Arduino搭載スマート灌漑コントローラー - 天候・光センサー連携の自動散水システム

必要な部品と用品

部品	数量
Arduino Nano R3	1
IO Expander（I/O拡張ボード）	1
IO Expander Bundle	1

使用アプリ・オンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

スマート灌漑コントローラーの構築

動的な散水サイクルで庭を知的に灌漑します。雨が降っている、または前回の散水以降に雨が降った場合は散水を停止。光センサーで日の出時刻を検出し、自動的に散水開始時刻を調整。気温が低すぎる場合も散水を停止します。

主な機能

• 外気温センサー
• 雨センサー
• 光センサー（日の出検出）
• 電池バックアップ付きリアルタイムクロック（週次スケジュール）
• 不揮発性ストレージ（停電時も散水設定を保持）
• スマート散水で水道代を節約
• 日の出前に散水し、十分な浸透時間を確保
• 低温時の散水停止で菌類の繁殖を抑制
• 簡単なスケジュール管理

必要な部品（詳細）

• IO Expander
• 1-Wire to I2C コンバーター ×2
• 1-Wire Junction
• 光コネクター、スプリッター
• Arduino Nano
• 4チャネル 5V リレーモジュール
• TSL2561 光センサー
• DS18B20 防水温度センサー
• 光学式赤外線水位センサー
• DS3231 AT24C32 IIC 高精度 RTC
• I2C SSD1306 OLED 128x64 ディスプレイ
• 防水プラスチックケース（大・小）
• IP68 PG7 / PG11 防水ケーブルグランド
• RJ11 キーストーンジャック、RJ11 ケーブル
• タクトスイッチ ×2、12V 1A ACアダプター

配線図

OLEDディスプレイ操作

メニューボタンでメニュー表示、繰り返し押すと項目切り替え。30秒無操作で自動非表示。セレクトボタンで機能実行。

IO Expanderを使用する理由

• 設計がシンプル、市販部品で構築可能
• 1-Wire、RTC、EEPROM、OLED、温度センサー、雨センサーのドライバー不要
• Arduinoのコード容量を大幅節約（約39%のみ使用）
• 標準RJ11電話ケーブルで配線簡単、センサーケーブル長の問題なし
• 市販システムより低コスト、個別要件への対応容易、単一電源で動作

システム構築手順

1. Arduino NanoをIO Expanderに接続し、スケッチを書き込み（6ピンヘッダーはデバッグ用、最終設置時は不要）
2. スケッチ内の ONEWIRE_TO_I2C_ROM1 と ONEWIRE_TO_I2C_ROM2 のアドレスを実機に合わせて変更
3. スプリッターのR2に0Ω抵抗（0603）をハンダ付けし、光学センサーと1-Wire線を分離
4. ケースに穴を開け、ケーブルグランド、ボタン、センサーを取り付け
5. リモートセンケースを家の東側高所に設置、光学センサーと光センサーを天空に向ける
6. 動作テスト後、両面テープと梱包フォームで基板を固定して完成

プルアップ抵抗の調整（重要）

1-Wire to I2C、DS3231、SSD1306の3デバイスがSDA/SCLにプルアップ抵抗を持つと、合成抵抗が約1.56kΩになり強すぎて画面乱れの原因になります。以下の抵抗を取り外してください。

• 1-Wire to I2C: R3, R4
• SSD1306 OLED: R6, R7

スケッチ（メインコード）

スケッチは長大なため、主要な定数と構造体定義、初期化部分を抜粋します。完全なコードは元記事を参照してください。

主要定数

#define WATER_TIME_BEFORE_SUNRISE 60   // 日の出前散水時間（分）
#define SUNRISE_LUX 100                // 日の出判定照度
#define RAIN_DETECT_LEVEL 4.0          // 雨検出閾値
#define DO_NOT_WATER_TEMP 4.4444       // 散水停止温度（40°F = 4.44℃）
#define MAX_ZONES 4                    // 最大散水ゾーン数

スケジュール構造体

typedef struct {
  uint8_t zone;
  uint8_t days;
  int8_t hour;
  int8_t min;
  uint8_t duration;
} SCHEDULE;

SCHEDULE schedule[] = {
  {ZONE1, SUNRISE | EVERYDAY, -1, 0, 4},  // 日の出基準
  {ZONE2, EVERYDAY, 6, 15, 5},            // 固定時刻
  {ZONE3, EVERYDAY, 6, 0, 10},
  {ZONE4, EVERYDAY, 6, 10, 6},
};

主な処理フロー

• setup(): シリアル初期化、ウォッチドッグタイマー有効化
• loop(): 毎分センサー読み取り（温度、照度、雨）、スケジュール判定、散水制御、ボタン操作、OLED更新、NVRAM保存
• 日の出検出: 照度が閾値未満でカウントダウン、60分継続で日の出確定
• 雨検出: 雨センサー値が閾値以下で各ゾーンの雨カウンター増加
• 散水判定: スケジュール時刻到達で散水開始、低温・雨・OFFモード時はキャンセル

回路図