Arduino 101搭載 高機能ハイキングトラッカー ─ GPS、環境センサー、バッテリー内蔵

概要

Arduino 101（Intel Curie搭載）とアクセサリーシールドをベースに、GPS、気圧・温湿度・磁気・加速度センサー、RTC、電圧監視を統合したハイキング用環境モニターデバイスを自作。OLEDディスプレイでリアルタイム表示、4×単三電池で長時間駆動します。

搭載センサーと測定項目

ハードウェア構成の工夫

• Arduino 101を4×単三電池ホルダーにスタンドオフで固定、ホットグルーで補強
• 電池ホルダーと基板の間のスペースにI2Cセンサー類をユニバーサル基板実装で収納
• GPSモジュールも同スペースに配置
• ジョイスティックを撤去し、A1を電池電圧分圧（3.9kΩ + 22kΩ）に割当
• アクセサリーシールドのXBeeインターフェースパッドをハンダジャンパーでD2/D3/D9/D10を引き出し（D2はリセット連動）
• 積層構造：上段＝シールド、中段＝センサー類、下段＝電池ボックス

ソフトウェアアーキテクチャ

• Arduino IDE 1.8.5
• ライブラリマネージャ＋ZIP導入で全ライブラリ管理
• I2Cセンサーをラウンドロビンでポーリング（sensor_selector変数で切替）
• OLED（SSD1306、U8glib）で画面描画
• 半固定抵抗（A0）でブザー鳴動閾値設定
• RGB LEDでステータス表示

表示画面（OLED 128×64）

時刻: 14:35:22          BATT 4.2V
日付: 25/03/2024
気温: 18.5'C
湿度: 62%
気圧: 1013 hP
高度: 342 m
方位: 45° (NE) ◉○  ← 内側円が傾き指標
緯度: 23.57  経度: 90.36 (デモ値)

方位表示は傾き補償なし。内側の可変円が点になる（X/Y加速度≒0）ときが水平で方位精度最高。

既知の制約と対策

改善ロードマップ

ファームウェア

• EEPROMへの定期ログ記録
• 高度/位置マイルストーン到達ブザー
• 水分補給・休憩リマインダー
• 低電圧/低温/低湿度アラート
• チルト補償方位算出（三角関数実装）
• GPS位置から磁気偏角自動取得（IoTゲートウェイ経由）

ハードウェア

• ユーザー入力スイッチ（時刻/偏角設定用）
• 3Dプリント専用ケース
• LiPo充電池化＋充電回路
• 単一基板化で小型・軽量化

コード構成（主要ヘッダー）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "U8glib.h"
#include "ds3231.h"
#include "Adafruit_Sensor.h"
#include "Adafruit_AM2320.h"
#include 
#include 
#include 

// I2Cデバイスインスタンス
U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE|U8G_I2C_OPT_DEV_0);
TempI2C_LM75 termo(0x48, TempI2C_LM75::nine_bits);
ADXL345 accelerometer;
ChainableLED leds(6, 5, 12, 1); // clk, data, pwr, num
Adafruit_AM2320 am2320;
Adafruit_BMP085_Unified bmp180(10085);
Adafruit_HMC5883_Unified mag(12345);
// GPSはハードウェアシリアル使用時のみ有効化

メインループ概要

void loop() {
  // OLED描画（ピクチャーループ）
  u8g.firstPage();
  do { draw(); } while (u8g.nextPage());
  
  // センサー切り替えポーリング
  sensor_selector = (sensor_selector + 1) % 3;
  
  // 気温取得（毎回）
  temp = termo.getTemp();
  
  // 気圧・高度取得（selector==0）
  if (sensor_selector == 0) {
    bmp180.getEvent(&event);
    if (event.pressure) {
      prsr = event.pressure / 10; // hPa→kPa
      alt = bmp180.pressureToAltitude(1013.25, event.pressure);
    }
  }
  
  // 湿度取得（selector==1）
  if (sensor_selector == 1) {
    humid = am2320.readHumidity();
  }
  
  // 加速度取得（毎回）
  Vector norm = accelerometer.readNormalize();
  X = norm.XAxis; Y = norm.YAxis; Z = norm.ZAxis;
  Gravity = sqrt(X*X + Y*Y + Z*Z) - 0.3;
  
  // RTC取得（毎回）
  DS3231_get(&t);
  
  // 電池電圧・半固定抵抗読み取り
  Vbatt = (1.08 * analogRead(A1) / 1023.0) / 3.91 * (3.91 + 21.76);
  pot = analogRead(A0) * 5 / (10 * 3);
  
  // 方位取得（selector==2）
  if (sensor_selector == 2) {
    mag.getEvent(&event2);
    heading = atan2(event2.magnetic.y, event2.magnetic.x);
    heading += declination; // 磁気偏角
    if (heading < 0) heading += 2*PI;
    if (heading > 2*PI) heading -= 2*PI;
    heading = heading * 180 / PI;
  }
  
  // ブザー制御（半固定で閾値設定）
  digitalWrite(11, pot > 80);
  
  // RGB LED制御
  if (pot > 40) { /* HSB色相回転 */ }
}

外部リソース

• アクセサリーシールド仕様書：Waveshare Wiki
• 磁気偏角検索：magnetic-declination.com

まとめ

登山・ハイキング中の環境変化を可視化・記録するガジェットとして完成度が高いです。気圧高度計、電子コンパス、GPS、温湿度計、電池残量計が一体化し、OLEDで常時確認可能。課題（チルト補償、GPS統合、電池持ち）は明確で、バージョンアップの道筋も見えています。野外活動の「見える化」ツールとして実用的かつ教育的なプロジェクトです。

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