WaterPi: 観葉植物の遠隔水やり&監視システム – Raspberry Pi & Arduino連携

必要な部品と材料

• Raspberry Pi 1 Model B × 1
• Arduino UNO × 1
• DHT11 温湿度センサー (4ピン) × 1
• YL-69 土壌湿度センサー × 1
• 水位センサー × 1
• LCD 16×2 (標準) × 1
• ウォーターポンプモーター × 1
• 5V リレー × 1
• 単3電池ボックス (4本用) × 1

使用するアプリとオンラインサービス

• AWS IoT Core
• AWS DynamoDB
• Johnny-Five (Node.js ロボティクス/IOフレームワーク)

プロジェクト概要

忙しくて植物の世話ができない人、旅行が多い人向けの自動水やり・監視システム。温湿度・土壌湿度・水位を監視し、遠隔で水やりを実行。全データをAWS IoT経由でDynamoDBに蓄積し、Webダッシュボードで可視化します。

システム構成

• Raspberry Pi: Node.js (Johnny-Five + AWS IoT SDK) でセンサー読み取り・ポンプ制御・AWS通信
• Arduino UNO: アナログセンサー (土壌湿度・水位) を読み取り、StandardFirmataでPiにデジタル値として転送
• AWS: IoT Coreでメッセージルーティング、DynamoDBで時系列データ保存、ルールエンジンで自動書き込み
• Webアプリ: Sinatra + Highcharts でデータ可視化、ボタンで遠隔ポンプ制御 (AWS IoT経由でPiに指令)

セットアップ手順

Step 1: DynamoDBテーブル作成

• テーブル名: waterpi_sensor_data
• パーティションキー: key (String)
• ソートキー: timestamp (String)

Step 2: AWS IoT設定

1. Thing作成: 名前 raspi-water-pump
2. ポリシー作成: 名前 pump-policy, アクション iot:*, リソース *, 許可
3. 証明書作成 (1-Click): 公開鍵・秘密鍵・証明書をダウンロード
4. 証明書をアクティベート、ポリシー・Thingをアタッチ
5. ルール作成: 名前 saveToDynamoDB, トピックフィルター sensor/data, アクション「DynamoDBに挿入」、テーブル waterpi_sensor_data, ハッシュキー ${topic()}, レンジキー ${timestamp()}, 新規ロール作成

Step 3: Arduino準備

1. Arduino IDEで ファイル > スケッチ例 > Firmata > StandardFirmata を開き書き込み
2. 配線:
   • 土壌湿度: VCC→D7, GND→GND, AO→A1
   • 水位: +→D4, -→GND, S→A0
3. USBでRaspberry Piに接続、センサーを鉢と水タンクに設置

Step 4: Raspberry Pi配線

• DHT11: S→GPIO4(ピン7), +→3V3(ピン1), -→GND(ピン25)
• LCD (I2C): VCC→5V(ピン2), GND→GND(ピン6), SDA→GPIO2(ピン3), SCL→GPIO3(ピン5)
• リレー (ポンプ用): S→GPIO18(ピン12), +→5V(ピン4), -→GND(ピン20)
• ポンプ: 2線のうち1本をリレー、もう1本を電池ボックスへ。電池ボックスのもう1線をリレーへ (回路図参照)

Step 5: Node.jsアプリ実行

git clone git@github.com:demirhanaydin/waterpi-node.git
cd waterpi-node
npm install

• 証明書ファイル (公開鍵・秘密鍵・証明書・rootCA.pem) を certs/ に配置
• device.js の IOT_DEVICE_URL (例: https://xxxxxx.iot.us-east-1.amazonaws.com) と証明書パスを更新
• sudo node index.js で起動
• LCDにセンサー値表示、20秒ごとにDynamoDBへ送信されることを確認

Step 6: Webアプリケーション実行

git clone git@github.com:demirhanaydin/waterpi-web.git
cd waterpi-web
bundle install

• 証明書ファイルを certs/ に配置
• boot.rb でAWSアクセスキー/シークレット等を設定
• ruby app.rb で起動、ブラウザで https://localhost:4567/ にアクセス
• Highchartsでセンサー推移を表示、Start/Stopボタンで遠隔水やり制御

ソースコード

• Raspberry Pi Node.js: waterpi-node (証明書配置・device.js更新要)
• Webクライアント (Sinatra): waterpi-web (boot.rb更新要)

回路図

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