Azure IoT対応スマートプール制御システム：水温・気温監視と遠隔ポンプ制御

部品と材料

部品	数量	備考
DS18B20防水デジタル温度センサ	2	赤:3-5V、青/黒:GND、黄/白:データ
IoTパワーリレー（110Vコンセント制御）	1	ポンプ・塩水システム用
抵抗 4.75kΩ (1/4W, 5%)	2	DS18B20プルアップ用
Raspberry Pi 2 Model B	1	Windows 10 IoT Core稼働、フィールドゲートウェイ
Arduino UNO R3	1	温度センサ読取、I2CでPiへ送信

使用アプリ・オンラインサービス

Microsoft Azure（IoT Hub, Stream Analytics, SQL Database, API App, Web App）
Windows 10 IoT Core
Arduino IDE
Visual Studio 2015 (Update 3)
Azure IoT Hub Device Explorer
Fritzing（回路図作成）
Power BI（ダッシュボード可視化）

プロジェクト概要

インテックス社製15フィート×48インチラウンドプール（約19,000リットル）の水温・気温を監視し、ポンプ・ヒーター・塩水システムを自動制御して、子供たちが快適に泳げる水温を維持しつつ、無駄な運転を防ぐシステムです。砂フィルタ/ポンプ、11kWヒーター、塩水システムが接続されています。

システムアーキテクチャ

Azure IoT対応スマートプール制御システム：水温・気温監視と遠隔ポンプ制御

Raspberry Pi、Arduino、IoTパワーリレー、ブレッドボードを防水プラスチックケースに収納し、ケーブル用穴と通気孔を設けています。

Azure IoT対応スマートプール制御システム：水温・気温監視と遠隔ポンプ制御

センサ部（Arduino側）

DS18B20温度センサ×2

プール水温用：延長ケーブル（ドアベル用20ゲージ線）でプール内に水没設置
気温用：プラスチックケース外側にテープ固定

Arduino UNOでDallasTemperatureライブラリとOneWireライブラリを使用し、2つのセンサから摂氏温度を読み取り、1秒ごとにI2CでRaspberry Piへ送信します（データ形式：水温|気温）。

temperatureData = padRight(String(poolSensor.getTempCByIndex(0)) + "|" + String(outsideSensor.getTempCByIndex(0)), I2C_BUFFER_LEN);

Azure IoT対応スマートプール制御システム：水温・気温監視と遠隔ポンプ制御

リレー制御部（Raspberry Pi側）

IoTパワーリレー

Raspberry Piの3.3V GPIOピンで制御し、110Vコンセント2口（ポンプ用と塩水システム用）をON/OFFします。デフォルトはOFFです。ヒーター（220V/60A）は内蔵フローセンサで水流連動制御されるため、別途リレーは不要としています。

Azure IoT対応スマートプール制御システム：水温・気温監視と遠隔ポンプ制御

Raspberry Pi（フィールドゲートウェイ）

OS: Windows 10 IoT Core Build 10.0.10586.0
役割:

ヘッドレスバックグラウンドアプリ（IoTPoolRaspiBackgroundApp）を実行
ArduinoからI2Cで温度データ受信
IoTパワーリレーを3.3V GPIOで制御
デバイスとしてAzure IoT Hubに登録し、AMQPで毎分テレメトリ送信

Azure IoT Hubへ送信するJSONペイロード（毎分）

{
  "PoolName": "iotpool",
  "PoolWaterTempC": 30,
  "OutsideAirTempC": 27,
  "IsPoolPowerOn": false,
  "SampleDateTime": "2016-07-05T23:35:58.0882185Z"
}

無料版IoT Hub（8,000メッセージ/日、500バイト/メッセージ）で十分な余裕があります（1,440メッセージ/日、158バイト/メッセージ）。

Azureクラウド側構成

Azure Stream Analytics (ASA)

IoT Hub入力 → Azure SQL Database出力へ、以下のシンプルなクエリで流します。

SELECT PoolName, PoolWaterTempC, OutsideAirTempC, IsPoolPowerOn, SampleDateTime INTO sql FROM iothub

将来的には集計関数でアラート（例：平均水温>35℃で過熱警告）も可能です。

Azure SQL Database

コスト最優先でS0 Standard（10 DTU）を採用。単一テーブルPoolsに全データ蓄積。


CREATE TABLE [dbo].[Pools] (
  [Id] INT IDENTITY (1, 1) NOT NULL,
  [PoolName] NVARCHAR (MAX) NULL,
  [PoolWaterTempC] FLOAT (53) NOT NULL,
  [OutsideAirTempC] FLOAT (53) NOT NULL,
  [IsPoolPowerOn] INT NOT NULL,
  [SampleDateTime] DATETIME NOT NULL,
  CONSTRAINT [PK_dbo.Pools] PRIMARY KEY CLUSTERED ([Id] ASC)
);