スマート水漏れ検知・自動遮断バルブ制御システム（Arduino＋MQTT対応）

部品と材料

部品	数量	備考
アルミニウム製エンクロージャ	1	コントローラ本体用
Arduino UNO	1	メイン制御ボード
Arduino Ethernet Shield 2	1	ネットワーク通信用
電源ユニット（AC/DC 12V/5V 出力）	1	バルブ駆動用12V、Arduino用5V
ACハウジング	1	電源ユニット収納用
LEDキット（抵抗付き）	1	ステータス表示用（赤・黄・青）
リレー（デュアル5V×1、デュアル12V×1）	各1	バルブモータ駆動・リミットスイッチ読取用
モータ駆動式ボールバルブ	1	メイン水道管遮断用（12V DCモータ内蔵）
JSTコネクタセット	1	配線接続用
水漏れセンサ	1	検知エリアに複数並列接続可能

プロジェクト概要

友人が外出中に配管破損で地下室の家財を全損した経験から、水漏れ対策の重要性を痛感し、このシステムを開発しました。従来のRaspberry Piベースのシステム（Microsoft IoTコンテスト出品作）とは異なり、Arduinoのようなシンプルなデバイスに単機能を委譲するアーキテクチャを採用しています。各デバイスは自律的に動作し、ネットワーク経由で上位システム（ホームオートメーション等）と連携します。ネットワーク障害時もローカル制御は継続されます。

システムの主な機能

• 複数の水漏れセンサ（並列接続）による漏水検知
• 検知時にモータ駆動バルブを自動閉鎖し、メイン水道を遮断
• MQTTブローカーへステータス/障害情報を定期送信
• 他デバイスからの障害通知を購読し、連動遮断も可能
• フロントパネルの3色LEDで状態を即座に視認
• リセットボタンでセルフテスト/再起動が可能

ハードウェア構成と設置例

メイン水道管へのバルブ設置

市水道の減圧弁（写真下部）の直後に、手動バイパスバルブと並列でモータ駆動バルブ（青色）を設置します。通常時は手動バルブを閉じ、モータバルブを開状態にします。停電時は手動バルブを開くことで給水を確保できます。

バルブ内部は12V DCモータで、極性反転により開閉します。リミットスイッチ（全開/全閉）で位置フィードバックを取得します。

コントローラユニット（フロントパネル）

左から：ACプラグ、リセットボタン、ステータスLED×3、センサ/モータ用コネクタ、Ethernetポート、USBポート。

LED表示定義

• LED1（赤）：点灯＝ローカルで水検知、点滅＝リモート（他デバイス）で水検知、消灯＝正常
• LED2（黄）：点灯＝バルブ制御不能、点滅＝MQTTブローカー接続不能、消灯＝正常
• LED3（青）：点灯＝正常監視中、点滅＝バルブ閉鎖済み、消灯＝システム停止/無電源

水漏れセンサ設置例

配管継手周り、給湯器下、洗濯機周辺など、漏水リスクが高い箇所に配置します。複数センサは並列接続され、いずれかが検知するとアラームとなります。

内部配線

エンクロージャ内部にArduino+Ethernet Shield、リレー基板、電源ユニット、端子台を収納。配線はJSTコネクタでモジュール化し、保守性を確保しています。

重要な安全上の注意（必読）

使用しているAC/DC電源は二重出力（12Vと正確に5V）です。 Arduinoの5Vピンに直接給電しているため、AC/DC接続後はArduinoのDCジャックやUSBケーブルを絶対に接続しないでください。 デバッグでUSBを使う場合は、電源線を切った専用ケーブル（データ線のみ）を用意してください。また、ACハウジング〜電源ユニット間は100V商用電源です。感電防止のため、通電中の作業・接触は厳禁です。

ソフトウェア（Arduinoスケッチ）

主なライブラリ：PubSubClient（MQTT）、Ethernet、Timer、avr/wdt.h（ウォッチドッグタイマ）

コードのポイント

• 3サブシステム：メインボックス（Arduino+Ethernet）、水漏れ検知（ローカル/リモート）、モータバルブ制御
• デバウンス処理：センサ/リミットスイチャタリング対策（getDebouncedValue()）
• バルブ制御シーケンス：リミットスイッチの信頼性対策として、開閉動作前に逆側のリミットへ軽く当ててから本動作へ移行
• MQTT通信：
  - クライアントID：GLX_BASEMENT_001
  - ステータストピック：GLX/BASEMENT/001/Status（JSONでリセット有無、水検知、バルブ状態、バルブ接続可否を送信）
  - 障害トピック：GLX/BASEMENT/001/Fault（水検知時送信）
  - 他デバイスの障害購読：GLX/+/+/Fault（ワイルドカード）
• ウォッチドッグタイマ：リセットボタン押下時に1秒WDTを有効化し、強制リブート
• メインループ：500ms周期でセンサ読取、バルブ制御、MQTT送信、LED更新を実行

// 主な定数・ピン割り当て抜粋
const int WaterDetectorPin = 2;      // 水漏れセンサ（検知でLOW）
const int ToggleButtonPin = 3;       // リセットボタン（押下でLOW）
const int ValveClosedPin = 5;        // 全閉リミット（到達でLOW）
const int ValveOpenedPin = 6;        // 全開リミット（到達でLOW）
const int ValveControl1 = 8;         // リレー1（バルブモータ極性制御）
const int ValveControl2 = 7;         // リレー2（バルブモータ極性制御）
const int SystemLedPin = A0;         // 青LED
const int FaultLedPin = A1;          // 黄LED
const int AlarmLedPin = A2;          // 赤LED
const int mainLoopDelay = 500;       // メインループ周期(ms)
const int mqttInterval = 20;         // MQTT送信間隔（ループ回数）
const int valveTimeOut = 15;         // バルブ開閉タイムアウト(秒)

完全なスケッチは元記事のコード欄を参照してください。setup()でネットワーク初期化→バルブ全開→MQTT購読開始、loop()でセンサ監視→異常時バルブ閉鎖→定期MQTT送信→LED更新を行います。

回路図

回路図には、Arduino、Ethernet Shield、リレー駆動回路、バルブモータ接続、リミットスイッチ読取回路、水漏れセンサ並列接続、LED表示回路、電源回路（AC/DC 12V/5V出力）が詳細に記載されています。

まとめ

このシステムは「シンプルなデバイスに単機能を委譲し、ネットワークで協調させる」というIoT設計思想の好例です。Arduino UNOという低コスト・高信頼性のプラットフォームで、水漏れ検知から自動遮断、上位システム連携までを実現しています。リミットスイッチの不安定性への対策（事前当て動作）、デバウンス処理、ウォッチドッグによる自動復帰など、実運用を見据えた堅牢な設計が随所に施されています。住宅の地下室、機械室、サーバールームなど、無人環境での水害対策に最適なソリューションです。