MAX31855 K型熱電対温度センサモジュール（高耐熱熱電対付）（ストロベリーリナックス）、大容量ソリッドステートリレー(SSR) 40A（秋月電子通商）、PIC32MX270F256B-50I/SP（秋月電子通商）を用いて、PID制御の温度コントローラを試作しました。温度コントローラの操作は、USB-CDC経由でパーソナル・コンピュータ（PC）から行います。なお、センサとPIC間のインターフェースはSPIです。
回路図と実際の回路を以下に示します。回路図中右上のHEATERと書いた部分には家庭用スチームアイロンを用いています。また、温度を計測するためのアルメル・クロメル熱電対の先はスチームアイロンのスチーム穴に差し込んでいます。
なお、K型熱電対温度センサモジュールの＋端子とー端子に温度差ができないようにします。温度差ができると、両端子間に起電力が新たに生じますので、測定誤差につながります（室温補正が施されていても）。例えば、回路全体を１つのケースに入れない方が良いと思います。リレーやPICが熱源になるので、ケース内で空気の対流が起こり、＋端子とー端子に温度差が生じる可能性があるからです。モジュールだけは、ケースの外に出すなどの考慮が必要と考えます。
１．PIC32MX270F256B-50I/SP (HARMONY)の章の項目「MHC環境」に書かれているようにMHC環境を整えます。
２．PICに書き込むファームウェアはMX270_PWM_PID_CDC.zipです。このファームウェアは、Harmony3\usb_apps_device\apps\cdc_com_port_singleを手直しし、それに、MAX31855 K型熱電対温度センサモジュールからデータを受信するためのコード（SPI規格）、大容量ソリッドステートリレーをPWMで操作するためのコード、そしてPID制御のためのコードを付け加えたものです(app.cとpid.c)。MX270_PWM_PID_CDC.zipを解凍して出てくるMX270_PWM_PID_CDCフォルダーをHarmonyProjectsフォルダーの中に入れます。なお、このファームウェアのPID制御部分は、小坂井宏文氏のWebsiteの温度制御3 (PID動作)に紹介されているものを使用しました（少しだけ手直ししています）。
３．PIC基板に電源（5V）と熱電対を接続し、それをPCにUSBケーブルで接続します。そして、ファームウェアをPICに書き込みます（PIC基板がCDC機器になります）。
４．Windows10（21H2）では、CDC用標準デバイスドライバ（Usbser.sys）を使用するようです。つまり、PIC基板とPCをUSBケーブルで接続すると自動的にこのドライバーが組み込まれまれるようです（別途ドライバーを組み込む必要がない）。
５．PC用のアプリケーション・ソフトウェアはk_thermo_pid.zipです。これを解凍すると出てくるk_thermo_pid.exeをPC上で実行します。温度の時間変化を表示できます。以下の２つの図は、その例です。これらの図に示した測定では、比例帯を10℃、積分時間を20秒、微分時間を10秒に固定しており、目標温度を50℃、100℃、150℃、200℃と変えています。また、最大出力電圧（以下に説明する）を、50℃、100℃、150℃、200℃のとき、それぞれ3V、7V、11V、16Vとしています。測定温度は目標温度±1℃以内で安定しています。なお、このソフトウェアでは、iPentec Websiteの[C#] マルチメディアタイマーを利用する - マルチメディアタイマーコンポーネントの作成に紹介されているマルチメディア・タイマーを使用しています。
温度上昇時：
温度降下時：
６．PC用のアプリケーション・ソフトウェアのメニュー項目の説明です。
PID設定：PIDの各数値を設定します。設定された値は、PICのNVM(Non Volatile Memory：フラッシュメモリ）に記憶させていますので、PIC回路の電源を切っても保持されています。
表示温度範囲：グラフの縦軸の上限と下限を設定します。例えば、上図では上限を220℃とし下限を20℃としています。
最大出力電圧設定：スチームアイロンに掛ける最大電圧（上に載せた「実際の回路」の写真のACソケットから出力される最大電圧）を設定します。比例帯だけを考えるとき、スチームアイロンの温度（測定温度）が目標温度になったときに、スチームアイロンに掛かる電圧が最大電圧の50%となることが理想とされています。小坂井宏文氏のファームウェアでは、0%ですので（操作量が負の時、出力電圧を強制的にゼロにしている）、温度上昇時は問題ないのですが、温度降下時に低温側にオーバーシュートしてしまいます。なお、最大出力電圧は、温度の時間変化を観察しながら試行錯誤で決めます。初めは、最大出力電圧を低めに設定すると良いでしょう。
温度設定：スチームアイロンの目標温度を設定します。言い換えれば、スチームアイロンの温度を何℃にするかという設定です。小数点は入力できませんので、例えば10.00と打ち込むと1000を打ち込むことになりますので、十分気を付けてください。ソフトウェアを手直しして、設定可能最高温度を設定すると良いでしょう。
測定開始：温度測定の開始と停止を行います。このメニュー項目をマウスでクリックするたびに、測定開始と測定停止が入れ替わります。
７．注意事項：出力電圧の分解能は1V
スチームアイロンに掛かる電圧（上に載せた「実際の回路」の写真のACソケットから出力される電圧）の分解能は1Vです。PWMの値を変えて、スチームアイロンに掛かる電圧を変えています。電圧を更新する間隔（サイクル時間）は１秒と設定しています。一方、ソリッドステートリレー（SSR)はゼロクロス動作です。商用電源の周波数が50Hzの場合、1秒間に100回だけゼロ・ボルトになり、そこでしかリレーのON、OFFができません。したがって、PWMの値は100段階以上に設定しても意味がありません。つまり、スチームアイロンに掛ける電圧の分解能は、100V/100＝1Vとなります。60Hzですと、もう少しだけ分解能は良くなります。
