Arduino Nanoで作るBluetooth対応スマートコーヒーメーカー 〜温度グラフ表示と自動開始機能付き〜

概要

Arduino Nanoをベースに、ST7920 LCD、HC-05 Bluetoothモジュール、DS18B20温度センサー、リレー、ブザー、CD4017BEデカッドカウンター駆動のLEDバーを組み合わせた全自動コーヒーメーカーを製作しました。スマートフォンからのBluetooth操作に加え、水を注ぐだけで自動的に抽出を開始する「オートスタート」機能、抽出中の温度変化から湯量やヒーター異常を判定する「ワンタイム解析」、テストモードとして汎用温度計としても使える多機能デバイスです。

主な機能

• Bluetooth制御：専用アプリ（Serial Bluetooth Terminal等）からstart/stop/auto/c/f等のコマンド送信
• オートスタート：スタンバイ中に水の注入による温度低下を検知し自動開始（EEPROMで設定保持）
• 抽出解析（60秒後）：初期温度との差分で「水忘れ」「2杯分」「6杯分」「ヒーター異常」を判定
• センサーエラー検出：異常値（-127℃等）を継続監視
• ℃/℉切替：抽出中でもコマンドで切替可能、グラフは途切れず過去データも変換
• 動的グラフ表示：画面端でスクロール、文字とグラフが重ならないよう位置自動調整
• テストモード：外部センサー接続で-20℃〜+128℃、測定間隔1秒〜11.57日まで設定可能な汎用温度計に
• LEDバー表示：CD4017BEで測定サイクルごとにステップ、ステータス表示用LEDも搭載

ハードウェア構成

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1
HC-05 Bluetoothモジュール	1	ソフトウェアシリアル（D7/D8）で接続
DS18B20温度センサー（1m防水）	1	D2にOneWire接続
ST7920 128x64 LCD	1	D9/D10/D11でSPI制御
リレー（ヒーター制御）	1	D12
ブザー	1	D3
CD4017BEデカッドカウンター	1	CLK=D4, RST=D5
タクトスイッチ（二色LED内蔵）	1	D13、LEDはA0/A1でPWM制御
LED×4、抵抗330Ω×4、10μFコンデンサー等	各1	ステータス表示用

ソフトウェアのポイント

状態管理

6ビットのフラグ配列（binFlags）で「チェック済み」「完了」「スタンバイ」「メッセージ送信済み」「コイル/センサーエラー」「テストモード」を管理。elapsedMillisライブラリで複数のタイマーを並行動作させています。

温度測定とグラフ描画

DallasTemperatureライブラリでDS18B20を読み取り、trendSens閾値で上昇/下降/一定を判定。グラフは128ドット幅のリングバッファ（posY[]）で管理し、参照温度配列（temprRefr[]）との比較でドット位置を決定。画面溢れ時は左スクロール、文字表示位置も動的に切替えます。

Bluetooth通信

SoftwareSerialで受信したコマンドをパースし、EEPROM設定（アドレス0:オートスタート、1:温度単位）の更新、テストモード間隔設定、リブート等を実行。接続状態（D6ピン）も監視し、切断時は自動再接続を試みます。

コマンド一例

start   // 抽出開始
stop    // 抽出中止 / テストモード終了
auto    // オートスタートON/OFF切替
c / f   // ℃ / ℉ 切替
1..999999  // テストモード時の測定間隔(秒)
Reboot  // デバイス再起動

回路図と製作写真

回路図（quadrant_ZkMygPyRiE.fzz）と多数の製作過程写真が提供されています。WiFiモジュール（RN171VX）使用時のADCノイズ対策として、XBeeシールド上に3.3Vレギュレーター（LM1117）と10μFコンデンサーを実装し、マイクとADCの基準電圧を分離した点が参考になります。

まとめ

一見複雑なコーヒーメーカーですが、モジュールごとに機能を分割し、状態遷移をフラグとタイマーで明確に管理することで、安定動作と拡張性を両立しています。Bluetooth経由の操作・監視に加え、テストモードで汎用温度ロガーとしても使える汎用性の高いプロジェクトです。