給湯器パイロットライト監視システム - サーモカップル電圧をArduinoとRaspberry Piで監視し異常通知

必要な部品と材料

Raspberry Pi Zero WH	×1
Arduino Nano R3	×1

プロジェクト概要

ガス給湯器のパイロットライトが消えるとサーモカップルの起電力（最大30mV）がゼロになり、ガスバルブが閉じる安全機構があります。しかし稀にパイロットライトが消えることがあり、気づかないとお湯が出なくなります。本システムはArduino Nanoでサーモカップル電圧を監視し、Raspberry Pi Zero WH経由でメール/ SMS通知を送ることで、早期発見・再点火を可能にします。ガス漏れリスクはありません（バルブが自動で閉じるため）。

システム構成

• Arduino Nano: 内部1.1V基準電圧でADC（A0ピン）読み取り、30秒ごとにデジタルピン9から単線シグナリングでRaspberry Piへ送信
• Raspberry Pi Zero WH: GPIO16で立上がりエッジ検出、独自プロトコルで2桁数値を復号、電圧換算し閾値判定。5回連続低電圧で通知送信、6時間クールダウン

手順1: Raspberry Piの準備

OSインストール、ネットワーク接続、Python環境構築。通知送信用Pythonスクリプト（HotWaterNotifier.py）を配置。

手順2: Arduinoの準備

安価な互換Nanoの場合、ドライバインストールに手間取ることあり。スケッチ書き込み：内部1.1V基準（analogReference(INTERNAL)）でA0読み取り、30秒ごとにシグナリング出力。

手順3: サーモカップル配線への接続

給湯器サーモスタットへ向かう同軸ケーブル（外側がプラス）をサーモスタット手前5インチで切断。外皮を少し剥いて中心線を露出させ、Arduino A0ピンとサーモスタット入力に分岐接続。中心線の絶縁被膜は剥かない（ショート防止）。負極側はArduino GNDとサーモスタット負極に共通接地。ワニ口クリップ付きリード線で仮接続推奨。

手順4: Arduino-Raspberry Pi間のレベル変換

Arduino出力5VをRaspberry Pi許容3.3V以下に降圧するため、抵抗分圧器（電圧分割器）を挿入。単一抵抗では無電流時に5Vのままになるため、2段抵抗分圧が必須。記事内の回路図（550Ω総抵抗例）を参照。全システムのGNDを共通化。

手順5: Arduino側シグナリングプロトコル

ADC値（0〜1023）を2桁10進数として送信。各桁の先頭にキックオフパルス、桁内は20ms間隔でパルス繰り返し（パルス数-1が桁値）、桁間は50ms空白、全体で200ms以内。ピン9から出力。

手順6: Raspberry Pi側受信と判定

PythonでGPIO16の立上がりエッジ待機（wait_for_edge）。パルス間隔から桁を復号し、電圧＝ADC値×1.1V/1023を計算。閾値（デフォルトADC≤1、約1mV）以下が5回連続ならアラート。

手順7: 通知送信（Gmail SMTP + キャリアメールゲートウェイ）

• Gmailアカウント作成、アプリパスワード設定（Google公式手順）
• smtplibでSMTP送信（TLS、ポート587）
• SMSはキャリア提供のメールゲートウェイ利用（例: 5555555555@vtext.com for Verizon）

手順8: 全接続と常駐化

Arduino→サーモカップル分岐、Arduino→分圧器→Raspberry Pi GPIO16、共通GND。電源投入で自動開始。

起動スクリプト（run_HotWaterNotifier.sh）を作成し、rootのcrontabに@reboot sh /home/pi/hotwater/run_HotWaterNotifier.sh >> /home/pi/hotwater/logs/HotWaterNotifier.log 2>&1を追加で自動起動。手動起動時はctrl-Z → bg → disownでバックグラウンド常駐化。

ソースコード

• Arduinoスケッチ: 記事内掲載（HotWaterHeater.ino）
• Pythonスクリプト: 記事内掲載（HotWaterNotifier.py）
• 起動シェルスクリプト: 記事内掲載（run_HotWaterNotifier.sh）