爬虫類飼育を自動化する全体システム構成を考える
爬虫類飼育を自動化する全体システム構成を考える。
前回、カナヘビを飼育していて感じた歯がゆい不満を電子工作で解決したい！という話を書いた。
関連記事：
「爬虫類飼育で歯がゆい不満を電子工作で解決しようとした理由」
やりたいことを改めて整理すると、
- バスキングライトの自動点灯・消灯
- ケージ内温度の常時監視
- 夏場の温度上昇対策
- 冬場のヒーター温度制御
- 自動霧吹き
- 液晶で温度や機器の状態を確認
- スイッチで設定温度などを変更
こんな感じ。
書き出してみると、
「これ全部まとめて1台で制御したらええやん」
ってなった。(笑)
ということで今回は、回路を作り始める前に
KANA SYSTEMをどんな構成にするかを考えていく。
まずは必要な機能を整理する
バスキングライト
やりたいことは単純。
決まった時間になったら、
ON → 点灯
OFF → 消灯
これだけ。
ただしライトはマイコンから直接動かせるような電力ではないので、マイコンから別のスイッチを操作する必要がある。
マイコン
↓
スイッチ回路
↓
バスキングライトという構成。
実際のスイッチ回路については、後の記事で考えることにする。
液晶表示とスイッチ操作
せっかく自動化するなら、今の温度や機器の状態が分からんと使いにくい。
そこで、本体に液晶を付けて、
ホット側温度
クール側温度
制御基準温度
ライト・ファン・ヒーターなどの動作状態
を確認できるようにしたい。
さらにスイッチも付けて、
設定温度の変更
タイマー設定の変更
必要に応じて手動ON/OFF
などを本体だけで操作できるようにする。
イメージとしては、
スイッチ入力
↓
マイコン
↓
設定値を変更
↓
液晶に表示こんな感じ。
Wi-Fiやスマホ操作も面白そうやけど、まずは
本体だけで設定・確認できることを基本機能にする。
ケージ内の温度を測りたい
今まではケージ内にアナログ温度計を1個置いているだけ。
これだと、
「バスキングスポット何℃なん？」
「反対側はちゃんと涼しいん？」
「自動制御の基準にする場所は何℃なん？」
がよく分からない。
そこで、温度センサを3か所に設置して、
ホット側温度
クール側温度
制御基準温度
を常時監視できるようにしたい。
ホット側とクール側は、ケージ内の温度差を把握するため。
制御基準温度は、
ファンやヒーターをON/OFFする判断に使う温度
として利用する。
これなら単純に温度を見るだけじゃなく、その後の各機器の自動制御にも使える。
夏場はファンを自動運転したい
我が家の飼育場所は2階。
夏場、人がいない時間帯はかなり暑くなる。
となると、
「暑くなったらファンを回す」
ようにしたい。
制御基準温度が設定値を超えたらファンをON。
さらに温度が上がった場合は、
バスキングライトも停止
させる。
イメージとしては、
制御基準温度が上昇
↓
マイコンが判断
↓
ファンON
↓
さらに高温
↓
バスキングライトOFFこんな感じ。
ただファンを回すだけじゃなくて、
温度に応じて制御を段階的に変えるのがポイント。
冬場はヒーターを制御したい
冬は逆。
ヒーター自体は買ったものの、
温度制御器を持ってなくて使えてへんだ。(笑)
やったら、その温度制御もKANA SYSTEMにやらせればいい。
例えば、
制御基準温度が設定温度より低い
↓
ヒーターON
設定温度まで上がる
↓
ヒーターOFFという制御。
設定温度は、本体のスイッチから変更できるようにする。
これなら季節や飼育環境に合わせて、その場で温度設定を調整できる。
ここまでくると、
夏も冬も制御基準温度を中心に自動制御できる
ようになる。
自動霧吹きも入れたい
霧吹きも忘れる。
毎日やることって、最初は覚えてても普通に忘れてまう。(笑)
そこで、
マイコン
↓
ポンプ
↓
ノズル
↓
自動霧吹きという構成にする。
時間で霧吹きしてもいいし、後々は湿度センサを使って制御する方法もありそう。
まずはシンプルに、
設定した時間に自動で霧吹きする
ところから始める予定。
全部まとめるとこうなる
ここまでの機能をまとめると、こんな感じ。
めちゃくちゃ単純化すると、
各センサやスイッチから情報を集めて、マイコンが判断し、液晶に状態を表示しながら各機器を制御する。
これがKANA SYSTEMの基本構成になる。
使うマイコンは？
システムの頭脳にはマイコンが必要になる。
候補としては、
- Arduino
- Raspberry Pi
- ESP32
あたり。
その中で今回はESP32を使うことにした。
理由としては、
小さい
安い
入出力が多い
Wi-Fiが使える（やるか分からんけど）
電子工作用途として情報が多い
あたり。
今回のシステムでは、
- 液晶
- スイッチ
- 温度センサ3個
- ライト
- ファン
- ヒーター
- ポンプ
と、そこそこ多くの入出力を使う。
その点でも、ある程度余裕のあるマイコンを選んでおいた方が後々ラクそう。
特に将来的には、
スマホから温度を見る
設定温度を変更する
遠隔で機器を操作する
みたいなこともやりたい。（やるか分からんけど(笑)）
となると、最初から通信機能を持っているESP32が都合よさそう。
ただ、このあたりは次回ちゃんと比較してみる。
最初から全部作らない
いきなり、
「液晶！」
「スイッチ！」
「温度！」
「照明！」
「ファン！」
「ヒーター！」
「ポンプ！」
を全部繋いだら、絶対どこかで詰んでまう。(笑)
なので、
1機能ずつ作って動作確認 → 最後に統合
する。
例えば、
① ESP32を動かす
② 液晶を表示する・スイッチ入力を確認する
③ 温度を測る
④ ライトをON/OFFする
⑤ ファンを動かす
⑥ ヒーターを制御する
⑦ ポンプを動かす
⑧ 全部を統合するという流れ。
これなら、不具合があってもどこがおかしいのか追いやすい。
特に②で液晶とスイッチを先に動かしておけば、その後の各機能を試す時にも、
温度を表示する
設定値を変更する
ON/OFF状態を見る
といった確認に使える。
KANA SYSTEMの全体像
最終的には、
ホット側・クール側・制御基準の3か所の温度を常時監視して、
液晶で現在の状態を確認し、スイッチで設定を変更しながら、
季節や時間に合わせて照明・ファン・ヒーター・霧吹きを自動制御する。
そんなシステムを目指す。
さらに余裕があれば、
植物育成LED
Wi-Fi通信
スマホから設定変更
なんかも入れてみたい。
……
完全に最初の目的より規模が大きくなってる気がする。(笑)
まぁDIYなんてそんなもん。
次回
「爬虫類飼育自動化のマイコンは何がいい？Arduino・Raspberry Pi・ESP32を比較」
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