ＰＩＣの応用回路（３） ････ データロガー（その２）、温・湿度計： シリアル通信、演算法
（２） 温・湿度計の作製：
作製した ADコンバータ機能による マイコン電圧計を基本として、温・湿度センサのヘッドを取り付けることによって、温度計・湿度計とし、また、常時 ＬＣＤで表示すると共に、シリアル通信によって定期的に（このプログラムでは１０秒ごとに）データをパソコンに取り込めるようにする。 センサとしては、他に、超音波、光、磁場、加速度、ガス濃度など、数Ｖ程度の電圧に変換できるものならば何でも扱うことができる。・・・ 千差（センサ）万別（？）
① 温・湿度計ヘッドの作製：
温度センサには、ＬＭ６１ＣＩＺ（測定温度： －３０℃～１００℃で 出力電圧０．３～１．６Ｖ、 Ｖｏ ＝ （１０ｍＶ/℃ × Ｔ℃） ＋ ６００ｍＶ、 電源電圧（＋２．７Ｖ～＋１０Ｖ）によらない）を、電源電圧３．３Ｖで使用した。 湿度センサには、直線的な出力電圧を出す素子（ＣＨＳ－ＧＳＳなど）が簡単であるが、ここでは、比較的安価な ＨＳ１５Ｐ（駆動電圧： ～１ｋＨｚ・１Ｖの矩形波）湿度に対し 抵抗値が指数的に変化する）を用いて、同じく指数的に変化するスイッチング・ダイオード（１Ｓ１５８８、（注）代替品では良い指数特性が得られない）の順方向電圧-電流特性を使った オペアンプによる対数変換を用いる。
オペアンプは、１０ｍＶまでの低電圧にも対応できるように 低オフセット電圧の ＮＪＵ７０３２Ｄ （Ｃ－ＭＯＳオペアンプ）を用いた。
温度、湿度共に、基本的には計算式により出力電圧を決めるが、素子などのばらつきを考え、アッテネーターを付けて微調整できるようにした。
② 温度・湿度の計算法：
温度： アッテネーターＶＲ（１ｋΩ）のセンター５００Ωより、 Ｖ0 ＝ Ｖ × １．０６ より、 Ｔ（℃） ＝ （１．０６ Ｖ － ０．６） × １００ ・・・・ （１）
また、データロガー（電源電圧＋５Ｖ）の ＡＤコンバーターの数値： ｘ として、 Ｖ ＝ （５/１０２３）・ｘ ・・・・ （２）
（２）を（１）に代入して、 Ｔ ＝ ０．５１８ ｘ － ６０ ≒ （ｘ － １１６）＊５１８/１０ ・・・・ 表示用（×１００）で 整数型として計算
湿度： ＨＳ１５Ｐの仕様より、ダミー抵抗 Ｒ が １ｋΩのとき Ｈ＝８８％、 １０ｋΩのとき ６８％、 １００ｋΩのとき ４５％、 １ＭΩのとき ２６％ であるが、実際組み立ててみると、直線性が良いのは １ＭΩ～１００ｋΩ であり、実用範囲は湿度が約５０％以下だった。
１ＭΩと１００ｋΩで直線をとると、 Ｈ ＝ ３８・Ｖ0 － ０．６ ＝ ４０．２８・Ｖ － ０．６ ＝ （ｘ － ３）＊１９７/１０
これらの整数型の計算は、そのまま計算すると 最初の掛け算が６５５３５を超えるので、ブレセンハム(Bresenham)・アルゴリズムを用いて計算する。
③ 演算 と ＬＣＤ表示のプログラム：
ＬＣＤ表示は、前回作製した ＡＰＩ（関数群）を多少改造して用いた。 ｂｒｅｓｅｎｈａｍ アルゴリズムのプログラムは以下の通りである。（＊ 湿度Ｈの計算は、桁数が大きくならないので、単純な整数型でも良い。： ｖ ＝ （ｖ －３）＊１９７/１０； をそのまま記入）
表示される温度の分解能は、８７７Ａで ０～５Ｖを１０２４分割するので、 （（１００ － （－３０））/（１．６ － ０．３））・（５/１０２４） ≒ ０．５（℃）しかない。 さらに、温度測定素子（ＬＭ６１ＣＩＺ）自身のばらつきが ±２（℃） 程度あるので、これをアッテネーターで ±０．５（℃）に収めることになる。
また、湿度センサに供給する１ｋＨｚの交流には、ＣＣＰ端子からのＰＷＭ信号を用いた。水晶発振１０ＭＨｚ（＊ 実は、このために、最高速２０ＭＨｚではなく １０ＭＨｚにした）から、動作周波数（×１/４＝）２．５ＭＨｚ＝０．４μＳ より、１/１６分周して ６．４μＳ、したがって、ＰＲ２ ＝ １５３、ＣＣＰＲ１Ｌ ＝ ７５（＝ＰＲ２/２、デューティー比５０％）に設定して １．０１ｋＨｚ・約５Ｖの方形波となった。用いるときは分圧して１Ｖとする。（ＰＲ２は２５３まで、タイマー２の分周比は１/１６までであって、ポストスケーラーは使えず、ＰＲ２をそれ以上にすると発振が止まる。）
④ シリアル通信のプログラム：
ＬＣＤで常時表示すると共に、シリアル通信で１０秒に１回 温度と湿度をパソコンの画面に表示するプログラムとする。
シリアル通信は、一方的に送るだけの方法もあるが、ここでは本格的に、互いに相手に送信を停止・再開してもらう フロー制御（割り込みを使用する Ｘｏｎ/Ｘｏｆｆ 制御（データロガーから、また、パソコンから の両方で、Ｘｏｎ ： 送信再開要求、Ｘｏｆｆ ： 送信停止要求 を出す）で行なう。
Ｄ-サブ・コネクタの ７ｐｉｎ－８ｐｉｎの結線により、送信可否の通知は そのままパソコンへ返される。また、４ｐｉｎ－６ｐｉｎ－１ｐｉｎの結線により、パソコンの電源オン/オフの通知がそのまま マイコン側の電源オン/オフとして認識される。
したがって、シリアル通信の接続は、送信： ＴＸ（２５ｐ） → （レベルコンバータ ADM3202 の）Ｔ１ＩＮ（１１ｐ） → パソコンのＲＸ、 受信： ＲＸ（２６ｐ） ← Ｒ１ＯＵＴ ← パソコンのＴＸ の実質２本だけになる。
プログラムについて、
・ interrupt entry(c) は、割り込み要求を実行する関数で、割り込みフラグで受信を確認して 受信レジスタの信号を ｃ にコピー（同時に、割り込みフラグをクリヤ）し、ｃ の信号が Ｘｏｎ か Ｘｏｆｆ ならば 変数 ｘｆ にコピーする。 変数 ｄｃ が１６ならば、いっぱいになった受信バッファを終了する。（データが失われるがやむを得ない） 変数 ｃ の受信バッファへの書き込み位置は 変数ｗｐ が記憶し、書き込むごとに １ 増やし、１６を超えたら０に戻す。（＝ リング・バッファ処理） 受信バッファに１２以上の信号が書き込まれたならば、Ｘｏｆｆ を送信して、相手に停止要求する。（通常は受信バッファの３/４程度でＸｏｆｆを送信する）
・ getchr(c) は、受信バッファに信号が入るのを待って、１つだけ読み出す。 途中で割り込みが入ると整合性が取れなくなるので、この関数を実行する場合、事前に割り込みを禁止し、事後に許可する。
・ putchr(c) ・・・ １文字だけ、 put(*s) ・・・ 何文字でも良い、 は、 ＬＣＤの場合と全く同様に、書き込みに用いられる。 ・・・ ｅｘ） ｐｕｔ（"\n"）： 改行
・ 通信速度の設定は、 ボーレート＝４８００ とするならば、 ＳＰＢＲＧ ＝ １０ＭＨｚ（水晶発振周波数）/１６/４８００ － １ ＝ １２８ になる。
・ 通信形式の設定は、送信形式： ＴＸＳＴＡ ＝ 00100100 で、送信許可(１)、非同期(0)、高速(1)、 受信形式： ＲＣＳＴＡ ＝ 10010000 で、受信許可（1)、連続受信(1)、アドレス検出無効(0)、などとなる。
＊ 小数点を用いない単純な整数をシリアルポートに送るだけならば、 ＨＩ-ＴＥＣＨ Ｃ ＰＲＯ の標準ライブラリ（非同期シリアル分）を使うことができる。 標準ライブラリのヘッダを取り込み（#include<stdio.h> を追加）、 関数 ｇｅｔｓ ： 編集可能な文字列入力、 ｐｕｔｓ ： 文字列と改行の出力、 ｐｒｉｎｔｆ ： 書式制御可能な文字列出力（ＣＳＶ形式） の３つが使用可能。 特に、ｐｒｉｎｔｆ は、数値を文字列に変換し、あるいは、文字列をそのまま、区別して、ＣＳＶ形式で送信するのによく用いられる。
⑤ 仮想端末の整備：
代表的な仮想端末ソフト： Ｔｅｒａ Ｔｅｒｍ を、 http://sourceforge.jp/projects/ttssh2/ からダウンロードし、
１） 設定 → シリアルポート で、通信速度： ４８００、 データ： ８ビット、 フロー制御： Ｘｏｎ/Ｘｏｆｆ に設定する。（＊ ただ送るだけならば、フロー制御： なし にする）
２） 設定 → 端末 で、受信： ＬＦ （ＵＮＩＸ・Ｃ言語の規則）、 送信： ＣＲ＋ＬＦ （Windowsの規則） を選択する。
Ｔｅｒａ Ｔｅｒｍ に書き込まれたデータは、Ｅｘｃｅｌ 等の表計算ソフトに貼り付けて、記録、グラフ作製ができる。
● ソース： ・・・・ 温・湿度計の全プログラムを ｂｕｉｌｄ すると、 ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａの プログラムメモリ： ２３％、データ： １６％の使用だった。（PICC-Lite コンパイラ使用のため、最適化が行なわれていない条件で）
＊ （追記） ＡＤ変換後のデータを取り出す記述を、 ｖ＝（ＡＤＲＥＳＨ＜＜８）｜ＡＤＲＥＳＬ； から ｖ＝（ＡＤＲＥＳＨ＊２５６）＋ＡＤＲＥＳＬ； に変更します。前者は、ＰＩＣのシフトレジスタの設計が悪くデータ取得ができないか不安定で、数値がふらつく原因となっている。
