Sprout: Arduino搭載・高機能自動給水プランター「スプラウト」

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano (またはPro Mini)	1	マイコンボード
HC-05 Bluetoothモジュール	1	スマホ遠隔操作用 (任意)
DCウォーターポンプ (12V/9V)	1	水槽から給水
土壌水分センサー (抵抗式)	1	アナログ出力
LM7805 5Vレギュレーター	1	Arduino/センサー用電源
IRF540 NチャネルMOSFET	1	ポンプ駆動スイッチ
抵抗 220Ω	1	MOSFETゲート保護
1N4001 ダイオード	1	フライバックダイオード (ポンプ逆起電力対策)
ピンヘッダー (16ピン)	1	基板接続用
スクリューターミナル (2ピン)	1	ポンプ接続用
DCバレルジャック (メス、パネルマウント)	1	外部電源入力
片面PCB	1	自作または発注
AC-DCアダプター (9V 1A)	1	電源供給
MDF板 (30×15×19cm箱用)	適量	レーザーカット
500mlペットボトル	1	水タンク用 (直径≤74mm, 高さ≤18.5cm)
エポキシ接着剤	適量	ボトル加工部の防水
セメント/モルタル	適量	外装仕上げ・防水

必要な工具

• はんだごて、はんだ
• グルーガン
• レーザーカッター (MDFカット用) または手工具
• Fusion 360 (3D設計確認用)

使用ソフトウェア

• Arduino IDE
• Bluetoothシリアルアプリ (Android: 「Bluetooth Terminal」等)

プロジェクト概要

Sproutは、内蔵水タンク (約500ml) からポンプで自動給水するスマートプランターです。土壌水分センサーが定期的に湿度を監視し、閾値以下になるとポンプをON、目標湿度に達したらOFF。水やり忘れ・やりすぎ両方を防止し、最大約1ヶ月放置可能。Bluetoothでスマホから手動操作も可能。全設計データ (回路図、PCB、3Dモデル、レーザーカット図、コード) をGitHubで公開し、改造・拡張を歓迎するオープンプロジェクトです。

ステップ1: 電子回路設計

電源ブロック

9V入力をLM7805で5Vに降圧し、Arduino Nanoと土壌水分センサーに供給。ポンプは9V直結 (または12Vポンプなら昇圧/別電源)。

ポンプ制御ブロック

Arduino GPIO → 220Ω → MOSFETゲート。MOSFETドレインにポンプ負荷、ソースをGND。ポンプ両端に1N4001フライバックダイオード (カソードを+側) で逆起電力吸収。Arduino出力だけでポンプを直接駆動不能なためMOSFETスイッチ必須。

水分センサー

アナログ出力をArduino Aピンに接続。植物種・土質に合わせて閾値を校正。

Bluetoothモジュール (任意)

HC-05のTX/RXをArduinoのSoftwareSerialピン (またはHardware Serial) に接続。スマホアプリから '0'(48) / '1'(49) を送信し、ポンプ強制ON/OFF。

ステップ2: 電子部品実装

GitHubの Electronics フォルダに、Eagleファイル、1倍スケール印刷用PDF、A4複数面付けPDF、ボードビュー、回路図を格納。片面PCBなので自作も容易。シルク印刷に従いはんだ付け。

ステップ3: ソフトウェア & Bluetooth設定

Arduinoコード (GitHub: Code/plant)

水分センサー値を読み取り、閾値判定でポンプ制御。Bluetooth受信時は手動モードに切替。コードはシンプルで改造しやすい構造。

スマホアプリ & Bluetoothペアリング

「Bluetooth Terminal」等の汎用アプリでHC-05とペアリング (初期PIN: 1234/0000)。'1'送信でポンプON、'0'でOFF。専用アプリもGitHubで提供予定。

ステップ4: 機械設計 (Fusion 360)

本体: 30×15×19cmのMDF箱を8面インターロック構造でレーザーカット。内部を二分割:

• 大区画: 土・植物エリア
• 小区画: さらに二分割 → 回路基板エリア + 水タンクエリア (500mlペットボトル)

設計ファイル (Fusion 360 .f3d、STL、レーザー用DXF/AI、等角/正投影図) はGitHub Mechanical Design に格納。

ステップ5: ボトル加工 (水タンク製作)

1. 500ml炭酸飲料ボトルをベースから約50mm上でカット (ポンプ収納スペース確保)
2. ポンプ吐出ホース用と電源線用の穴を開ける
3. ホースと配線を通し、エポキシ樹脂で完全防水シール (数時間で硬化)
4. 上部キャップから給水可能

ステップ6: ボックス組み立て

1. レーザーカット8面に木材保護塗料を両面塗布
2. 背面板にDCジャック取り付け、基板固定
3. ポンプホースと水分センサー配線を植物エリアへ通す
4. 8面をインターロックで組み立て、ボトルを所定位置に収める
5. 木工用接着剤で全面シール

ステップ7: セメント仕上げ (外装・防水)

各面に接着剤を塗り、セメントを振りかけてヘラで均す。全面施工後、1日間6時間ごとに霧吹きで水をかけて養生 (ひび割れ防止・防水性向上)。独特のテクスチャーと堅牢性を両立。

ステップ8: 土と植物をセット

1. セメント完全乾燥後、植物エリアに土を投入
2. ホース先端を熱シールし、小穴を開けて点滴灌水化
3. 水分センサーを土中に埋設
4. 水タンク満水、電源投入、動作確認

GitHubリポジトリ

jonathanrjpereira/Automatic-Plant-Watering-System-using-Arduino

• Code/plant: Arduinoスケッチ
• Electronics: Eagle回路図・ボード・Gerber
• Mechanical Design: Fusion 360、レーザー図面、STL

カスタマイズアイデア

• 水位センサー追加で「給水アラート」
• 太陽光パネル+充電コントローラーでオフグリッド化
• 複数プランターをLoRa/Wi-Fiで集中監視
• 水分データをクラウドロギング (ThingSpeak, Blynk等)
• 液体肥料混入システム (ペリスタルティックポンプ追加)