超高感度音響バリオメーター：パイロットのための精密気圧計

概要

このプロジェクトは、セイルプレーン、パラグライダー、ハンググライダー、気球などのパイロットが飛行中に使用する超高感度バリオメーター（昇降計）を自作するものです。気圧の微細な変化を検知し、上昇気流（サーマル）の核心部分を見つけ出し、より効率的に上昇するのを助けます。

仕組みと特徴

MS5611気圧センサーを用いた極めて感度の高い気圧計で、上昇時と下降時にそれぞれ異なる音で知らせます。

• 上昇時: ビープ音（ビープ・ビープ）を発生。上昇率に応じて頻度が変化（毎秒1回〜数回）
• 下降時: 連続した長いビープ音（ビーッ）で警告。-1m/s以上の下降で作動
• 驚異の感度: 数cm/sの上昇でも反応。手に持って腕をゆっくり上げるだけで音が鳴るレベル

主要コンポーネント

• Arduino Pro Mini 3.3V 8MHz（MCU）
• GY-63（MS5611）気圧センサー 3.3V
• 8ビットDIPスイッチ（パラメータ設定用）
• アクティブブザー（内蔵発振器付き）
• 8:1マルチプレクサ 4051 3.3V
• LiPo電池 1S 3.7V 350mAh + 配線・コネクタ
• 昇圧モジュール + USB LiPo充電器（TP5400、AZDelivery製）
• 抵抗・コンデンサ類（4.7kΩ抵抗ネットワーク、220Ω、10kΩ×2、47μF、470μF）
• リセッタブルヒューズ 0.5A
• ABS黒色ケース（78×39×22mm）
• スライドスイッチ、FTDI用6ピンヘッダ、各種ピンヘッダ、ジャンパー線、グリーンコード

DIPスイッチによる設定

8ビットのDIPスイッチで以下のパラメータをハードウェア的に切り替え可能です。

ピン	機能	設定値
1	未使用	－
2	ブザー音量	ロー / ハイ（抵抗のショートで電流制御）
3-4	下降アラーム閾値	-999（無効）、-1、-2、-3 m/s（2進数で設定）
5-6	ビープ周波数	+1.0、+1.5、+2.0、+3.0 Hz（2進数で設定）
7-8	感度（上昇検知閾値）	+0.0、+0.1、+0.2、+0.5 m/s（2進数で設定）

ピン1は未使用。ピン2はブザー直列抵抗をショートさせて音量を上げます。ピン3-8はマルチプレクサ4051経由でアナログ読み取りされ、ソフトウェアでON/OFF判定（閾値512）されます。

電池管理

2個の10kΩ抵抗と47μFコンデンサで分圧し、10秒ごとに電圧を監視。3.3V以下になると1秒間に6回の短いビープで警告します。LiPo電池の過放電を防ぐ重要な機能です。

組み立てのポイント

• ケースに穴を開けること必須: 気圧センサーが外気と連通するための穴（最低1つ）が必要。ブザー音用と充電LED確認用、USBコネクタ用の穴も別途必要
• 防水性は失われるが、動作には不可欠
• グリーンコードで機体に固定し、紛失防止
• 片面基板のためジャンパー線が必要。トナー転写法で自作
• Arduino Pro Miniの未使用ピンはハンダ付け不要。FTDI用6ピンヘッダは上面実装で将来のファームウェア更新に対応
• USB昇圧回路は逆さま実装。USBコネクタ横の強力ピン2本で固定

気圧センサーとアルゴリズム

GY-63（MS5611）はI2C接続。温度センサー内蔵だが未使用。核心はreadPSensor()関数で、毎秒多数回読み取った相対高度変化を積算し、0.5秒ごとに平均化してバリオメーター値（m/s）を算出。シンプルな移動平均フィルタで十分な精度を得ており、カルマンフィルタやMadgwick/Mahonyフィルタを試したが有意な改善は見られなかったとのこと。

ソースコード

Arduinoスケッチが提供されており、MS5611ライブラリとNewToneライブラリを使用。セットアップで基準気圧を取得し、ループ内で気圧読み取り、DIPスイッチ読み取り（5秒ごと）、電池チェック（10秒ごと）を実行。上昇/下降判定に応じてNewToneでブザー駆動。

ファイル一覧

• Fritzing回路図（vario_R1XzPifiX4.fzz）
• 基板パターン（部品面・ハンダ面、ミラー反転済み）
• 各種写真・回路図画像

制作者: Marco Zonca