ボート用GPS定時換気システムの製作：PIC16F628Aでリレー駆動ファンを制御

船室の湿気を排出するGPS制御ファンを製作。PIC16F628A、リレー、12Vバッテリー、LCD表示を使用した信頼性の高いシステム

狭く湿った空間では換気が不可欠です。適切な気流がないと湿気が溜まり、カビや菌類の温床になります。木材が多用される私のボートでは、決まったスケジュールで動作するリレー駆動ファンを、車載バッテリーで駆動し、GPSモジュールで正確な時刻管理するシンプルかつ効果的な解決策を設計しました。

制御換気が重要な理由

小空間では滞留空気が結露を招きます。長期的にはこの湿気がカビ繁殖を促し、木材を傷め、空気質を悪化させます。定期清掃で緩和できますが、換気自動化はより一貫性があり、メンテナンスフリーなアプローチです。

システム概要

ファンに求められる要件：

• 効率的な空気循環
• 一定スケジュールで自動運転
• 12V車載バッテリーから給電
• ファン停止時に専用充電器でバッテリー充電
• 現在時刻とステータスをLCD表示

主要コンポーネント：

• 12V 4.5Aファン
• PIC16F628Aマイクロコントローラ
• 12Vバッテリーと充電器
• リレー2個（ファン制御用・充電器制御用）
• GPSモジュール（Skylab SKM53シリーズ）
• LCDディスプレイ
• ヒューズ（12V, 8A）
• 各種抵抗、コネクタ等

ファンは1時間に5分間動作し、この値はファームウェアにハードコードされています。ファン動作時は充電器リレーを非励磁にして過充電を防ぎ、ファン停止時に再励磁してバッテリーを満充電維持します。

Skylab SKM53によるGPS時刻取得

SKM53は毎秒UARTでNMEA文を出力します。RMC文からUTC時刻を抽出します。例：

$GPRMC,075747.000,A,2233.89990,N,11405.3368,E,3.9,357.8,260210,,,A*6A

先頭6桁（075747）が07:57:47を表します。3番目のカンマ後のステータスフィールド（A/V）で有効測位（A）か無効（V）を判別し、ファームウェアでこのフラグをチェックしてから時刻を使用します。

信頼性の高いシリアル通信のため、データシート推奨の10 kΩプルアップ（RXD/TXD両方）とデカップリングコンデンサ（10 µF電解+0.1 µFセラミック）を推奨します。ブレッドボードでは0.1 µFセラミックのみで不安定さは観測されませんでした。

Skylabデータシート（PDF）からのスクリーンショット。

ブロック図

システムを離散ブロックとして可視化すると、トラブルシューティングと回路図作成が容易になります。

ハードウェア設計

回路図はブロック図に従い、各部品の接続を示します。

レギュレータにはシンプルなLM7805を採用し、発振防止のため追加平滑コンデンサを配置。最新のスイッチングレギュレータなら効率向上しますが、LM7805の信頼性と手持ち部品で実用的な選択としました。

全部品を堅牢なPCBに実装し、ファン回路と充電回路それぞれに12V 8Aヒューズを設けて安全性を確保。

ファームウェア構造

Cソースは充実したコメントと明確な構造で構成：

1. ライブラリインクルードとコンフィグレーションビット設定
2. 定数定義（水晶周波数、ポート割り当て）
3. グローバル変数宣言
4. 関数プロトタイプ宣言
5. インラインコメント付き関数実装
6. メインループ：GPSデータ読取、タイマー管理、リレー切替

UART初期化の例：

// UARTポート初期化関数
void uart_init(void) {
    TXSTAbits.BRGH = 0; // 高ボーレート無効
    TXSTAbits.SYNC = 0; // 非同期モード
    TXSTAbits.TX9 = 0;  // 8ビット送信
    RCSTAbits.CREN = 1; // 連続受信有効
    /*
     * ボーレート計算（16 MHz水晶、9600 bps）：
     * SPBRG = (16 MHz / 9600) / 64 - 1 = 25
     */
    SPBRG = 25;
    PIE1bits.RCIE = 1;  // UART受信割り込み有効
    RCSTAbits.SPEN = 1; // シリアルポート有効
    TXSTAbits.TXEN = 1; // 送信有効
}

完全なソースコード： jc_lettheairflow.c.zip

結論

GPSモジュールで精密な時刻取得、リレーで電源管理、12Vバッテリーで携帯性を確保し、ボート船室を乾燥・カビフリーに保つシステムを構築しました。設計はモジュラーで、日付表示や追加センサ統合への拡張も容易です。

画像

ぜひこのプロジェクトに挑戦してみてください！BOMとコードをダウンロードできます。