DIY集水槽水位モニター - Arduino Nano、MPXV5010DP、OLEDディスプレイ

部品と材料

部品	数量
Arduino Nano R3	1
Freescale MPXV5010DP 差圧センサー（0-10kPa, 0-5V出力）	1
0.96インチ OLEDディスプレイ（I2C、2色）	1
MCP4725 DAC（I2C、12bit）	1
リレーモジュール（ドライ接点出力用）	1
チップコンデンサ（1μF, 0.01μF, 470pF）	各1
プラスチックプロジェクトボックス（110×85mm）	1
タイゴンチューブ（3/32インチ）	1

プロジェクト概要

集水槽（サムプ）の水位を非接触で監視するモニターを自作しました。超音波センサーより信頼性が高く設置が容易な差圧センサー（MPXV5010DP）を採用。センサーはチューブで銅管に接続し、銅管を集水槽内まで延ばすことで、本体を水から離れた安全な場所に設置できます。

設計のポイント

• ローカル表示: OLEDで水位をインチ単位でリアルタイム表示
• 外部インターフェース: リレー接点出力（アラーム用）、DACによる0-5Vアナログ出力（他システム連携用）
• センサー保護: DACでセンサー出力をバッファーし、配線トラブルからセンサーを保護
• I2Cバス: OLEDとDACをI2Cで接続、ソフトウェア変更で他Arduinoへデータ提供可能

動作仕様

• MPXV5010DP: 0-10kPa = 0-1020mm水頭 に対応
• Arduino ADCでセンサー電圧を読み取り、オフセット/スパン補正
• 水深をmm→インチ変換してOLED表示
• 設定水位（デフォルト12インチ）超過で画面反転表示 + リレー接点動作（アラーム出力）
• DAC出力で0-5V電圧として水位を外部出力

ソースコード

#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_MCP4725.h>
#include <math.h>

#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
#if (SSD1306_LCDHEIGHT != 64)
#error("Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!");
#endif

Adafruit_MCP4725 dac;

int relayPin = 5;
int analogPin = 0;      // DAC出力確認用ADC
int analogPin2 = 1;     // MPXV5010DP入力

int v1 = 0;  // MPXV5010DP ADC値
int v2 = 0;  // DAC入力用スケーリング値
int v3 = 0;  // mm換算値
int v4 = 0;  // 深度パーセント
int v5 = 0;  // DAC出力読み戻し値
int v6 = 0;  // mV換算値
float v7 = 0; // インチ換算値
int v8 = 0;  // 表示用整数インチ

int offSet = 40;      // 0kPa時のADC値（実測で調整）
int maxSet = 1015;    // 10kPa時のADC値（実測で調整）
int maxHeight = 1020; // 満水深度 mm
int ranging = (maxHeight * 0.8) + offSet;
int alarmHeight = 12; // アラーム閾値（インチ）
float divisor = 25.4; // mm→インチ変換

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("DAC test with DP sensor");

  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.clearDisplay();

  dac.begin(0x60);
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
  digitalWrite(relayPin, HIGH); // リレーOFF（Active LOW想定）
}

void loop() {
  v1 = analogRead(analogPin2);
  delay(1000);
  if (v1 < offSet) v1 = offSet;

  // DAC出力値計算（0-4095）
  v2 = map(v1, offSet, maxSet, 0, 4095);
  dac.setVoltage(v2, false);

  // 水深計算
  v3 = (v1 - offSet) / 0.8;           // mm
  v7 = v3 / divisor;                  // インチ
  v8 = round(v7);                     // 整数インチ

  v4 = map(v1, offSet, ranging, 0, 100); // パーセント
  v5 = analogRead(analogPin);           // DAC出力確認
  v6 = map(v5, 0, 1023, 0, 5000);       // mV

  printoled();
  serial();
}

void printoled() {
  display.clearDisplay();
  // アラーム判定：閾値超過で画面反転 + リレーON（LOW）
  if (v8 > alarmHeight) {
    display.invertDisplay(true);
    digitalWrite(relayPin, LOW);
  } else {
    display.invertDisplay(false);
    digitalWrite(relayPin, HIGH);
  }

  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("SUMP LEVEL");
  display.setTextSize(4);
  display.print(v8);
  display.setTextSize(2);
  display.println(" inches");
  display.display();
  delay(500);
}

void serial() {
  Serial.print(" PS analog input: "); Serial.print(v1);
  Serial.print(" Height: "); Serial.print(v3); Serial.print(" mm ");
  Serial.print(v4); Serial.print(" %");
  Serial.print(" Converted voltage: "); Serial.print(v6); Serial.println(" mV");
}

回路図・基板データ

EAGLE 6.5.0で設計。sump%20level.sch として提供。

設置上の注意

• 銅管の先端が集水槽の底より少し上になるよう配置（泥詰まり防止）
• チューブに水が入らないよう、本体をセンサーより高い位置に設置
• オフセット（offSet）とスパン（maxSet）は実機でキャリブレーションして設定
• 電源は5V安定化電源を推奨（ADC精度向上のため）