スマートブイプロジェクト概要：構築、電子回路、3Dプリント、ダッシュボード

必要なコンポーネントと用品

パーツ	数量
Arduino Nano R3	1
Raspberry Pi Zero Wireless	1

皆さんこんにちは！これは私たちのスマートブイプロジェクトの簡潔なまとめです。技術的な構築を「電子回路」「3Dプリント」「ダッシュボード」の別記事に分けて解説します。

完全なスマートブイを作るには大量のパーツが必要です。各段階で必要な材料は各チュートリアルで詳述しますが、全体像として以下にリストアップします：

すべてのコードは GitLabリポジトリで公開しています。

搭載センサーにより以下を測定可能：

理想的には波の方向も測定したかったのですが、センサーフュージョン（磁力計・加速度計・ジャイロの組み合わせ）が非常に複雑で、実際の研究コミュニティでも大きな課題です。効果的な波方向測定のアイデアをお持ちの方はぜひ教えてください！

収集データは無線で基地局（Raspberry Pi）へ送信し、Vue.jsで作成したダッシュボードで表示します。

これが私たちがこれまでプリントした中で最も難しいものでした。海中で太陽光や波浪にさらされることを考慮し、中空に近い球体を二分割でプリント。上半分にソーラーパネル用スロットと無線アンテナ用穴、下半分に水温センサー用穴とロープ取り付け用ハンドルを設けました。

PETGフィラメントでプリント後、サンディング、フィラープライマー塗装、エポキシ樹脂を数層コーティング。電子部品を内蔵し、水温センサー、アンテナ、ソーラーパネルをグルーガンで密封、二半分をStixAll接着剤で貼り合わせました。防水を祈るばかりです…

多数のセンサーを搭載しており、詳細は別チュートリアルで解説します。ここでは概要のみ：

センサーと無線モジュールはArduinoに接続。GY-86、RTC、電力モニター、I²CマルチプレクサーはI²C通信。GY-86とRTCのアドレスが競合するためマルチプレクサーを使用。無線モジュールはSPI通信。当初はSDカードモジュールも搭載予定でしたが、ライブラリサイズの問題で断念。

コードは論理的にファイル分割し、メインファイルからインクルードする構成にしています。

Raspberry Pi Zeroに無線モジュールを接続。ケースは Thingiverse のものを使用。Arduino側のコードが動いていれば、receive.py を実行するだけで測定値を受信できます。

チームのWeb開発者がVue.jsでダッシュボードを構築し、非常に見やすいものになりました。

ダッシュボード全体の作り方を説明するのは長くなるため割愛しますが、興味があればチュートリアル化することも可能です。Raspberry Piにファイルを配置してサーバーを起動すれば、データが流れてくるのを確認できます。開発用にフェイクデータジェネレーターも同梱しています。

コード修正不可: 接着後にコードを変えられない。USBポートにゴムシールを付ける解決策があるが、防水設計がさらに複雑になる。
アルゴリズムの未成熟: 波特性の推定手法が粗雑。センサーフュージョンの数学に多くの時間を費やしたが、決定的な解決には至っていない。参考動画あり。詳しい方はご教示ください。
センサーの異常: 水温センサーが実測値から約10度ズレることがあり、不良品か発熱の影響の可能性。

Arduino MegaやTeensy、またはもう一つのRaspberry Pi Zeroへの移行でメモリ問題を解決し、SDカードバックアップを復活可能（コストと消費電力は増加）。
無線モジュールの通信距離は見通し数km。多数のブイでメッシュネットワークを構築（参考）や、LoRa、GSMなど長距離通信技術の採用で島全体をカバーできる可能性。