Arduino Yunとシャーププラズマクラスター連携 スマート空気清浄機システム

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Yun	1	Linux搭載、Wi-Fi/Ethernet内蔵
シャープ プラズマクラスター空気清浄機	1	制御対象機器
GP2Y1010AU0F コンパクト光学式ダストセンサー	1	シャープ製
リレーモジュール	1	空気清浄機電源制御用
ブレッドボード	1
電解コンデンサ 220µF	1	ダストセンサー電源安定化用
抵抗 150Ω	1	ダストセンサーLED駆動用
ACケーブル 1m	1	リレー接続用
オス-オス ジャンパーワイヤー	1式
オス-メス ジャンパーワイヤー	1式
ターミナルブロック	1
ハンダ線	1巻

必要な工具

• マルチメーター
• ハンダゴテ
• ワイヤーストリッパー

使用するアプリとオンラインサービス

• Amazon Web Services (AWS) IoT
• Arduino IDE
• ターミナル（SSHクライアント等）
• Mosquitto MQTT ブローカー/クライアント

プロジェクト概要

室内の粉塵濃度を検知し、閾値を超えた場合のみ空気清浄機を自動運転するIoTシステムです。従来の「常時運転」から「必要な時だけ運転」へ切り替えることで大幅な省電力化を実現。動作状況は世界中どこからでもMQTTクライアント経由でリアルタイム監視可能です。

EPA（米国環境保護庁）によると、室内空気は屋外の2-5倍汚染されているとされ、目のかゆみ、くしゃみ、頭痛から重篤なアレルギー・喘息の原因となります。本システムでこの問題に対処します。

Step 1: 部品調達と動作確認

全部品を個別にテストし、正常動作を確認。

• GP2Y1010AU0F ダストセンサー：Cyrille Médard de Chardon & Christophe Trefois氏のチュートリアルを参照（配線・コードともに網羅的）
• リレーモジュール：シンプルなON/OFFトグルで動作確認

Step 2: コーディングとAWS IoT連携

AWS IoTを介してセンサーデータをMQTT対応デバイス（ノートPC等）へリアルタイム配信。AWS CLI IoTのビデオチュートリアルも作成（ベータ版時点の内容）。

Step 3: 配線

Step 4: 動作結果

ソースコード構成

GitHubリポジトリ：Simple-and-Smart-Air-Purifier-System

メインスケッチ (Simple-and-Smart-Air-Purifier-System.ino)

/* Source Code for Simple and Smart Air Purifier System
   Written by Aaron Kow
   Licence: MIT Licence */
#include "iot_config.h"
#include "dust_config.h"

aws_iot_setup aws_iot;
dust_setup dust_sensor;
int measurePin = 4;
int ledPower = 12;
int relayPin = 13;
float result;

void setup() {
  pinMode(ledPower, OUTPUT);
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
  aws_iot.config();
}

void loop() {
  // ダスト密度取得
  result = dust_sensor.init(measurePin, ledPower);
  // AWS IoT MQTTでリアルタイム送信
  aws_iot.data(result);
  // 閾値 0.25 mg/m3 でリレー制御
  if (result > 0.25) {
    digitalWrite(relayPin, HIGH); // 空気清浄機ON
  } else {
    digitalWrite(relayPin, LOW);  // OFF
  }
  delay(1000);
}

IoT設定 (iot_config.h / iot_config.cpp)

AWS IoT MQTTクライアントの初期化、接続、購読、公開をカプセル化。証明書・秘密鍵・ルートCAは aws_iot_config.h で指定。

ダストセンサー設定 (dust_config.h / dust_config.cpp)

GP2Y1010AU0Fの駆動タイミング（サンプリング280µs、デルタ40µs、スリープ9680µs）と、出力電圧から粉塵濃度（mg/m³）への変換式 dustDensity = 0.17 * calcVoltage - 0.1 を実装。

AWS IoT設定 (aws_iot_config.h)

エンドポイント、ポート、クライアントID、シング名、証明書ファイル名等を定義。./certs/ ディレクトリに証明書ファイルを配置して使用。

今後の改善予定

• Node.jsベースのリアルタイム監視ダッシュボードアプリ開発
• 更なるIoT機能拡張

結論

IoTの可能性は広大です。AWS IoTは設定が簡単で、全通信が暗号化されるためセキュア。今後も発展させていきます。

回路図