M5Stackと温度センサADT7410を使った気温計の作り方

2022年2月23日2023年8月15日

今回は、M5Stackを使って気温計を作ったので、作り方を紹介しちゃいます。

温度センサにはADT7410というものを使いました。この温度センサは、I²C通信出来るので、M5Stackとの接続が非常にシンプルでおすすめです。その上、±0.4℃の高精度！

気温表示は、M5Stackディスプレイに出力するシンプルなものです。ゆくゆくはPCやスマホから見れるようにする予定です。

では作っていきましょう！

こんな人におすすめ！

M5Stackで気温計を作りたい人
I²C通信について知りたい人

I²C通信とは

I²C通信について説明します。知ってる人は読み飛ばしちゃって結構です。

I²Cとは「Inter-Integrated Circuit」の略で、1対複数の機器間でデータ通信する2線式の同期式シリアル通信インタフェースです。
「アイ・アイ・シー」、「アイスクエアド・シー」、「アイ・ツー・シー」といった読み方があります。I²Cのメリットは、ワイヤ接続本数が最小限で済むことに加え、ライブラリも充実しているため実装が簡単です。

マスタ・スレーブ方式

I²Cが採用するマスタ・スレーブ方式とは、管理・制御する側のマスターと制御される側のスレーブ間でデータ通信する方式です。

マスターは、クロックを出力し、マスター/スレーブはこのクロック周波数に合わせてデータを送受信します。

今回の場合、マスターはM5Stack、スレーブはADT7410になりますね。

スレーブデバイスにはアドレスがあり、マスターがそれぞれのアドレスを指定することで、1対複数のデータ通信が可能です。

必要な接続線は2本

通信に必要な接続線はSDA、SCLの2本のみです。

SDAはシリアル・データラインで信号送受信用の線です。SCLはシリアル・クロックラインでクロック用の線です。

各信号線はプルアップ抵抗が必要となります。

温度センサ ADT7410の使い方

電子工作する上でセンサの知識は必須ですね。仕様と通信方法を見ていきましょう。

仕様

ADT7410の測定温度範囲、温度精度、温度分解能、端子は下表のとおりです。

測定温度範囲	-55℃ ～ +150℃
温度精度	±0.4℃ @-40℃～+105℃ (3.0V)
温度分解能	0.0078℃ (16bit使用時) 0.0625℃ (13bit使用時)
端子	V_DD: 電源 GND SDA SCL

温度分解能は設定モードによって異なり、16bitモード、13bitモードが使用できます。13bitモードだと温度分解能が温度精度より大きいです。精度を求めるのであれば、16bitモードに設定した方が良いでしょう。今回は気温計でそこまで精度は求めていないので、13bitモードを使用します。

通信方法

ADT7410のアドレスは0x48です。

マスターからADT7410へデータ返信を要求すると、ADT7410は2byteの値を返します。

13bitモードの各bit定義と温度換算式は下記表の通りとなります。

Bit 15	Bit 14-3	Bit 2-0	温度換算式
温度符号 0: 正 1: 負	Data	ー	温度が正のとき　Data / 16 温度が負のとき (Data – 8192) / 16

気温計の作り方

では、M5Stack、ADT7410を使った気温計の作り方を紹介していきます。

準備したもの

M5Stack Basic
温度センサ ADT7410
ジャンパワイヤオス-メス

M5StackはGrayやGoでも問題ないですよ。

M5StackとADT7410の配線

M5StackとADT7410の接続は下表のとおりです。M5Stackの21,22ピンがI²Cに対応している端子になります。

M5Stack	ADT7410
21	SDA
22	SCL
3V3	VDD
G	GND

温度計測プログラム

M5Stackのディスプレイに気温を表示するプログラムはこちらになります。

#include <M5Stack.h>
#include <Wire.h>

int address = 0x48; // ADT7410温度センサのアドレス

void setup() {
  M5.begin();
  M5.Lcd.setTextSize(3);

  // 内部プルアップ抵抗有効化
  pinMode(21, INPUT_PULLUP);
  pinMode(22, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(9600); // 通信速度を9600bpsに設定
  Wire.begin(); // I2Cバスにマスタとして接続
}

void loop() {
  uint16_t data;
  float temp;

  Wire.requestFrom(address, 2); // ADT7410に2byteのデータを要求
  data = Wire.read() << 8; // 1byte受信し、1byte左シフト
  data |= Wire.read(); // 1byte受信し、前回値に加算
  data >>= 3; // 3bit右シフト
  
  if(data & 0x1000){ // bit 12が1のとき
    temp = (float)(data-8192) / 16.0; // 負の温度換算
  }
  else{
    temp = (float)data / 16.0; // 正の温度換算
  }

  M5.Lcd.setCursor(20, 80);
  M5.Lcd.print("Temp: ");
  M5.Lcd.print(temp);
  M5.Lcd.print("'C");
  delay(1000);
}

それぞれの処理について解説します。

内部プルアップ抵抗の使用

SDA,SCLはプルアップ抵抗が必要のため、M5Stackの内部プルアップ抵抗を有効化します。

pinMode(21, INPUT_PULLUP);
pinMode(22, INPUT_PULLUP);

通信速度の設定

I²C通信速度を設定します。

Serial.begin(9600);

単位はbpsで、設定値は300, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200から選択します。

I²Cバスに接続

I²Cバスに接続します。引数に何も指定しないとマスタとして接続になります。スレーブとして接続する場合は、引数にアドレスを指定します。

Wire.begin();

ADT7410から温度データ受信

温度データを受信するために、Wire.requestFrom()、Wire.read()を使います。

Wire.requestFrom()は、第1引数のアドレスに、第2引数で指定したbyte数分のデータを要求します。Wire.read()で1byte分受信します。

Wire.requestFrom(address, 2); // ADT7410に2byteのデータを要求
data = Wire.read() << 8; // 1byte分読み取りし、1byte左シフト
data |= Wire.read(); // 1byte分読み取りし、前回値に加算
data >>= 3; // 3bit右シフト

この処理は何をしているかというと下図を参照ください。

ADT7410からの受信データは、Bit 15-3が温度データです。まず受信データを1byte読み出し、dataに格納すると、dataの下位バイトが受信データの上位バイトになります。そのため、dataを1byte左にシフトさせます。もう一度受信データを1byte読み出し、dataの下位バイトに格納します。dataのBit15-3が温度データとなるため、3bit右にシフトさせます。これによってdata = 温度データとすることが出来ます。

温度換算

温度データをdataに格納出来ましたので温度換算するだけです。dataのBit 12が温度符号になっていますので、Bit 12が1のときは、負の温度換算式を用います。Bit 12が0のときは、正の温度換算式を用います。

if(data & 0x1000){ // bit 12が1のとき
  temp = (float)(data-8192) / 16.0; // 負の温度換算
}
else{
  temp = (float)data / 16.0; // 正の温度換算
}

出来上がった気温計で温度計測

こんな感じで表示されます。

まとめ

M5StackとADT7410温度センサを使った気温計の作り方を紹介しました。

作る過程でI²C通信も一緒に学べるので是非挑戦してみて下さい。

今回、気温表示はM5Stackのディスプレイ表示でしたが、今後、PCやスマホから見れるようにする予定です。

最後までお読み頂きありがとうございました。

私はスイッチサイエンスさん(Amazon)でM5Stackを買いました。

書籍もKindleストアで「みんなのM5 Stack入門」を購入し、読みながら勉強してまーす。

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この記事を書いた人

はちまる

大学で機械工学を学んだ後、製造業で働く40代の会社員です。
IT系、電気系を学んでこなかった機械系人間が、ゲーム制作、電子工作に奮闘してます。
極力低コストでものづくりを楽しむのがモットー。