Arduino Portenta H7にMAX6675でサーモカップル温度センサーを接続する

部品と材料

部品	数量
Arduino Portenta H7	1
テストアクセサリー：サーモカップルとアダプター	1
SparkFunサーモカップルブレークアウト MAX31855K	1

アプリとオンラインサービス

• CircuitMaker by Altium

プロジェクト概要

高温サーモカップルをArduino Portenta H7に接続し、MAX6675サーモカップル-デジタル変換ICを活用するチュートリアルです。PortentaのデュアルSPIポートが堅牢なインターフェースを提供し、MAX6675は12ビット分解能で1024°Cまで対応——産業グレードの温度監視に最適です。

学習内容

• サーモカップルの発電原理と温度による電圧変化
• MAX6675 ICの選定とPortenta H7のSPIバスへの配線
• Arduino IDEでのセンサーデータ解釈とシリアルモニターでの可視化

必要な材料

• Arduino Portenta H7
• K型サーモカップル（SparkFun MAX31855Kブレークアウト経由）
• Portenta Throneボード（デュアルSPIヘッダー搭載カスタムPCB）
• 標準0.1µFデカップリングコンデンサー
• センサー挿入用4ピンねじ端子ブロック

サーモカップルセンサーの仕組み

サーモカップルは異種金属2線を一端で接合したもの。接合部（測温接点）が加熱されると、接合部と基準端（冷接点）の温度差に比例した熱電圧が発生します。この電圧は極めて微小（通常数mV）なため、マイコンで読み取るには増幅とデジタル化が必要です。

K型サーモカップル（クロメル-アルメル）は産業用温度センシングの定番。−200°C〜1260°Cをカバーし、MAX6675のような適切なコンバーターと組み合わせれば典型的に±1°Cの精度を達成します。

センサーハードウェア要件

MAX6675はPortenta H7と同じ3.3Vレールから給電し、0.1µFデカップリングコンデンサーをICのVCCピン直近に配置。サーモカップル線はブレークアウトボードの専用ねじ端子に極性を守って挿入（赤＝正極）。

Throneボード回路図

Altium DesignerでPortentaの2つのSPIバスをカスタムThroneボード上のMAX6675 ICにルーティング。第1SPIインターフェース（HDコネクター2のピン38、40、42）が第1MAX6675を、第2SPI（HDコネクター1のピン33、59、61）が第2ICを担当。トレース幅とデカップリング配置はMAX6675データシート推奨に準拠。

組み立ては簡単——精密はんだごてでMAX6675とデカップリングコンデンサーを実装し、サーモカップルをブレークアウトのねじ端子で固定。

センサー接続ピン

サーモカップル配線時はメーカーの極性表示を遵守：赤線が+、黒線が−。センサーをブレークアウトのねじ端子に接続後、ブレークアウトのVCC、GND、DO、CS、SCKピンを回路図通りにPortentaヘッダーへ接続。

ソフトウェアとテスト

ArduinoスケッチはAdafruit MAX6675ライブラリでSPI通信。PortentaオンボードLED（PC_7）を視覚フィードバック用に初期化後、摂氏/華氏温度を毎秒シリアル出力。

スケッチ書き込み後、ホットプレートでサーモカップルを加熱するとシリアルモニターに安定した温度上昇が表示され、SPI通信と変換精度の正常動作を確認。

以上で本プロジェクトは完了。センサーとPortentaの多機能I/Oで継続的な実験を重ね、組み込みスキルを深めてください。Happy hacking!

コード

• Untitled file

Untitled file

// パブリックドメイン例 - MAX6675クイックデモ
// Source: www.ladyada.net/learn/sensors/thermocouple
#include "max6675.h"

// Portenta H7のSPIピン（必要に応じて調整）
const uint8_t thermoCLK = 9;
const uint8_t thermoCS = 8;
const uint8_t thermoDO = 10;

MAX6675 thermocouple(thermoCLK, thermoCS, thermoDO);

void setup() {
  pinMode(PC_7, OUTPUT); // オンボードLED
  digitalWrite(PC_7, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(PC_7, LOW);
  delay(500);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("MAX6675 test");
  delay(500); // チップ安定待ち
}

void loop() {
  float tempC = thermocouple.readCelsius();
  float tempF = thermocouple.readFahrenheit();
  Serial.print("C = ");
  Serial.println(tempC);
  Serial.print("F = ");
  Serial.println(tempF);
  
  // 30°C超過でLED点灯
  digitalWrite(PC_7, tempC > 30 ? HIGH : LOW);
  delay(1000);
}

回路図

完全な回路図とPCBレイアウトは同梱のPDFファイルを参照してください。