電子工作１０ – 甘酒用恒温器（小型改良型）の製作
概要
電子工作９で製作した甘酒恒温器の経験を生かして、改良版をつくった。以下のことを心がけた。
１）より小型で、構造が簡単なこと。
２）出来るだけ、１００円ショップなどの安い部品を使う。
３）より安価なマイコンを使う。
４）制御プログラムも簡単にする。
恒温器を小さく出来ると考えたきっかけは，40Wや60Wのより小さい電球（口金径17mm）が街に出回っていることを知ったこと。それと、甘酒の発酵には背の高い魔法瓶の替わりに、背の低い家庭用のフタ付きプラスチック容器が使えることが分かったことである。
前回は木の板でつくった恒温器本体に、既製の物品を使い手間を省こうと考えた。いろいろ物色した後、価格が安く、耐熱温度が100°Cと高く、工作がし易い、透明なポリプロピレン製のフタ付きで小物の衣料品などに使う保存箱（関屋化学製BIBミニケース１５M、サイズ：W２４２XD351XH155、容量８．８L、￥６０９円）を使うことにした。 そのままでは、電球の熱がプラスチックの薄壁を通じて逃げてしまうので、内壁に薄い木の板をはり、さらに、その上を片面アルミ箔のプラスチックシート（炭配合キッチンアルミシート No.３、耐熱温度８０°C、ダイソー￥１００）で覆った。その結果、40Wの電球でも器内の温度を65°C位まで上げることが出来ることが分かった。
今回使った口金径１７ｍｍの小型電球。下は普通の電球。両者とも６０W
改良型恒温器の全体図
すっきりした改良型恒温器の電気回路
上蓋の片側を半開きにしたところ。下箱の底面の電球が横置きにセットされ、ブリキ板でカバーしてある。また、電球のソケットの裏側には温度フューズが取り付けてある。写真の左手には上蓋に取り付けられた５Vのファンとサーミスタの先端が見える。上蓋と下箱を完全に切り離すこと出来る。ここで取り付けてある電球は４０W（ダイソーで￥１００）のものである。
回路
簡略化のため、マイコンを16F819（￥３００）から８ピンの12F675（￥１５０）に換え、電源にも、５Ｖの三端子レギュレータを使わずに、市販の５ＶスイッチングＡＣアダプタ（実測出力5.1Ｖ、中古￥３００）を用いた。前回は、器内温度が何かの理由で高温になるのを検知するために、別にもう一本のサーミスタを使っていたが、今回はプログラムを改良して、一本のサーミスタで済むようにした。熱源の電球はスペースの関係から横向きにセットした。器内にセットした温度フューズは８２°Cのものに変えた。器内の空気の攪袢は前回同様必要で、５Vの超小型のファン（０．２２Ａ、３５mm）を10Wの抵抗を通じてACアダプタに接続した。ただ、この種のファンの耐熱限界温度とされる６０°Ｃ付近の雰囲気中で常用されるので耐久性がちょっと心配である。
下表は、今回組込んだ液滴型サーミタの先端を改良型恒温器の中に差し込み、電源を入れて温度を上げ、温度とその抵抗値の変化の関係を調べたもの。
|
温度°C |
35 |
40 |
45 |
47 |
50 |
53 |
55 |
58 |
60 |
63 |
65 |
68 |
70 |
|
抵抗 K ohm |
6.69 |
5.46 |
4.51 |
4.17 |
3.73 |
3.30 |
2.86 |
2.61 |
2.44 |
2.20 |
2.05 |
1.84 |
1.72 |
プログラム
今回は、プログラムの最初に、適当に設定した最高温度（実際はstep数）に器内温度がなっているかどうかをチェックし、YESなら異常なのでHaltに飛んでシステムの動作をとめる。NOなら、熱源の電球をONにし、加熱を開始し、保温のための設定温度を保ち続けるルーチンに入る、一回毎に上述の最高温度に達していないかのどうかをチェックするようになっている。何らかの理由でプログラムが暴走し、器内の温度が上昇した場合は、温度フューズ（８２°Ｃ）が働いて、電球へのAC電流の供給が断たれる。 そのフローチャートを以下に示す。
‘*********後で分かるように書き入れた部分*******************
'Thm675.bas - succeeded on 2005.11.25
'Simplified Amazake Heater using 12F675's ADC
'This prog first checks if the inside of box is too hot or not by reading
'the input voltage from thermistor+VR. If too hot, shut down the system.
'If not, turn ON the heater (lamp) and check if temp is higher or lower
'than a set temp. If lower, keep heating until the set temp is reached.
'Then, turn OFF the heater until temp drops below the set temp and return
'to the start. Repeat this routine.
'Pin 1: Vdd (directly from 5.10V of regul AC adp. +Ref for ADC)
'Pin 8: Vss (-Ref forADC)
'Pin 7: GPIO.0: input - connected to (10K-thermistor + 10K-VR(0-5V))
'between Vdd and Vss
'Pin 6: GPIO.1: output - connected to + pole of SSR (Solid State Relay)
'via 330 ohm (exp'ly decided)
'Pin 4: MCLR - connected to Vdd via 4.7K (external reset)
'**********ここからがプログラム本体***************
ADCON0=%10000011 '=131 (decimal)
'bit7=1(right justified),bit6=0(Vdd used as volt reference for ADC),
'bit5-4=0(unimplemented),bit3-2=00(channel0-An0),
'bit1=1(starts right away),bit0=1(on operation)
ANSEL=%00010001 '=17 (decimal), sets Fosc/8 and GPIO.0 as ADC input
'bit7=0(unimplemented),bit6-4=001 (Fosc/8?),
'bit3-2-1=0(Digtal I/O pins), bit0=1(Analog input)
TRISIO=%00000001 'sets all pins except GPIO.0 as outputs
CMCON=7 'turns off comparator function
Define ADC_BITS 10 '10-bit ADC used
Define ADC_CLOCK 3 'Internal clock used
Define ADC_SAMPLEUS 50 'Sample timing
Vin var word 'Vin - voltage input from thermistor+VR for box temp
Lampht var GPIO.1 'Lampht - Lamp heater
Start:
'*************異常高温のチェック**********
ADCIN 0, Vin 'Read Vin from GPIO.0 (AN0).
Pause 50 'Wait 0.05 sec (Delay but not polling is used).
If Vin>625 then 'This value was exp'ly found (0 - 1023 steps)
Goto Halt 'Shut down the system.
Endif
'**************************************
LampON: High Lampht 'Lampht -> ON (turn on)
Loop1:
ADCIN 0, Vin 'Read Vin from GPIO.0 (AN0).
Pause 50
If Vin>550 then 'This value was exp'ly found (0 - 1023 steps)
Goto LampOff 'Go to Lamp-off routine
Endif
Goto Loop1
LampOFF: Low Lampht 'Lampht -> OFF (turn off)
Pause 10000 'Wait 10 sec.
Loop2: ADCIN 0, Vin 'Read Vin from GPIO.0.
Pause 50
If Vin<550
then
Goto Start 'Go to Start
Endif
Goto Loop2
Halt: Low Lampht 'Turn OFF the lamp heater - shut down the system.
End 'End the operation.
‘**********プログラム本体はここまで***************
‘**********秋月のプログラマで焼く時の設定**********
'Note: AKI Programmer's configs. - FOSC: INTOSC(GP4:I/O), WDTE: Enable,
'Enable: Enable, MCLRE: MCLRpin(external SW), BODEN: Enable,
'CP/CPD: Not protected
***上記プログラムのHex File(Thm675.HEX) の内容***
:020000040000FA
:100000005A280F39A00083161F088F3930389F00F7
:1000100083120310A00DA00D1F08C1392004013860
:100020009F000030A10032302B209F149F1816280B
:100030001E08A10083161E085528A301A200FF3048
:10004000A207031CA307031C55280330A100DF30BF
:100050002B201F28A101E83EA000A109FC30031CB1
:100060003428A00703183128A0076400A10F312805
:1000700020183A28A01C3E2800003E280800A200B4
:1000800003304528A20006304528A8002308210295
:10009000031D4C28220820020430031801300319E4
:1000A00002302805031DFF305528831303138312E4
:1000B0006400080083309F00831611309F000130D8
:1000C000850083120730990000300120B800210814
:1000D000B90032301D203808A0003908A1000230D4
:1000E000A30071304220031D7628A82885148316AA
:1000F0008510831200300120B8002108B900323089
:100100001D203808A0003908A1000230A3002630C5
:100110004220031D8C288D287A288510831685108F
:1001200083122730A30010301E2000300120B800B9
:100130002108B90032301D203808A0003908A1007C
:100140000230A30026303F20031DA72864289528ED
:0C01500085108316851063008312AB2815
:02400E00FC3F75
:00000001FF
甘酒をつくってみた
今回の恒温器はかなり小さいので、醗酵容器にはポリプロピレン製（耐熱温度１４０°Ｃ）の即席ラーメンを電子レンジでつくれる、とうたった蓋付き透明容器（ＩＮＳＴＡＮＴ ＰＡＣＫ、容量１．５Ｌ、２０X１５X８（H）ｃｍ、１００円ショップで入手）を使った。前回（電子工作９）と同様に、もち米１合のお粥と細かくした米麹を混ぜたもの（温度４９°C）を上記の容器に入れ、蓋をして恒温器（５２°C）で加熱開始。途中、内容物の温度が仲々上がらないので、VRを回して温度を上げ、４時間弱後に５６°C、加熱を中止した１０時間後には５８°Cになっていた。途中３回内容物をかき混ぜた。下の写真のように、出来上がった甘酒はドロドロしていて甘い。
余談
前の電子工作９で作った試作機はでかくて、小生のような長屋の住人には、置き場にも困るしろものに仕上がってしまった。今回は極力コンパクト化を心掛けた。熱が醗酵容器に横から当たるので、加熱がかなり偏ってしまう。現在の超小型のファンでは、器内の空気温度を均一化するのは難しい。しかし、大きいファンで大袈裟に攪拌して、醗酵物を雑菌で汚染するのも怖い。ほんの４０−５０年前、甘い物の少ない時代、甘酒をあの黒光りのする“かめ”と“炭火コタツ”を使って、各家庭でつくったもの。“勘”と“経験”で、ちゃんと、醗酵の温度コントロールをし、甘酒をつくっていたからすごい。