Bluetooth対応スマートサーモスタット & 照明制御システム

部品と材料

部品	数量
Arduino Nano R3	1
HC-05 Bluetoothモジュール	1
Maxim DS18B20 1-Wireデジタル温度センサー	1
OLED 1306 I2C バイカラー (128×64)	1
4チャネルI2Cリレーコントローラ (ControlEverything.com)	1

アプリとオンラインサービス

• Morich Serial Bluetooth Terminal (Android)
• Arduino Bluetooth Control Device (Android)

プロジェクト概要

はじめに

Bluetooth対応のシンプルかつ実用的なDIY Arduinoサーモスタットプロジェクトです。インテリジェントなサーモスタットルーチンでガスボイラーを制御し、キッチン照明と浴室換気扇をリレーでスイッチングします。ボタン操作とAndroidデバイス/PCからのBluetooth操作の両方に対応。摂氏版と華氏版の両方を用意。すべて手作りです。

Arduino Nano (以上) ベースで、Dallas DS18B20温度センサー、HC-05/06 Bluetoothアダプタ、I2C 128×64バイカラーOLEDディスプレイを使用。u8glibライブラリ対応なら他のLCD/OLEDも選択可能です。

ヒーター動作モード

1. ワンタイムヒーティング (15分タイマー) - 春/秋の夕方に便利
2. サーモスタットモード (優先度高) - 設定目標温度をEEPROMに保存

ボイラー保護アルゴリズム

頻繁な短時間スイッチングはガスボイラーの寿命を縮めるため、過熱と冷却の度合いを補正値で制御します。設定温度が低いほど壁が冷たく、暖められた空気からの熱をより吸収するため、補正値を大きくしています。

開放窓検出

1分間で温度が -0.2°C (-0.36°F) 以上低下した場合、窓が開いていると判断し、ヒーターを停止/起動せず、換気扇をオンにして空気を入れ替えます。環境の熱容量により温度が +0.12°C (+0.216°F) 以上上昇したら通常モードに戻し、「窓アラート」を解除します。

エラー検出

測定温度が 0°C (32°F) 未満または 40°C (104°F) 超の場合、故障や異常 (窓破損、火災等) と判断し、全デバイスを停止します。

Bluetooth通信

Android GUIアプリには8つのボタンがあり、大文字/小文字のアルファベットを送信してデバイスを制御します (例: 'A'でタイマーヒーターON、'a'でOFF、'B'/'b'で換気、'C'/'c'で照明)。

Bluetoothシリアルターミナル (AndroidアプリやPCのArduino IDEシリアルモニタ等) から直接コマンドを送信して対話操作も可能。コントローラーは毎分自動で温度レポートを送信し、デバイスON/OFF、サーモスタット作動などのイベントを即時報告します。

制御コード

2桁の数字コード 'XY' (X=デバイスコード、Y=オペコード) を受け付けます:

• 30, 31, 32: 照明 OFF / ON / 状態反転
• 40, 41, 42: 換気 OFF / ON / 状態反転
• 50, 51, 52: ワンタイムヒーター OFF / ON / 状態反転
• 10〜24: サーモスタット目標温度 (摂氏版)
• 'r': 制御デバイスの動作状態レポート要求
• 'w': 「窓アラート」を手動解除
• 'A,a'〜'H,h': GUIアプリ相当の操作

華氏版

補正変数、基準値、比率をすべて華氏に変換し、計算特性を維持。デバイスコードが変更:

• 1: 照明 (10:OFF, 11:ON, 12:反転)
• 2: 換気
• 3: ヒーター
• 50〜76: 目標温度値 (華氏)

続編

UPDATE: 内部Bluetoothリンクと音声制御を備えたフルホームオートメーションシステムへ発展!

ライブラリ & リンク

• DallasTemperature, elapsedMillis, OneWire, SoftwareSerial, olikraus/u8glib

異なるボタン抵抗を使用する場合やA0読み取り値を確認する場合は以下を参照:

複数ボタンを1つのアナログピンで読むチュートリアル

コード

摂氏版と華氏版の両方を提供。コードはモジュール化され、詳細なコメント付きで初心者にも理解しやすい構成です。

• Thermostat v11 - Celsius version.ino
• Thermostat v11 - Fahrenheit version.ino

回路図

ジャンパーワイヤーでのテスト用と、実際のはんだ付け用の2種類の回路図を掲載。