Arduino駆動GrowBoxコントローラー - オープンソースファームウェア&ハードウェアガイド

必要な部品と材料

部品	数量
Arduino Mega 2560	1
Arduino Ethernet Shield 2	1
DHT22温湿度センサー	2
Adafruit防水DS18B20デジタル温度センサー	2
Arduino 4リレーシールド	1
Seeed Grove - RTC（リアルタイムクロック）	1

必要な工具と機械

• はんだごて（汎用）

使用するアプリとオンラインサービス

• EmonCMS（エネルギー監視・データ可視化プラットフォーム）

プロジェクト概要

Arduino GrowBox ControllerをGitHubで公開しました。長年開発してきたGrowBox用ファームウェアをGPL v3ライセンスで共有します。

私のウェブサイトでは、GrowBoxの構築過程、改良履歴、植物栽培の写真などをすでに公開しています。

Arduino Mega 2560 Rev.3を使用し、このオープンソースファームウェアは以下の機能を提供します：

• 設定用の小規模Webサーバー
• EmonCMSインスタンスへのデータ送信
• SDカードへのデータロギング（CSV形式、Webページからダウンロード可能）

環境パラメータ制御

GrowBox温度制御

加熱の閾値を設定可能：

• 最小温度: この閾値を下回るとヒーターを作動
• 最大温度: この閾値を超えるとヒーターを停止

湿度閾値

加湿器の閾値を設定可能：

• 最小湿度 (%RH): この閾値を下回ると加湿器を作動
• 最大湿度 (%RH): この閾値を超えると加湿器を停止

地中/砂温度

• 最小地中温度: 地中温度がこの閾値を下回ると加熱を作動（内部温度も最小閾値を下回っている場合）
• 最大地中温度: 内部温度が加熱を要求していても、地中温度がこの閾値を超えると加熱を停止。鉢と根へのダメージを防ぐため

照明制御

• 開始時刻（時・分）: ライト点灯時刻
• 終了時刻（時・分）: ライト消灯時刻

例: 6:30点灯、22:30消灯の場合 → 開始時6時30分、終了時22時30分に設定

ネットワーク設定

• IPアドレス: 任意の固定IP
• サブネットマスク
• ゲートウェイIPアドレス
• DHCP: チェックすると上記設定は無視されDHCP使用

ファン制御

ランプが発熱するため、「夜間（ライトOFF）」と「日中（ライトON）」で異なるプログラムを設定可能：

• ライトON時: 作動時間（分）、作動間隔（時間）
• ライトOFF時: 作動時間（分）、作動間隔（時間）

リアルタイムクロック（RTC）

ローカル時刻を設定し、正確なログ記録と停電後のプログラム再開を可能にします。

取得・ログ記録頻度

取得頻度とログ記録頻度を分離しています。コントローラーは高速に反応できますが（高速取得）、全データを記録する必要はないためログ頻度は低く設定。ログ頻度を上げるとCSVファイルが肥大化し、EmonCMSへの送信量増加、ダウンロード時間増加の原因になります。

• サンプリングレート: 秒単位。コントローラーの反応速度を決定
• 送信・ログレート: 分単位。CSV更新とEmonCMS送信の間隔

Arduino GrowBox Controller用PCB（シールド）

Arduino Mega用の「シールド」基板を設計し、Ethernetシールド、リレー、センサーを簡単に接続できるようにしました。Eagleで設計し、ソースファイルはGitHubで公開しています。

今後の予定

3年目になりますが、まだ実装したい機能があります：

• SSR（ソリッドステートリレー）を使用したPID制御ヒーティングで、エネルギー効率と温度制御精度を向上
• MQTT対応でホームオートメーションシステムやThingsBoard.io等のIoTプラットフォームと統合
• NTPでRTCを自動同期し、時刻ズレを防止
• 予備加熱: ライト消灯前に加熱開始し、温度安定性を向上
• サンプル鉢プローブによる灌水制御

このプロジェクトを楽しんでいただけたら幸いです！ 皆さんの栽培成果もシェアしてください！

コード

Arduino GrowBox Controller
ファームウェア: GitHubリポジトリ

回路図・PCB設計

Arduino GrowBox Shield
Eagle回路図とPCB設計（未製造）: GitHubリポジトリ