Arduino駆動のスマート自動灌水システム

部品と材料

Arduino UNO		×1
1/4インチ カーボンアークガウジングロッド		×2
ソレノイドバルブ		×2
IRF640 MOSFET		×2
抵抗 220Ω		×2
抵抗 680Ω		×2
ジャンパーワイヤー（汎用）		×1
1N4007 ダイオード（高耐圧・大電流）		×2

必要な工具と機械

ハンダごて（汎用）

ヤスリ（汎用）

アプリとオンラインサービス

Arduino IDE

このプロジェクトについて

真夏の最も暑い時期には植物が乾燥し、一度は彩り豊かだった庭が完全に枯れてしまうことがあります。手動での水やりは貴重な時間を消費し、多忙な現代人には負担です。また、手動水やりは貴重な水資源を無駄にします。このシステムは、土壌が乾燥したときのみ自動で水やりを行うことで、手間をかけずに最適な灌水を実現します。

仕組み

Arduino Unoで土壌水分を読み取ります。グラファイト（炭素）電極2本を地中約10cmの深さに挿入し、ロッドと土壌の間に電流を流して電圧として水分レベルを測定します。土壌水分が減ると電圧が上昇し、バルブを開いて水やりを開始。逆に土壌が十分湿ると導電率が上がり、電極間電圧が下がってバルブが閉じます。

水分センサーの準備

アークガウジングロッドを半分に折り、ヤスリで銅被覆を剥いでグラファイト芯を露出させ、上部5cmほど銅を残します。露出した銅部分に20ゲージの銅線をハンダ付けし、Arduinoまでの距離に合わせて線を伸ばします。最後に、水やり対象の植物の傍らにロッドを挿入し、銅部分は土の上に出しておきます。

Arduinoのセットアップ

コードは後述。必要なロッド数と出力バルブ数に合わせてカスタマイズしてください。補助回路は回路図の通り接続し、部品定数は目安であり厳密である必要はありません。コード内の閾値は、お住まいの地域の土壌特性に合わせて調整してください。

ピン4とピン8を2つのトランジスタのゲートに接続。IRF640、TIP120などのトランジスタでソレノイドバルブをスイッチングします。トランジスタ保護のため、ソレノイドに逆極性でダイオードを並列接続してください。

電源

DC 12Vの絶縁型電源アダプター、バッテリー、またはソーラーパネルで駆動可能。安全のため、非絶縁型の壁面アダプターは使用しないでください。商用電源が電子回路を経由して地中に流れ、感電の危険があります。

全体の組み立て

Arduinoと補助回路を防水ボックスに、ソレノイドバルブを別のボックスに収納。ホースを接続し、電源を入れ、センサーロッドの深さを調整して最適化。ホースの先端はセンサーから十分離し、植物が十分に水やりされてからバルブが閉じるように配置してください。

金属電極を使わない理由

金属電極は便利ですが問題を引き起こすため避けるべきです。水分検知のために電流を流すと、金属が腐食して土壌に溶出します。電極抵抗が増大し、乾燥/湿潤の判定が不正確になるだけでなく、金属イオンが土壌を汚染し植物の健康を害する恐れがあります。アークガウジングロッドが入手できない場合は、マンガン乾電池からカーボンロッドを取り出すか、太い鉛筆の芯を代用してください。

次のステップ

このプロジェクトはESP8266と組み合わせてインターネット経由の遠隔制御に拡張可能です。また、カスタム3Dプリントケースでハードウェアをよりコンパクトかつ効率的に収納できます。

以上です！ ご意見や改善提案はコメント欄へお寄せください。大歓迎です！

コード

このプロジェクト用Arduinoコード

回路図の通り補助部品を接続した任意のArduino Unoで動作。
https://github.com/MansonHau/AutoWateringSystem/blob/master/Moisture_Detection.ino

回路図

このプロジェクトの完全な回路図