Arduinoで作るスマート室内ガーデン – 自動植物育成システム

必要な部品と材料

• Arduino Nano R3 × 1
• mbientLab Bluetooth-USBドングル × 1
• JLCPCB製カスタムPCB × 1
• ESP-01モジュール × 1
• HC-05/HC-06 Bluetoothモジュール × 1
• 照度センサ BH1750 × 1
• 温湿度センサ DHT11 × 1
• 土壌水分センサ × 1
• ウォーターポンプ × 1
• 12V DCファン × 1
• 白色LED × 数個
• ヘッダーコネクタ類 × 1式

プロジェクトの概要

ガーデニングにマイコンを組み合わせるのは人気のアイデアです。植物の要求は「光・水・空気」の3要素（正確には4要素）に集約され、これらを制御すればどこでも通年で栽培可能です。本プロジェクトでは、Arduino開発ボードを使ったシンプルな室内ガーデンシステムの構築手順を、ハードウェア・ソフトウェア両面から詳細に解説します。JLCPCBで発注したカスタムPCBを用いることで見た目も配線もすっきりまとまり、全ドキュメントとコードを提供するので、電子工作初心者でも挑戦しやすくなっています。

製作期間はわずか7日間：ハードウェア組み立て3日、コードとAndroidアプリ開発4日。Bluetooth経由でアプリからシステムを操作できます。

このチュートリアルで学べること

• プロジェクト機能に応じた適切な部品選定
• 全コンポーネントを接続する回路設計
• パーツ組み立てとテスト手順
• AndroidアプリでBluetooth接続し、システムを手動・自動制御

Step 1: 室内ガーデンとは？

植物の基本的ニーズは3つ：

• 光: 1日6時間以上の良質な光。手をかざして影ができないなら不十分。育成ライトで補完可能。自然光が少ない環境なら耐陰性植物を選ぶか、日当たりの良い窓辺に置く。
• 水: 自生環境に近い水分条件が必要。厚くゴム質の葉は乾燥に強く、薄い葉は多湿を好む。水やりが面倒なら乾燥耐性種を選ぶか、貯水機能付き鉢を使う。
• 空気: 光合成で酸素を出し、ホルムアルデヒド等を吸着。葉を清潔に保ち、周囲の空気を湿らせて循環させる必要あり。風通しの良い場所か、小型ファンを設置。

本システムでは以下を自動制御します：

• 照度センサ（BH1750）の信号に基づき、LED照明の明るさを制御
• 土壌水分センサで水やりタイミングを判断し、ウォーターポンプをON/OFF
• 温湿度センサ（DHT11）で12V DCファンを制御し、新鮮な空気を循環

Step 2: センサとアクチュエータ

センサ

• 照度センサ BH1750: I2Cインターフェースのデジタル環境光センサ。1〜65535 lxの広範囲を高分解能で検出。
• 土壌水分センサ: 2極間の抵抗/導電率を測るタイプは推奨しません。土壌pH、溶存固形分、温度の影響を受けやすく、接点が腐食しやすいため1シーズン持たないことが多いです。（本プロジェクトでは別方式を採用）
• 温湿度センサ DHT11: 低コストなデジタル温湿度センサ。静電容量式湿度センサとサーミスタを内蔵。データピンからデジタル出力。2秒ごとにしか新しいデータが取れません。

アクチュエータ

• 白色LED: 順方向電圧で発光するp-n接合ダイオード。植物育成用の補助光源として使用。
• ウォーターポンプ: 機械的動作で液体を移送。往復動・回転動などで駆動。電気駆動の小型ポンプを採用。
• 12V DC冷却ファン: 植物周囲の空気を循環させ、温度上昇を抑制。

Step 3: PCB製作（JLCPCB製）

JLCPCBについて

JLCPCB（深圳嘉立創電子科技発展有限公司）は中国最大のPCB試作企業で、10年以上の実績、20万以上の顧客、日量8,000件以上の受注、年産20万㎡の生産能力を誇ります。品質・価格・納期のバランスに優れ、今回も最適な選択でした。

ガーバーファイルをアップロードし、板厚・色・枚数を指定して注文。わずか2ドルで3日後に到着しました（送料無料キャンペーンも随時実施）。届いたPCBは設計通りのリーフ形状で、全ラベル・ロゴが印刷されており、はんだ付けガイドとして完璧に機能します。回路図（PDF）はこちら。

Step 4: 部品調達

必要な部品と調達先リンク：

• JLCPCB製PCB
• Arduino Nano: Amazon
• ESP-01モジュール: Amazon
• HC-05/HC-06 Bluetoothモジュール: Amazon
• BH1750照度センサ: Amazon
• DHT11温湿度センサ: Amazon
• 土壌水分センサ: Amazon
• ウォーターポンプ: Amazon
• 12V DCファン: Amazon
• 白色LED: Amazon
• ヘッダーコネクタ類: Amazon

Step 5: 組み立て

ラベルに従いはんだ付け。まずArduinoコネクタから電源確認と基本動作テスト。各センサ・LEDも直接ボード接続なので個別にテスト可能。

はんだ付けのコツ: こて先を常に清潔に。スポンジで拭き、光沢を保つ。フラックスや酸化で汚れたら即座に掃除。中断してでも綺麗にする価値あり。熱伝導が格段に良くなります。

JLCPCBのPCBはラベルが充実しており、ミスなく実装できます。両面実装も可能。全部品実装後、CNCレーザーカット用のDXFファイル（こちら）で電子部品と植物を一体化するサポートを製作しました。

Step 6: Androidアプリ

アプリ機能：

• BluetoothでArduinoに接続
• 手動モード：ファン、照明、ウォーターポンプのON/OFF個別制御
• 「データ取得」ボタンで全センサ値をスマホ画面に表示
• 自動モード：照度センサ値に基づきLED明るさを自動調整

アプリはこちらから無料ダウンロード可能。

Step 7: Arduinoコードとテスト検証

コードはこちらからダウンロード。よくコメントされており理解しやすい構成です。特に照度自動制御モードが実用的：ベース下部の照度センサが環境光を監視し、フロントLEDの明るさを自動調整。温湿度値もスマホ画面でリアルタイム確認できます。

ソースコード

/************************************************************************************************************************************************************************ 
 * - Author : BELKHIR Mohamed 
 * - Profession : (Developer) MEGA DAS owner 
 * - Main purpose : Industrial Application 
 * - Copyright (c) holder : All rights reserved 
 * - License : BSD 2-Clause License 
 * - Date : 20/11/2017 
 ***********************************************************************************************************************************************************************/

#include "DHT.h"
#include 
#include 

// 制御ピン定義
const int Pump = 4;         // ウォーターポンプ制御
const int Fan = 5;          // ファン速度制御（PWM）
const int Light = 6;        // LED明るさ制御（PWM）
const int TempHum = 7;      // DHT11データ入力
const int Moisture = 8;     // 水分センサ デジタル入力
const int TestLED = 9;      // テスト用LED
const int Brightness = 12;  // 照度センサ信号入力
const int analogMoisture = 0; // 水分センサ アナログ入力

#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(TempHum, DHTTYPE);
BH1750 lightMeter;

char Data = 'x';
String cmd = "";
int flagModeAuto = 0;
int sprayCMD = 0;
int LightCMD = 0;
int lightLevelPlus = 0;
float temperature = 0;
float humidity = 0;
uint16_t lux = 0;

void setup() {
  Wire.begin();
  dht.begin();
  lightMeter.begin();
  Serial.begin(9600);
  Serial.setTimeout(100);
  pinMode(Pump, OUTPUT);
  pinMode(Fan, OUTPUT);
  pinMode(Light, OUTPUT);
  pinMode(Moisture, INPUT);
  pinMode(TestLED, INPUT);
  delay(1000);
  digitalWrite(Pump, LOW);
  digitalWrite(Fan, LOW);
  digitalWrite(Light, LOW);
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {
    delay(10);
    Data = Serial.read();
    cmd += Data;
  }
  if (cmd == "dt") { Serial.print(humidity); }
  if (cmd == "dh") { Serial.print(lux); }
  if (cmd == "db") { Serial.print(temperature); }
  if (cmd == "o") { flagModeAuto = 1; }
  if (cmd == "m") { flagModeAuto = 0; }

  if (flagModeAuto == 1) {
    autoPump();
    lightBrightness();
    autoFan();
  } else {
    if (cmd == "f") { analogWrite(Fan, 255); }
    if (cmd == "x") { analogWrite(Fan, 0); }
    if (cmd == "l") { analogWrite(Light, 255); }
    if (cmd == "k") { analogWrite(Light, 0); }
    if (cmd == "w") { analogWrite(Pump, 255); }
    if (cmd == "y") { analogWrite(Pump, 0); }
  }
  cmd = "";
  lux = lightMeter.readLightLevel();
  temperature = dht.readTemperature();
  humidity = dht.readHumidity();
}

void autoPump() {
  if (analogRead(analogMoisture) < sprayCMD) {
    digitalWrite(Pump, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(Pump, LOW);
    delay(1000);
  }
}

void lightBrightness() {
  while (lux < LightCMD) {
    analogWrite(Light, lightLevelPlus);
    delay(100);
    lightLevelPlus++;
    lux = lightMeter.readLightLevel();
  }
}

void autoFan() {
  if (temperature > 30) {
    analogWrite(Fan, 255);
  } else {
    analogWrite(Fan, 0);
  }
}

カスタムパーツ・エンクロージャ

dxf_mdf_5mm_s0PEHuez4w.rar（CNCレーザーカット用DXFファイル）

回路図

（PCBパターンが回路図を兼ねています）