＰＩＣ１６Ｆ１７０５に差し替えての動作と変更になりました。
ＰＩＣ１６Ｆ１８２３ではメモリ不足でコンパイルできません。
当初、コンパイルエラーの理由が解らず、少し悩みました・・・
メモリ不足の大きな原因はｐｒｉｎｔｆ()関数を使用したためです。
また、ＰＩＣ１６Ｆ１７０５はＰＰＳレジスタ設定を行わないとＭＳＳＰが使えません。
ここもＰＩＣ１６Ｆ１８２３と違う所ですが、高機能化の代償でしょうか。
簡単な設定ですが、詳細はＣソースファイルを参照してください
制御関数の詳細は、ＰＩＣキットモジュール紹介欄を参照してください

ＭＰＬＡＢ ＸＩＤＥの設定（コンパイラのオプション設定）について
ＸＣ８はデフォルトでDOUBLEは２４ｂｉｔ浮動小数点となっている様です。
それは実際にエミュレータのＷＡＴＣＨで２４ｂｉｔなのを確認しています。
これを３２ｂｉｔ浮動小数点にして使っています。
指定方法は、ダッシュボード左上アイコンの「Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」を開きます。
「Ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ」からＸＣ８をクリックし、「Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｏｐｔｉｏｎｓ」に、
「－－ＤＯＵＢＬＥ＝３２」と記載します。
この方法で良いのかは不明ですが・・・　(^_^;)
エミュレータで３２ｂｉｔになっているのは確認しています。
ところで、２４ｂｉｔのままでも気圧値は演算部分のエラーは出ずに処理していますし、
ＬＣＤにちゃんと表示されている様に見えます・・・
合っているのかどうかは不明ですが。

ソースプログラムについて
メイン関数だけでは動作しません。
ＭＰＬＡＢ ＸＩＤＥのプロジェクト（画面左上）で、

「Ｈｅａｄｅｒ Ｆｉｌｅｓ」には、下記の３ファイルを登録
ＡＱＭ１６０２ｖ１．ｈ
ＬＰＳ２５Ｈｖ１．ｈ
ＭＳＳＰ０２ｂ．ｈ

「ＳｏｕｒｃｅＦｉｌｅｓ」 には、下記の４ファイルを登録
１６Ｆ１７０５＿ＬＰＳ２５Ｈ＿０１．ｃ
ＡＱＭ１６０２ｖ１．ｃ
ＬＰＳ１５Ｈｖ１．ｃ
ＭＳＳＰ０２ｂ．ｃ

以上を設定のうえ、コンパイルしてください
エラーが沢山出ますが、(^_^;)　ちゃんとビルドおよび動作確認しています。
当局のＣプログラミングの経験がほぼ無いので、あちこち間違いがあるためと思われますが、判明し次第追記します。