Arduino制御の自動除湿機排水ポンプシステム - DIY

必要な部品と材料

部品名	数量	備考
Arduino UNO	1
Adafruit Proto Shield for Arduino Kit	1
SPDTリレー（120VAC/24VDC @ 1A）	1
MPSA13トランジスタ（ダーリントンペア）	2
端子台（300V @ 20A, 12-24AWG）	1
ULフックアップワイヤー 22AWG	1
16AWG 接地付き電源延長コード	1
防水プロジェクトボックス	1
水中ポンプ	1	警告: 120VAC @ 1A以下の定格必須
3/8インチチューブ（内径）[100ft]	1
ポケットはんだ (60/40 ロジンコア 0.031")	1
ロシンペーストフラックス	1

必要な工具

• はんだごて
• ワイヤーストリッパー
• ニッパー
• 金属/プラスチックヤスリ

プロジェクト概要

きっかけ

実家の両親が地下室の除湿機の水を毎日2回も捨てに行くのを自動化したく、クリスマスプレゼントとして自動排水ポンプを製作しました。

課題

除湿機が停止する水位に達する前にタンクを排水し、再充填を待ち、これを無限に繰り返す必要があります。

解決策

上限水位でポンプをオン、下限水位でオフにする制御です。水（蒸留水でない限り）は電気を通す性質があり、異なる長さの2組のワイヤーを水に浸し、ショート検知で水位を判定します。ただし水は導電性が低いため、電圧降下をトランジスタで増幅して検知します。ダーリントンペア（2段トランジスタ）を使えば高い増幅率が得られます。

※ トランジスタはコレクタ（入力）、エミッタ（出力）、ベース（制御）の3端子。ベースに電流を流すとコレクタ-エミッタ間抵抗が下がり電流が流れる。これを2段重ねにしたのがダーリントンペア。

ポンプのオン/オフにはリレーを使用。延長コードの途中にリレーを入れ、ロジックレベルで高電圧をスイッチングします。
ロジック制御には安価で入手しやすいArduino UNOを採用。

実装

ブレッドボードで試作後、プロトシールドにはんだ付けしてシールド化。

1. 水位検知回路: 水に浸かるワイヤーを5Vに接続。トランジスタのコレクタを5V、ベースを水から戻るワイヤー、エミッタをArduinoピン2,3に接続。ステータスLEDをベースに接続（カソード側に100Ω抵抗でGNDへ）。
2. リレー回路: コイル側をGNDとピン8に接続。スイッチング側（高電圧側）をCOMとNO端子に接続。

プロジェクトボックスに収納。ケーブルの引き抜き防止にジップタイを使用。

仕上げ

ポンプを取り付け、水位センサーを配置します。下側センサーはポンプ吸入口より上に、上側センサーは除湿機の停止スイッチより下に配置してください。 警告: ポンプが空転すると故障します。 ホースは必要な場所（上り勾配でも可）へ配管します。

サンプルコード

/* Created and copyrighted by Zachary J. Fields. MIT License. */
const int ENABLE_PIN = 2;      // 下限センサー
const int FULL_PIN = 3;        // 上限センサー
const int RELAY_115V_30A_PIN = 8; // リレー制御

void setup() {
  pinMode(ENABLE_PIN, INPUT);
  pinMode(FULL_PIN, INPUT);
  pinMode(RELAY_115V_30A_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (digitalRead(FULL_PIN)) {
    digitalWrite(RELAY_115V_30A_PIN, HIGH); // 上限到達でポンプON
  } else if (!digitalRead(ENABLE_PIN)) {
    digitalWrite(RELAY_115V_30A_PIN, LOW);  // 下限到達でポンプOFF
  }
}

回路図（ブレッドボード版）