ヒステリシス制御によるArduino温度管理システム: エアコン制御の基本実装

プロジェクト概要

ヒステリシス（閾値の非対称性）を用いた温度制御の基本を、Arduino 101とDHT22センサーで実装した教育・実験用プロジェクトです。設定温度に対する「オン/オフの温度幅」を持たせることで、制御対象（エアコン等）の頻繁なオン・オフ（チャタリング）を防止し、安定した制御を実現します。

必要な部品

部品	数量	備考
Arduino 101 (または Uno 等)	1	メインMCU
DHT22 温湿度センサー	1	高精度・デジタル出力
DFRobot LCDボタンシールド (16x2)	1	表示・操作用
LED (赤・緑など)	2	制御状態表示用（冷房ON/OFF）
抵抗 10kΩ	1	DHT22プルアップ用
抵抗 330Ω	2	LED電流制限用
ブレッドボード・ジャンパーワイヤー	1式	配線用

ヒステリシス制御の仕組み

本システムでは以下のロジックで動作します：

冷房ON条件: 温度 ≥ 25℃ かつ現在OFF状態 → 緑LED点灯（冷房運転指令）
冷房OFF条件: 温度 ≤ 23℃ かつ現在ON状態 → 赤LED点灯（冷房停止指令）
デッドバンド: 23〜25℃の間は状態を維持（チャタリング防止）

この2℃のヒステリシス幅により、設定温度付近でのリレー/コンプレッサーの頻繁な切り替わりを防ぎます。

ハードウェア接続

DHT22: データピン → D12、VCC → 5V、GND → GND、データ-GND間に10kΩプルアップ
緑LED (冷房ON表示): D3 → 330Ω → LED → GND
赤LED (冷房OFF表示): D2 → 330Ω → LED → GND
LCDシールド: Arduinoにスタック接続（ピン8,9,4,5,6,7使用）

ソフトウェアのポイント

millis()によるノンブロッキング2秒周期のセンサー読み取り
ブーリアンフラグa（冷房ON中）、b（冷房OFF中）で状態管理
LCDに温度・湿度を常時表示（上段: 温度、下段: 湿度）
閾値判定ロジックはloop()内のif-elseでシンプルに実装

実装コードの核心部分

if (t >= 25 && a == LOW) {      // 25℃以上で冷房ON
    digitalWrite(ledPin, HIGH);   // 緑LED ON
    digitalWrite(ledPin2, LOW);   // 赤LED OFF
    a = HIGH; b = LOW;
} else if (t <= 23 && b == LOW) { // 23℃以下で冷房OFF
    digitalWrite(ledPin2, HIGH);  // 赤LED ON
    digitalWrite(ledPin, LOW);    // 緑LED OFF
    a = LOW; b = HIGH;
}

拡張・応用のヒント

リレーモジュール接続で実エアコン/ヒーターを制御可能
閾値をLCDボタンやシリアル通信で動的変更可能に拡張
PID制御への発展的学習の足がかりとして最適
データロギング（SDカード/クラウド）追加で温度履歴管理

教育的価値

産業用温度調節器（サーモスタット）の基本原理を、安価なコンポーネントで体験学習できる教材として最適です。ヒステリシスの概念理解から、実際の制御系設計への入り口となります。

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