スマートArduino水筒：リアルタイム監視とアラート機能付き

必要な部品と材料

部品	数量	備考
SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz	1
防水超音波センサー	1	水位検出用
リアルタイムクロック（RTC）モジュール	1	DS1307ベース自作または市販品
4桁7セグメント共通カソードディスプレイ	1	SparkFun製等
ブザー	1
タクトスイッチ 12mm	1	モード切替・ウェイクアップ用
汎用NPNトランジスタ（2N2222等）	4	7セグメント桁駆動用
Li-Ionバッテリー 1000mAh	1
Adafruit USB Li-Ionバッテリー充電器	1
221Ω 抵抗	8	7セグメントセグメント制限用
1kΩ 抵抗	4	トランジスタベース電流制限用
4.75kΩ 抵抗	2	RTCプルアップ用（SDA/SCL）

必要な工具

• ハンダごて
• ホットグルーガン

使用するアプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

はじめに

十分な水分摂取は健康に不可欠です。肌の調子改善、全身の健康、生産性と脳機能の向上、エナジーレベルアップ、ダイエット効果などが期待できます。しかし忙しい現代生活では、家でもオフィスでも外出先でも、ついつい水分摂取を忘れがち。アメリカ人の約75%が慢性的な脱水状態だと言われています。

健康的な水分摂取習慣を身につけるには、毎日の摂取量をトラッキングすることが重要です。そこでArduinoを使って水筒をスマート化しました。主な機能：

1. 日々の水分摂取量をトラッキング
2. 週間平均摂取量を算出
3. 水分補給リマインド（アラート）
4. 前回摂取時刻を記録
5. 単一充電で1ヶ月以上動作

RTCモジュールの自作

摂取ログに日時を記録するため、DS1307ベースのRTCモジュールを自作しました。バックアップ電池なしでVBATをGNDに落としています（システム全体がバッテリー駆動のため）。DS3231（内蔵発振子）を使えば外付け水晶不要でより簡単です。市販の小型RTCモジュールを使っても構いません。

DS1307の主要ピン：

• 5Vピン：HIGHでデータ送信、LOWでバックアップ電池駆動
• GND：共通グランド
• SCL：I2Cクロック、Arduino SCL（A5）に接続
• SDA：I2Cデータ、Arduino SDA（A4）に接続
• VBAT：バックアップ電池入力。未使用時はGNDに接続

7セグメントディスプレイ基板の自作

コンパクトな4桁共通カソード7セグメントモジュールを使用。各セグメントはアノード共通でマルチプレクス駆動、各桁は独立したカソードを持ち個別にオン/オフ可能。これにより制御ピンを32本から11-12本に削減できます。

LEDセグメントには電流制限抵抗が必要（5Vなら330-470Ω、Li-ion駆動なら220Ω）。全セグメント点灯時（数字8）は40mAを超えるため、ドライバートランジスタ（2N2222）で電流増幅しています。1kΩでベース電流制限、220Ωでセグメント電流制限。

ArduinoのD10-D17でセグメント（a-g, dp）、D6-D9で桁（D0-D3）を駆動。タクトスイッチをD2（INT0）に接続し、外部割り込みでスリープからウェイクアップ可能にしています。

ディスプレイ基板とArduino Pro Miniの接続

回路図通りにセグメントピンをArduinoに、4つの共通カソードをトランジスタコレクタに、ベースをArduinoピンにハンダ付け。タクトスイッチをD2（INT0）に接続。確実にD2に接続してください（外部割り込みウェイクアップ用）。

RTCモジュールとブザーの接続

• RTC SDA → Arduino A4 (SDA)
• RTC SCL → Arduino A5 (SCL)
• ブザー → Arduino D3

超音波センサーのボトルキャップ取り付け

ボトルキャップに穴を開け、超音波センサーの4線を通してキャップ中央に固定。センサーはキャップ内側に、中心位置に配置します。

• VCC → VCC
• GND → GND
• Trigger → D4
• Echo → D5

プログラム書き込みとテスト

以下のライブラリが必要です：

• OneButtonライブラリ（ボタン処理）
• LowPowerライブラリ（スリープモード）
• DS1307RTCライブラリ（RTC読み取り）

ウォッチドッグタイマーと外部割り込み（INT0）でスリープから復帰。センサーを3回読み取って平均化し、必要情報を計算・10秒表示後、1分間スリープ。ボタン押下時はいつでもウェイクアップして情報表示。

計算アルゴリズム概要：

• 5回読み取り平均で水位算出（精度向上）
• 日次摂取量は24時間でリセット
• 週間平均は直近7日間の日次摂取量から算出
• 2時間摂取なしなら15分ごとに二重ビープでアラート、摂取検知で2時間アラート停止

コードをダウンロードしてArduino Pro Miniに書き込み、全モジュール接続して動作確認。ディスプレイに結果が出れば成功です。

Arduinoをボトルキャップに固定

ホットグルーでArduino Pro Miniをボトルキャップ上面に固定。すべての部品がキャップ内に収まるよう十分な量のグルーでしっかり固定。

バッテリーと充電モジュールの取り付け

Li-ionバッテリーをArduino上面に固定（露出ピンとショートしないよう注意）。充電モジュールをキャップに取り付け、USBポートを外側からアクセス可能に配置。

完全防水化

水筒なので水滴がかかっても壊れないよう、USBポート以外のすべての露出部分にホットグルーをたっぷり塗布して防水化。キャップの形状もグルーで整えて元のキャップらしく仕上げます。※キャップごと水に沈めないでください。

完成！

これであなた専用のスマート水筒の完成です。毎日の水分摂取を可視化し、健康的な習慣をサポートします。