Arduinoで作る多チャネル・スマートバッテリー充電器：自動切替・電圧表示・近接センサー付き

プロジェクト背景

冬季に複数の車両・ボート・発電機などの12Vバッテリーを維持充電するため、市販のトリクルチャージャーを複数台買う代わりに、1台の充電回路を複数バッテリーへ時分割で切り替えるマルチプレクサー型スマートチャージャーをArduinoで自作しました。最大6バッテリー対応、自動電圧検知で未接続ポートをスキップ、LCDで各電圧を常時表示、超音波センサーで手をかざすとバックライト点灯という遊び心も搭載しています。

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino UNO	1
Arduino Proto Shield	1	実装用
MCP3008 8ch 10bit ADC (SPI)	1	アナログ入力拡張（UNOはA4/A5がI2C専用）
5V 2ch リレーモジュール (フォトカプラ絶縁)	3	計6チャネル分
LM2596 DC-DC バックコンバーター (3A可変)	1	12V→5V降圧、Arduino・リレー駆動用
1kΩ 抵抗	12	電圧分圧用（各チャネル2本）
6P 端子台	1	バッテリー接続用
超音波距離センサー HC-SR04	1	LCDバックライト自動ON/OFF用
I2C LCD 16x2 (YWRobot LCM1602)	1	アドレス 0x27

必要な工具

• はんだごて

動作原理

1. 電圧測定・生存判定 (`read_show_volts`)

MCP3008のCH0〜CH5へ、1kΩ+1kΩ分圧でバッテリー電圧を1/2にして入力。8V以上なら「接続あり」と判定し、充電ローテーション対象に追加。最小電圧閾値 `min_volts` 以下なら除外。

2. 充電ローテーション (`checkRelays`)

生存判定されたリレーを順番にON。デフォルトは 1時間/チャネル。全チャネルひと巡りしたら最初に戻る。タイマー割り込みで管理。

3. 表示更新 (`update_display`)

LCD 2行で電圧表示。ページ切替でCH1-2 / CH3-4 / CH5-6 + システム電圧(5V) + 内部基準(3.3V) を循環表示。

4. 近接検知で省電力表示 (`read_distance`)

HC-SR04で80cm以内に物体（手）を検知したらバックライトON、カウンターリセット。`time_on_count` 秒（デフォ100秒）検知なしでバックライトOFF。

スケッチ（主要部抜粋）

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <timer.h>
#include <HCSR04.h>

auto timer = timer_create_default();
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

int chargeTime = 10 * 1000;      // 10秒（テスト用。本番は 3600000 = 1時間）
int charge_time_max = 60;        // カウンター最大値
int relayPins[] = {3, 4, 5};     // リレー制御ピン（LOWアクティブ）
int current_relay = 0;
int max_relays = 3;
float volts[3];
int min_volts = 1.0;             // これ以下は未接続とみなす

UltraSonicDistanceSensor distSensor(11, 12); // Trig=11, Echo=12

void all_relays(int state) {
  for (int p : relayPins) digitalWrite(p, state);
}

void toggle_relay(int idx) {
  all_relays(HIGH);
  digitalWrite(relayPins[idx], LOW);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Relay: "); lcd.print(idx + 1);
}

void checkRelays() {
  charge_time_counter++;
  if (charge_time_counter >= charge_time_max) {
    current_relay = (current_relay + 1) % max_relays;
    toggle_relay(current_relay);
    charge_time_counter = 0;
  }
}

void read_show_volts() {
  // MCP3008読み取りは SPI.transfer() で実装（省略）
  // ここではアナログピン直読み風に簡略化
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    volts[i] = analogRead(i) * 0.016; // 分圧係数調整済み
    // LCD表示処理...
  }
  // 生存判定でリレー配列再構築
  int cnt = 0;
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    if (volts[i] > min_volts) relayPins[cnt++] = relayPins[i];
  }
  max_relays = cnt;
  read_distance();
}

void read_distance() {
  int d = distSensor.measureDistanceCm();
  if (d < 80) { lcd.backlight(); time_on_counter = 0; }
  else if (++time_on_counter > time_on_count) { lcd.noBacklight(); time_on_counter = 0; }
}

void setup() {
  Serial.begin(19200);
  lcd.begin(16, 2); lcd.backlight();
  for (int p : relayPins) { pinMode(p, OUTPUT); digitalWrite(p, HIGH); }
  read_show_volts();
  checkRelays();
  timer.every(chargeTime, checkRelays);
  timer.every(500, read_show_volts); // 0.5秒ごと電圧更新
}

void loop() { timer.tick(); }

テスト・デバッグ機能

• HC-SR04に数秒手をかざすと「テストモード」突入：ローテーション間隔が数秒になり、リレー切替動作を即確認可能
• 再度手をかざすと通常モード（1時間間隔）に復帰
• シリアルモニターに `debug` レベルで詳細ログ出力可能

回路図

改良・拡張アイデア

• 充電電流測定（シャント抵抗+アンプ）でCC/CV制御へ発展
• バッテリー種別（鉛/リチウム/LiFePO4）自動判別・プロファイル切替
• Wi-Fi/Bluetooth追加でスマホ監視・ログ蓄積
• ソーラーパネル入力対応でオフグリッド運用