精密温度制御チャコールスモーカーキット：Arduino MKR1000で極上BBQを実現

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino MKR1000	1	Wi-Fi内蔵、LiPo充電回路内蔵、3.3V動作
5V ブラシレスブロワーファン	1	スモーカー給気口に取り付け、風量で火力制御
MOSFET IRF520N ドライバーモジュール	1	ファンPWM制御用、ロジックレベル駆動対応
100kΩ NTCサーミスタ	1〜複数	スモーカー内温度・肉芯温度測定用、高温シリコンケーブル付き推奨
ブレッドボード	1	プロトタイピング用
ジャンパーワイヤー	1セット
3.7V LiPoバッテリー（≥700mAh）	1	MKR1000のJSTコネクタに直結、長時間駆動用
10kΩ 抵抗	複数	サーミスタ分圧用
ステンレスチューブ（1/4インチ以下）	適量	サーミスタ保護用プローブケース
収縮チューブ	適量	プローブ端末処理用
ステンレス製ドッグフード皿（小）	1	給気口カバー兼ファンマウント・断熱スペーサー

使用するソフトウェア

• Arduino IDE - MKR1000スケッチ開発
• Microsoft Visual Studio 2015+ - ユニバーサルWindowsアプリ開発（リモート監視用）

プロジェクトの背景

本格的なBBQスモーカーでは、炭火（チャコール）を熱源とすることで最高の風味が得られますが、温度管理が非常に困難です。ガスや電気スモーカーは温度制御が容易ですが、炭火特有のスモークフレーバーが出ません。本プロジェクトは、炭火の風味を損なわず、自動で目標温度を維持するコントローラーをMKR1000で構築するものです。ブロワーファンで給気量を調整し、スモーカー内温度を目標値（デフォルト225°F ≈ 107℃）にキープします。さらにWi-Fi経由でスモーカー温度・肉芯温度を遠隔監視・目標温度変更が可能です。

ハードウェア設計

温度プローブ（サーミスタ）

• 100kΩ NTCサーミスタ（3Dプリンター・ホットエンド用として広く入手可能・安価）
• 高温対応シリコン絶縁ケーブル付きのものを選定、または自作
• ステンレスチューブ（1/4インチ以下）にサーミスタを挿入、片端をバイスで潰して密封、もう片端を収縮チューブでケーブル固定
• 分圧回路: 3.3V - 10kΩ抵抗 - サーミスタ - GND、中点をアナログピン（A0〜）に接続
• 10kΩ選定理由: 107℃(225°F)付近でサーミスタ抵抗≈10kΩとなり、分圧比が最も良好なため
• 測定範囲: 約10℃〜150℃以上をカバー、十分な分解能

ブロワーファン制御

• スモーカー給気口をステンレス皿で完全覆い、中央にブロワーファンを取り付け
• 皿が給気口を塞ぐ役割と、スモーカー本体熱からファンを断熱する役割を兼ねる
• IRF520NモジュールでファンをPWM制御（ゲート→MKR1000デジタルピン）
• ファン電源はLiPoバッテリーから供給（MOSFETモジュールの電源端子へ）
• LiPoはMKR1000のJSTジャックに接続し、内蔵充電回路で管理

プロトタイプ実装（ブレッドボード）

初期実装ではブレッドボード上に全回路を構築。デバッグ用に以下を追加：

• 10kΩ可変抵抗: サーミスタ代わりに電圧可変、スケッチ動作確認用
• LED + 330Ω: ファンON/OFF指示用（ピン0接続）

ソフトウェア設計

Arduinoスケッチ（Webサーバー機能内蔵）

Simon Monk著「Programming Arduino Next Steps」のWi-Fiサーバースケッチをベースに改造。固定IP割り当てでアクセス容易にし、シンプルなHTMLページで温度表示と目標温度設定を提供します。

主要処理フロー

1. Wi-Fi初期化、固定IP設定、Webサーバー開始（ポート80）
2. loop()でクライアント接続待機
3. リクエスト受信時:
   • HTTPヘッダー解析
   • ルートパス("/")以外なら404
   • URLパラメータt=温度があれば目標温度更新
4. サーミスタ読み取り → 温度変換 → 目標温度と比較 → ファンON/OFF制御
5. HTMLレスポンス生成・送信（現在温度テーブル + 目標温度設定フォーム）

サーミスタ温度変換（ベータ定数式）

float ThermisterTemp(float Vtherm, int R0therm, int Rfixed, int Beta, int T0) {
  // 固定抵抗の電圧降下から電流計算
  double I = (3.3 - Vtherm) / Rfixed;
  // サーミスタ抵抗計算
  double Rtherm = Vtherm / I;
  // ベータ式: 1/T = 1/T0 + (1/Beta) * ln(R/R0)
  // 全てケルビンで計算
  T0 += 273.15;
  double T = 1.0 / ( (1.0/Beta) * log(Rtherm/R0therm) + (1.0/T0) );
  // 華氏変換して返却
  return (float)((9*(T-273.15))/5) + 32;
}

パラメータ例: R0therm=100000(25℃時), Rfixed=10000, Beta=3950, T0=25

ユニバーサルWindowsアプリ（リモート監視用）

Windows 10デバイス（PC、タブレット、スマホ、Xbox等）で動作するUWPアプリ。定期的にMKR1000のWebページを取得・解析し、温度をグラフ表示。目標温度の遠隔変更も可能。ソファでくつろぎながらスモーカーの状態を把握できます。

製作のポイントとトラブルシューティング

• サーミスタキャリブレーション: 実際の沸点・氷点で実測し、Beta定数・R0を調整すると精度向上
• ファンPWM周波数: MKR1000デフォルト（約732Hz）で動作するが、ファンによっては可聴ノイズ発生。必要ならタイマー設定で周波数変更
• 制御ロジック改良: 現状は単純なON/OFF制御（ヒステリシスなし）。オーバーシュート防止のためヒステリシス幅（±5°F等）またはPID制御の導入を推奨
• 複数プローブ対応: A1〜A6に追加分圧回路を実装し、肉芯温度を同時監視可能（スケッチは7ch分ループ対応済み）
• 電源管理: 10,000mAhクラスのLiPoで数十時間駆動可能。MKR1000の充電機能で給電しながら運用も可
• 防水・防塵: 実運用時は防水ボックス収納、プローブ接続部は防水コネクタ化推奨

拡張アイデア

• PID制御実装で温度安定性向上（オートチューニング機能付き）
• 肉の目標芯温度設定と到達通知（プッシュ/メール/ブザー）
• スモーク木材投入タイマー・リマインダー機能
• データロギング（SDカードまたはクラウド：ThingSpeak, Firebase, AWS IoT等）
• Webアプリ化（React/Vue等）でクロスプラットフォーム対応
• 音声アシスタント連携（Alexa/Google Home: "スモーカーの温度を教えて"）
• ソーラーパネル充電システム統合でオフグリッド運用

完全なソースコード

GitHubリポジトリで公開中（スケッチ + UWPアプリ）：

https://github.com/DuncanBarbee/SmokerController

回路図（Fritzing）

FritzingにMKR1000パーツがないため、Arduino Nanoで代用して作成：

• Smoker.fzz - Fritzingプロジェクトファイル
• ブレッドボード実装写真も参照

参考文献

• Simon Monk, Programming Arduino Next Steps: Going Further with Sketches, McGraw-Hill
• NTCサーミスタ特性とベータ定数式の解説: 各種電子部品メーカーデータシート
• MKR1000公式ドキュメント: Arduino.cc