Arduino UNOとRaspberry Piでスマート自動ガーデンシステムを構築

必要なパーツと用品

Arduino UNO	×1
Raspberry Pi 2 Model B（他のモデルでも可）	×1
Raspberry Pi カメラモジュール	×1
Arduino Ethernet Shield 2	×1
リレー（汎用）	×1
ワイヤーケーブル	×1
フォトレジスタ（光センサー）	×1
水ポンプ	×1
ファン（PC用流用）	×1
汎用NPNトランジスタ	×1
MicroSDカード（16GB、タイムラプス用）	×1

アプリとオンラインサービス

Arduino IDE

Raspberry Pi Raspbian

win32diskimager

PuTTY

myDevices Cayenne

このプロジェクトについて

これは私の自動ガーデン第2弾プロジェクトですが、今回はすべてCayenneで制御するため、はるかに簡単になりました。また、植物の成長をタイムラプス動画で記録するためにRaspberry Piを追加しました。

Arduinoのセットアップ

ガーデンを監視するためにいくつかのデバイスを使用します。開始前に、EthernetシールドをArduinoに接続することを忘れないでください。

接続

土壌水分センサー：

植物が水を必要としているかチェックします。

• VCC: 5V
• GND: GND
• A0: A1

ファン：

温度が高くなりすぎたら作動、または新鮮な空気を送るために使用。

• 抵抗からピン3へ配線
• ファンのGNDをトランジスタの中央ピン（コレクタ）へ
• ファンの+をリレー（中央ピン）へ、トランジスタの最後のピン（エミッタ）をGNDへ
• ダイオードをトランジスタ中央ピンとGNDの間に接続

水ポンプ：

土壌水分センサーと連動して作動。

• +をリレー中央ピンへ、GNDを電源のGNDへ

フォトレジスタ（オプション）：

室内の光量が十分か測定します。

• 一方を抵抗とともにA0へ、もう一方を5Vへ

照明：

• アノード（+）をリレーへ、もう一方を電源のGNDへ

湿度/温度センサー：

Cayenneで正しく動作させるにはコードが必要です。

• VCC: 3.3V
• GND: GND
• DAT: デジタルピン8

水位センサー：

• VCC: 5V
• GND: GND
• SIG: A2

最終組み立て

Fritzingに4チャネルリレーのパーツがなかったため、グラフィックでは2個のリレーを使用しています。実際は1個の12V電源で、プラスとマイナスの線を分岐し、プラス側から3本のワイヤーをハンダ付けして各リレーに接続しています。すべてが同時に動作するわけではないので1つの電源で十分です。

Arduino用に5V電源を使用。リレー接続：

• VCC: 5V
• GND: GND
• IN1: ピン2 - 照明ON
• IN2: ピン5 - 水ポンプON
• IN3: 未使用
• IN4: ピン4 - ファンON

Cayenneのセットアップ

Cayenneの設定方法を見てみましょう。非常に簡単です。

1. まずこちらでアカウント作成
2. EthernetシールドをRJ45ケーブルで接続
3. 以下はCayenne接続用コードと湿度/温度センサー設定用コード

このコードはW5100シールド用です。他のEthernet/WiFiシールド用コードはCayenneサイトで入手可能です。アカウント作成後に取得できるトークンを忘れずに追加してください。

#include "DHT.h"
//#define CAYENNE_DEBUG // デバッグ表示有効化
#define CAYENNE_PRINT Serial // これをコメントアウトするとプリント無効化、メモリ節約
#include  // または適切なシールド用ライブラリ

#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT22

#define VIRT_TEMP V1
#define VIRT_HUM V2

char token[] = "your_token";

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
unsigned long prev_DHT_refresh, interval_DHT_refresh = 1000;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Cayenne.begin(token);
  dht.begin();
}

void loop() {
  Cayenne.run();
  getDhtValues();
}

void getDhtValues() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - prev_DHT_refresh > interval_DHT_refresh) {
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
      Cayenne.virtualWrite(VIRT_HUM, h);
      Cayenne.celsiusWrite(VIRT_TEMP, t);
    }
    prev_DHT_refresh = now;
  }
}

Cayenneでのデバイス登録

Arduino側はほぼ完了。今度は簡単な部分：Cayenneにすべてのデバイスを追加します。

デバイス追加 → カスタムウィジェット

好みのウィジェットタイプを選択。湿度と水位にはチャート、その他は値表示を使用。湿度/温度センサーはバーチャルピンを使用：

• 温度: Vpin1
• 湿度: VPin2

その他のデバイスはバーチャルピンではなく、接続されているピンに対応するアナログピンを選択。アクチュエータ（照明/ファン/水ポンプ）も同様に、Arduinoのリレー接続ピンを選択。

イベントとトリガー

ダッシュボードができたらトリガーを設定：

• 水ポンプ： 土壌水分が乾燥しすぎたらポンプON。開始用と停止用の2つのトリガーを設定。
• 水位： 値が高い＝水不足。メールアラートを送信。
• イベント： 朝に照明ON、夜に照明OFF、ファンON/OFFの計4つをスケジュール設定。

Raspberry Piのセットアップ

植物の成長をタイムラプス撮影します。

必要な3つのソフトウェア：

• Raspbian
• Win32DiskImager（SDカードにイメージ書き込み）
• PuTTY（SSHでリモート接続）

Win32DiskImager：

1. 「Device」でSDカードを選択（通常デフォルトでOK）
2. フォルダアイコンをクリックし、ダウンロードしたRaspbian Jessieイメージを選択
3. 「Write」クリックで完了。SDカードをRaspberry Piに挿入

PuTTY：

1. Raspberry PiにLANケーブル接続
2. Raspberry PiのIPアドレスを特定（ルーター管理画面で確認、またはモニター/キーボード接続でifconfig実行）
3. PuTTYにIPアドレス入力（例：192.168.0.3）して接続
4. 信頼確認で「はい」
5. ログイン: pi, パスワード: raspberry

Raspberry Piが起動したら、以下のコマンドでアップデート：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

VNC（リモートデスクトップ）：

モニターがない場合はVNCでリモート操作：

sudo apt-get install tightvncserver
vncserver :1

PCにVNC Viewerをインストールし、IP:1（例：192.168.0.3:1）で接続。

Cayenne： CayenneでもRaspberry Piをリモート制御可能。インストール：

wget https://cayenne.mydevices.com/dl/rpi_03wl1tt4nt.sh
sudo bash rpi_03wl1tt4nt.sh -v

タイムラプス撮影

カメラを有効化：

sudo raspi-config

「Enable Camera」を選択。画像保存用フォルダ作成：

cd /home/pi/Desktop
mkdir timelapse

Webカメラ（またはPiカメラ）接続後、1時間ごとに撮影するスクリプト作成：

cd /home/pi/Desktop
nano timelapse.sh

以下を貼り付け：

SAVEDIR=/home/pi/Desktop/timelapse/
while [ true ]; do
  filename=-$(date -u +"%d%m%Y_%H%M-%S").jpg
  /opt/vc/bin/raspistill -o $SAVEDIR/$filename
  sleep 3600;
done

実行権限付与：

chmod +x timelapse.sh

結論

チュートリアルは長くなりましたが、やることはシンプル：いくつかのデバイスを接続し、プラットフォームを設定するだけです。写真では配線がごちゃごちゃしています。ワイヤーが長すぎました。植物が育ちきったらタイムラプスの結果を公開予定です。

アドバイス：

Ethernetシールドで「DHCP fail」エラーが出ることがあります。Arduinoフォーラムで解決策を見つけました：ランダムな場所に100Ω抵抗を2本ハンダ付けして、読者を困らせましょう（冗談です。実際の対処法はフォーラム参照）。

コードスニペット

コードスニペット #1 (Arduino)

#include "DHT.h"
//#define CAYENNE_DEBUG
#define CAYENNE_PRINT Serial
#include 

#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT22
#define VIRT_TEMP V1
#define VIRT_HUM V2

char token[] = "your_token";

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
unsigned long prev_DHT_refresh, interval_DHT_refresh = 1000;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Cayenne.begin(token);
  dht.begin();
}

void loop() {
  Cayenne.run();
  getDhtValues();
}

void getDhtValues() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - prev_DHT_refresh > interval_DHT_refresh) {
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
      Cayenne.virtualWrite(VIRT_HUM, h);
      Cayenne.celsiusWrite(VIRT_TEMP, t);
    }
    prev_DHT_refresh = now;
  }
}

コードスニペット #9 (Shell)

SAVEDIR=/home/pi/Desktop/timelapse/
while [ true ]; do
  filename=-$(date -u +"%d%m%Y_%H%M-%S").jpg
  /opt/vc/bin/raspistill -o $SAVEDIR/$filename
  sleep 3600;
done