MKR1000マルチモード環境センサーデッキ - 落雷・ガス・UV・温湿度・気圧を総合監視

電圧から実値を求める式が必要な場合も。TMP36は摂氏で出力するよう設計されており、電圧測定後に計算で℃、さらに華氏変換。データシートを読むか、先人のコードを参考にするのが近道です。

微小電圧変化を増幅するアンプ内蔵モジュール（ロードセル、土壌水分、加速度等）は、最初からアンプ・ライブラリ付きモジュールを買うのが無難です。

I2Cデバイス使用のコツ

I2Cは「2線式インターフェース」とも呼ばれ、クロック(SCL)とデータ(SDA)の2線（+電源、GND）で通信。マスターとスレーブがデータ線を共有します。

• 各デバイスに固有の7ビットアドレスあり。同一アドレスの複数使用は避ける（必要ならイネーブルピンで切り替え）
• 注意： 同一アドレスで両方のVCCを切っても、SDA/SCLからパラサイト電流で動作し、誤読み取りの原因になります。イネーブルピンで制御してください。
• 仕様上、最遠端のセンサーにSDA/SCLプルアップ抵抗が必要。モジュールによっては基板上に実装済み。
• 古いハック：SDA/SCLそれぞれに直列抵抗（3.3Vなら220Ω、5Vなら330Ω程度）を入れると通信が安定することがあります。

データの活用

現在はシリアルモニタ出力のみ。LCD追加も可能。SDカードログから、内蔵WiFiでクラウドアップロードへ移行したいところ。複数のセンサーデッキを緯度経度付きで配置すれば、落雷の三角測量まで夢が広がります！

追記（2017-11-29）： MKR1000でハードウェア割り込みが動作せず苦戦中。中学3年生（13-14歳）向け教材として、Adalogger M0ボード（SDカードログ + WiFiモジュール余裕）でノウハウ蓄積中。
授業サイト

センサー作業中にIKEAのSODERSVIKランプを見つけ、中の白色LEDを20個のNeoPixelに置き換え、IRリモコン受信を追加したら面白そうだと思いました。風で雲が流れるような演出、色で温度表示、リモコンで過去12時間の温度変化を一時表示…など。

あなたは何を監視・表示したいですか？

コード

統合監視スケッチ (Arduino)

多数のセンサーを統合。NeoPixelと落雷センサーのライブラリは、AVR-libcのクラシックな割り込みロック手法が最近のIDEで削除されたため動作せず、最終スケッチからは除外しています。年内に解決見込み。

/* RTC-Weather-Sensors_v6_MKR1000 by Zonker Harris Spring 2016
 * Hooray! 8 hardware interrupts + WiFi + crypto (IoT必須!)
 * コメントはアップロード時に無視されるので、たくさん書いてOK。
 * ライブラリはプログラムメモリを消費するので注意。
 */
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BMP085_U.h>
#include <Adafruit_HTU21DF.h>
// #include <Adafruit_NeoPixel.h> // 割り込み問題で一時除外

Adafruit_BMP085_Unified bmp = Adafruit_BMP085_Unified(10180);
Adafruit_HTU21DF htu = Adafruit_HTU21DF();

// ピン定義
int UVOUT = A1;       // ML8511 UV
int lightOut = A2;    // TEMT6000 可視光
int tmp36out = A3;    // TMP36 温度
int mq9out = A4;      // MQ-9 ガス
int sounderPin = 6;   // ピエゾサウンダー（オンボードLED共有）
int neopixelPin = 7;  // NeoPixel出力

// Chronodot RTC変数
int addrRTC = 0x68;
int seconds, minutes, hours, day, date, month, years;
int temprtc, tempfrtc;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  delay(1000);
  Serial.println("i2c Sensor Deck");
  
  pinMode(UVOUT, INPUT);
  pinMode(lightOut, INPUT);
  pinMode(tmp36out, INPUT);
  pinMode(sounderPin, OUTPUT);
  pinMode(neopixelPin, OUTPUT);

  if (!bmp.begin()) {
    Serial.println("BMP085/180 not detected!");
    while(1);
  }
  displaySensorDetails();

  if (!htu.begin()) {
    Serial.println("HTU21-DF not found!");
    while(1);
  }
  
  // RTC初期設定（初回のみアンコメントしてアップロード）
  /* seconds=0; minutes=41; hours=20; day=7; date=3; month=1; years=16; initChrono(); */
}

void loop() {
  beep(50, 2);
  
  // Chronodot RTC読み取り
  Wire.beginTransmission(0x68);
  Wire.write((byte)0);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(0x68, 13);
  while(Wire.available()) {
    seconds = Wire.read();
    minutes = Wire.read();
    hours = Wire.read();
    day = Wire.read();
    date = Wire.read();
    month = Wire.read();
    years = Wire.read();
    // アラーム等は省略
    temprtc = Wire.read();  // 11h: 温度整数部
    tempfrtc = Wire.read(); // 12h: 温度小数部
  }
  // BCD→10進変換処理...
  get_date();
  Serial.print("ChronoDot - ");
  Serial.print(hours); Serial.print(":");
  Serial.print(minutes); Serial.print(":");
  Serial.print(seconds); Serial.print(" 20");
  Serial.print(years); Serial.print(" ");
  Serial.print(month); Serial.print(" ");
  Serial.print(date); Serial.print("\t");
  Serial.print(temprtc); Serial.println(" C");
  delay(100);

  // BMP180 気圧・温度
  sensors_event_t event;
  bmp.getEvent(&event);
  float BMPtemperature;
  bmp.getTemperature(&BMPtemperature);
  Serial.print("Temp: "); Serial.print(BMPtemperature); Serial.print(" C\t");
  if (event.pressure) {
    Serial.print("BMP180 - Pres: "); Serial.print(event.pressure); Serial.print(" hPa\t");
    float seaLevelPressure = SENSORS_PRESSURE_SEALEVELHPA;
    Serial.print("Alt: "); Serial.print(bmp.pressureToAltitude(seaLevelPressure, event.pressure)); Serial.println(" m");
  } else { Serial.println("Sensor error"); }
  delay(100);

  // HTU21-DF 湿度・温度
  float HTUtemperature = htu.readTemperature();
  Serial.print("HTU21-DF - Temp: "); Serial.print(HTUtemperature); Serial.print(" C\tHum: ");
  Serial.print(htu.readHumidity()); Serial.println("%");
  delay(100);

  // TMP36 温度
  int reading = averageAnalogRead(tmp36out);
  float tmp36voltage = 0.0032258064516129 * reading; // 3.3V/1023
  float tmp36temperatureC = (tmp36voltage - 0.5) * 100;
  Serial.print("TMP36 - temp: "); Serial.print(tmp36temperatureC); Serial.print(" C\t");
  float tmp36temperatureF = (tmp36temperatureC * 9.0 / 5.0) + 32.0;
  Serial.print(tmp36temperatureF); Serial.print(" F, out: "); Serial.print(tmp36voltage); Serial.println("v");
  delay(100);

  // TEMT6000 可視光
  int vLevel = averageAnalogRead(lightOut);
  float newVOutVolts = 0.0032258064516129 * vLevel;
  Serial.print("TEMT6000 out: "); Serial.println(vLevel);
  delay(100);

  // ML8511 UV
  int uvLevel = averageAnalogRead(UVOUT);
  float newOutVolts = 0.0032258064516129 * uvLevel;
  float uvIntensity = mapfloat(newOutVolts, 0.99, 2.8, 0.0, 15.0);
  Serial.print("ML8511 UV out: "); Serial.print(uvLevel);
  Serial.print(" / UV Intensity: "); Serial.println(uvIntensity);
  delay(100);

  // MQ-9 ガス
  int MQ9volts = analogRead(mq9out);
  Serial.print("MQ-9 Gas: "); Serial.println(MQ9volts, DEC);
  delay(100);

  Serial.println("");
  delay(3500); // ループ約5秒
}

// 補助関数群（平均化アナログ読み取り、float版map、BCD変換、RTC操作、ビープ音等）
// 詳細は元コード参照

アナログ読み取り平均化関数

SparkFunのML8511ライブラリにあった巧妙なハック。あらゆるアナログ読み取りに応用可能。Nathan Seidle氏にビールを奢りたくなるコード（Beerwareライセンス）。

int averageAnalogRead(int pinToRead) {
  byte numberOfReadings = 8;
  unsigned int runningValue = 0;
  for (int x = 0; x < numberOfReadings; x++)
    runningValue += analogRead(pinToRead);
  runningValue /= numberOfReadings;
  return runningValue;
}

I2Cバススキャナー

I2Cデバイスのアドレスが不明な場合にスキャン。既知センサーの説明も表示。

#include <Wire.h>
void setup() { Wire.begin(); Serial.begin(9600); Serial.println("\nI2C Scanner"); }
void loop() {
  byte error, address; int nDevices = 0;
  Serial.println("Scanning...");
  for (address = 1; address < 127; address++) {
    Wire.beginTransmission(address);
    error = Wire.endTransmission();
    if (error == 0) {
      Serial.print("I2C device at 0x"); if (address<16) Serial.print("0");
      Serial.print(address, HEX);
      if (address == 3) Serial.print(" - AS3935 Lightning");
      if (address == 64) Serial.print(" - HTU21D Humidity/Temp");
      if (address == 104) Serial.print(" - DS1307 RTC (Chronodot)");
      if (address == 119) Serial.print(" - BMP180 Pressure/Temp");
      Serial.println(); nDevices++;
    } else if (error == 4) {
      Serial.print("Unknown error at 0x"); if (address<16) Serial.print("0");
      Serial.println(address, HEX);
    }
  }
  if (nDevices == 0) Serial.println("No I2C devices found\n");
  else Serial.println("done\n");
  delay(5000);
}

ML8511 デモコード（3.3V CPU対応版）

int UVOUT = A1;
void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(UVOUT, INPUT); Serial.println("ML8511 example"); }
void loop() {
  int uvLevel = averageAnalogRead(UVOUT);
  float newOutVolts = 0.0032258064516129 * uvLevel;
  float uvIntensity = mapfloat(newOutVolts, 0.99, 2.8, 0.0, 15.0);
  Serial.print("ML8511 out: "); Serial.print(uvLevel);
  Serial.print(" / UV Intensity: "); Serial.println(uvIntensity);
  delay(100);
}

回路図

Fritzing初心者でパーツが見つからなかったため、モックアップ図を作成。