Air Surfer：Arduino Mega 2560で作るCO2・温湿度・気圧監視システム

必要な部品と材料

• Arduino Mega 2560 R3 ×1
• 3.2インチ TFTディスプレイ（Mega直結タイプ 480×320） ×1
• MH-Z19 CO2センサー（UART接続） ×1
• Si7021 温湿度センサー（I2C） ×1
• DS18B20 防水温度センサー（屋外用） ×1
• DS1307 RTCモジュール（I2C） ×1
• LM2596 DC-DC可変レギュレーター（7V出力設定） ×1
• フォトレジスタ（明るさ検知・LED輝度調整用） ×1
• ステンレス製プッシュボタン（LED内蔵） ×3
• 航空コネクタ GX12-3ピン（屋外センサー接続用） ×1
• DCジャック、電源アダプター（12V/15V/19V対応可）
• 合板 3mm（ケース自作用）

プロジェクト概要

民間のCO2モニターでは物足りず、CO2濃度・室温湿度・屋外温度・時刻を一緒に表示できる自作モニター「Air Surfer」を開発。Arduino Mega 2560と直結型TFTディスプレイで配線を最小限に抑え、木製ケースに収めました。総額約55ドル（約6,000円）で実現。

センサー詳細と工夫

MH-Z19 CO2センサー

UART通信（9600bps）で濃度を取得。自動キャリブレーション機能あり（無人時の400ppmを基準に補正）。初回24時間はキャリブレーション中で値が不安定。PWM出力も可能だがUARTを採用。

Si7021 温湿度センサー

I2C接続で高精度。トラブルフリーで扱いやすい。

DS18B20 防水温度センサー

1-Wireプロトコル。4.7kΩプルアップ抵抗必須。ステンレスカプセル入りで屋外設置に最適。

表示とUI

• CO2濃度：緑（400-800ppm）/ 黄（800-1200）/ 赤（1200以上）でLEDと画面インジケータ連動
• 湿度・室温・屋外温度も色分け表示
• フォトレジスタで周囲明るさを検知し、ボタンLEDとステータスLEDの輝度を自動調整
• 3つのボタンで時刻合わせ（時/分）と文字色変更
• 安価なTFTの色反転・白ドット対策で、正午/真夜中に画面リフレッシュ

電源回路

手持ちの19V/15VアダプターをLM2596で7Vに降圧し、ArduinoのVinへ供給。7Vなら発熱も少なく安定動作。航空コネクタで屋外センサーを着脱可能に。

ケース製作の試行錯誤

1. ポリマークレイ → 形状維持難、オーブンで焦がす失敗
2. 6mm合板 → 切断に電動工具必須、加工大変
3. 3mm合板 → カッターナイフとヤスリだけで加工可能、アクリル塗装で仕上げて良好

コスト内訳（参考）

部品	費用(USD)	備考
Arduino Mega 2560	8.27
TFT 3.2インチ	8.00
MH-Z19 CO2	20.00	最も高価
Si7021	2.00
DS18B20カプセル	1.14
DS1307 RTC	0.55
その他（電源、配線、木材等）	15.55
合計	55.51

完全スケッチ

UTFTライブラリ等を使用。画面描画、センサー読み取り、ボタン処理、明るさ自動調整、画面リフレッシュなど全機能を1つのループで処理。

#include <Wire.h>
#include <RTClib.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#include <SparkFunHTU21D.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <UTFT.h>

#define ONE_WIRE_BUS 9
#define GREENLED 5
#define YELLOWLED 7
#define REDLED 8
#define BUTTONLED 11

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
UTFT myGLCD(CTE32HR, 38, 39, 40, 41);
HTU21D myHumidity;
RTC_DS1307 rtc;

extern uint8_t Ubuntu[];
byte cmd[9] = {0xFF,0x01,0x86,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x79};
unsigned char response[9];
unsigned int ppm;
unsigned long time;
int photocellReading;
int hourupg, minupg;
float humd, temp;
int tcolor, Z;
boolean Reset = false;

void setup() {
  myGLCD.InitLCD();
  myGLCD.clrScr(); myGLCD.fillScr(VGA_WHITE);
  myGLCD.setBackColor(VGA_WHITE);
  Serial3.begin(9600);
  sensors.begin();
  myHumidity.begin();
  rtc.begin();
  pinMode(GREENLED, OUTPUT);
  pinMode(YELLOWLED, OUTPUT);
  pinMode(REDLED, OUTPUT);
  pinMode(BUTTONLED, OUTPUT);
  pinMode(2, INPUT_PULLUP); // 時ボタン
  pinMode(3, INPUT_PULLUP); // 分ボタン
  pinMode(4, INPUT_PULLUP); // 色変更ボタン
  Z = 0;
}

void loop() {
  co2();        // MH-Z19読み取り
  photosensor(); // 明るさ読み取り→LED輝度調整
  dateandtime(); // ボタンで時刻合わせ
  th();         // Si7021/DS18B20読み取り
  if (digitalRead(4) == LOW) { tcolor++; if (tcolor >= 13) tcolor = 0; }
  drawmain();   // 画面描画
  lamps();      // LEDインジケータ制御
  screenreset(); // 正午/真夜中に画面クリア
}

// 以下、co2(), th(), photosensor(), drawmain(), lamps(), dateandtime(), screenreset() 関数定義...

回路図