我が家でも飼育してみるか。
まずは、メダカが快適に過ごせる水温か確認するぞ！
この記事では、プログラミング学習をされる方に向けた、「おすすめの機器」と「プログラミング方法」をご紹介します。 題して「まじコレ！」 第二回は、「M5Stack Core 2」です。 […]
記事内でご紹介する「M5Stack」はこちら！
M5Stack Basic
Arduino、UIFlow、MicroPythonに対応した開発キットです。
物理ボタン、スピーカ、ディスプレイが搭載されているモデルです。機能を限定しているため、比較的安価です。
一台でいろいろと遊べる機器なのでおススメです！
※今回使ったのは、こちらのモデルの旧バージョンになります。
M5Stack Core2 開発キット
Arduino、UIFlow、MicroPythonに対応した開発キットです。
タッチスクリーン、マイク、IMUを使うことができ、従来のM5Stackよりも多機能なモデルです。 バッテリーも搭載しています。一台でいろいろと遊べる機器なのでおススメです！
水温を測るために必要なものは？
温度センサーは過去にも記事にしたことがありましたが、今回は水温を計るため、防水仕様の温度センサーを準備する必要があります。
今回は次の温度センサーを準備しました。
防水仕様の温度センサー
Arduinoでの開発に対応した防水仕様の温度センサーキットです。
このキットは、温度センサー（防水ケーブル付き）、変換基板（プルアップ抵抗付き）、マイコンとの接続用ケーブルがセットになっています。変換基板経由で直接Arduinoの開発ボード（Arduino、M5StackやRaspberry Pi Picoなど）に接続することができ、プログラム例も提供されています。
この温度センサーは、「DS18B20」を使っているモデルになります。
Arduinoなどと接続する場合は、プルアップ抵抗が必要になりますが、こちらのキットにはプルアップ抵抗が実装されていますので、そのままArduonoに接続しても、安定して水温を計測できます。
キットの内容
キットの内容は次の通りです。
温度センサー（防水ケーブル付き）、変換基板（プルアップ抵抗付き）、マイコンとの接続用ケーブルがセットになっています。
使用（接続）方法
「M5Stack Basic」と温度センサーの接続は、次のように行いました。
温度センサーと変換基板の接続
温度センサーは、５V（VCC）［赤］、GND［黒］、測定用信号線［黄］の3線仕様になっています。
温度センサーを変換基板に接続するには、変換基板側のターミナルコネクタを使います。
ターミナルコネクタにセンサーから出ている線を挿入して、ターミナルコネクタの上部にある部位を押すと固定されます。
手で押すには硬いので、ドライバーなどを使って慎重に力を加えます。
変換基板とM5Stack Basicの接続
| 用途 | 温度センサー変換基板側 | M5Stack Basic側 |
| ５V（VCC） | ５V［赤］ | ５V出力 |
| GND | GND［黒］ | GND |
| 測定用信号線 | 測定用信号線［緑］ | G5（GPIO5） |
ケーブルとコネクタの種類や作成方法は、次の記事で紹介しています！
電子工作ではんだ付けとともに欠かせないのが、「ケーブル作り」。 電子部品やコンピュータ、モーターなどの各部品はいろいろな形状のコネクタを持っています。そこで、ケーブルの端を接続するものの規格に合わせることが必要になります。 また[…]
水槽の横におけるデザインのケース作り
今回は、毎日の水槽の水温を測定したいのと、水槽の設置場所がリビングのキッチンカウンターの上であることから、温度センサーの変換基板や、M5Stack Basicとの接続部分についても、保護する必要がありました。
また、水温センサーを水槽にいい感じに固定する部材も必要になりました。
こういうときに役立つのが、３Ｄプリンター「ORIGINAL PRUSA i3 MK3S+」です。
積層型の３Dプリンターで、造形精度が良く、当ブログでもいろいろなものを作っています。
自分で組み立てるキットもあるので、自作ユーザーや、導入コストを抑えたい人に最適です。
最近、Mk4が発売されましたが、Mk3も併売されており、まだまだ現役で活用できますよ～。
（しかも後からMk4にアップグレードするキットもあります。）
今回使用した３Dプリンター「ORIGINAL PRUSA i3 MK3S+」はこちらからどうぞ！
３Dプリンター（キット）
よりよくなった新型はこちら
オープンソースの３Dプリンターの仕様を作った技術者が作った会社の３Dプリンターです。この商品は、自分で組み立てることが前提です。マニュアルも日本語化されていて、組み立てで特に手順に困るということはありませんでした。非常によくできた製品で、印刷品質も高いので非常に満足できます。
ちなみに「HARIBO」というお菓子もついている（笑）ので楽しみながら組み立てられます。
３Dプリンター（組み立て済み）
よりよくなった新型はこちら
オープンソースの３Dプリンターの仕様を作った技術者が作った会社の３Dプリンターです。この商品は、すでに完成済みで調整もされているものです。私は自作キットのほうを購入しましたが、非常によくできた製品で、印刷品質も高いので非常に満足できます。
買ってすぐに印刷が楽しめるのもいいですね！
ケースのデザインをFusion360で作る！
ケースのデザインは、AutoDeskのFusion360を使用して作成しました。
「M5Stack Basic」と変換基板を、インクルードできるケースとして設計しています。
表面は。「M5Stack Basic」のディスプレイと物理ボタンが使えるように、窓を設けています。
また、左側面には、「M5Stack Basic」への電源供給用として、USB-TypeCケーブル用の穴とガイド、温度センサーのプローブ部分を出す穴を２つ（用途によって使い分け）つけています。
※右側の図には、M5Stack Coreをはめた場合のイメージを表示しています。
温度センサーの変換基板やケーブルを収納するエリアの高さが、M5Stackよりも高いため、ケース全体の高さがM5Stackの高さよりも高くなります。
そのため、裏面には、「M5Stack Basic」を支える支持体と、熱を逃がしたり、Wi-Fi接続時の電波を通りやすくするための穴をデザインしました。
固定用のネジは、M3ネジを使用するようにねじ切りをデザインしています。
これで、「M5Stack Basic」と水温センサーを保護するケースのデザインが決まりました。
次は、温度センサーの保持用ホルダーを作ります。
温度センサーの保持用ホルダーをFusion360で作る！
温度センサーの保持用ホルダーについても、デザインは、AutoDeskのFusion360を使用して作成しました。
なるべく、水槽内の水質に影響がないように、水槽内の水位よりも上にホルダーが位置するように長さを設定しました。
水温センサーについては、ビニール袋をかぶせて水につけることで腐食対策としました。
また、誤ってホルダーが水槽内に落ちることを防止するために、紐などで固定できる穴を設けています。
３Dプリンター向けの印刷データを作る！
デザインが決まったところで、今回使う３Ｄプリンター「ORIGINAL PRUSA i3 MK3S+」で印刷するためのデータに変換します。
データの変換には、「Plusa Slicer」を使いました。
これは、３Dプリンターの販売元が提供している専用のソフトウェアです。
ソフトウェアは無償で利用が可能です。
Fusion360で作成したデータを「エクスポート」機能で「3MF」形式のファイルに保存します。
保存した「3MF」データを「Plusa Slicer」で読み込んで印刷データへ変換します。
変換したイメージは次のようになりました。
これで、保護ケースを３Dプリントする準備が整いました。
次は、実際に印刷していきます。
３Dプリンターを使った造形
作成したデータをもとに３Ｄプリンター「ORIGINAL PRUSA i3 MK3S+」で印刷を行います。
今回は、印刷する素材（フィラメント）としては、「PETG」を使用しています。
理由としては、多少柔軟性があり、ケースとしての強度も十分に出せるためです。「PLA」では、硬すぎて、落とした際に割れてしまいそうなので。
今回使用したPETGのフィラメントは、次のものになります。
Plusa が販売しているもので、フィラメントの巻も綺麗に揃っており、印刷時にも問題がほぼない優秀なフィラメントです。
３Dプリンターで印刷する
それでは、３Ｄプリンター「ORIGINAL PRUSA i3 MK3S+」を使って印刷します。
実際の印刷工程や、出来上がりの動作イメージは、次の動画をご覧ください！
印刷した結果は、次のようになりました。
いつもながら、かなりいい精度でプリントすることができました。
合わせ目、ネジでの固定も確実にできます。
さてこれで、保護ケースも完成しました。
いよいよ次は、プログラミングを行います。
水温を計測するプログラムを作る
それでは、Arduino でプログラムを作成していきましょう。
まずは、今回の目標から。
今回の目標
今回は、温度センサーを水槽に配置して、水槽内の水温を計測しデータとして保存します。
また、計測値がわかりやすいように、「M5Stack Basic」のディスプレイに表示します。
＜機能＞
- 約１分毎に水温を計測し、microSDカードへ保存する
- 計測時の水温をディスプレイに表示する
- 適正水温（20~25℃あたり）を外れた場合に注意をディスプレイに表示
なお、水温を測定してディスプレイに表示する以外の処理はないため、1分間隔での実行については、単純にdelay関数を使います。
実行処理が増えてきたら、処理の方法を変更する予定です。
計測したデータは、次のmicroSDカード内に保存します。
また、microSDには、Wi-Fi接続情報（アクセスポイント情報）をJSON形式で保存しておき、Wi-Fi接続時に読みだして使用します。
microSDカード
安心・安全なSanDiskのmicroSDメモリです。JetsonやRaspberry Piなどで使用するには少し遅い部類のメモリになりますが、M5Stackなどでデータロギングやデータ読み込み用途にはこのあたりが最適です。
安価なメモリはほかにもありますが、信頼性が高いこのメーカーを当サイトではおススメしています。
使用するライブラリ
今回は、主に次のArduinoライブラリを使用します。
| ライブラリ名（バージョン） | 用途 | 詳細URL |
|
ArduinoJson（6.21.2）
|
microSDカードに記述したアクセスポイントの情報（JSON形式）を、読み込みプログラム内で処理するために使用しています。
今回はWi-Fi接続を行った後に、NTPサーバーと時刻同期するために使用しています。 |
https://arduinojson.org/?utm_source=meta&utm_medium=library.properties |
|
OneWire（2.3.7）
|
温度センサー（DS18B20）からデータを取得して処理するために使用しています。 | https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_OneWire.html |
| LovyanGFX (1.1.6) | M5Stackのディスプレイに水温データや警告表示を行う際に使用しています。 | https://github.com/lovyan03/LovyanGFX |
ライブラリのインストールは、次の記事で紹介しています。
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プログラムの作成
Arduino IDE2.xを起動して、次のとおり実行してください。
今回のプログラムは、Arduino IDE 2.1.0で動作確認を行っています。
Arduino IDE スケッチ例
今回のプログラムは、GitHubに保存しています。
ダウンロードして、srcフォルダ内の「M5Stack_TempSensor_v1.ino」を開いてください。
※プログラムは、M5Stack Basic用になります。
「M5Stack Core 2」向けに作成する場合は、時刻（RTC）関係など適宜変更してください。
ダウンロード手順
- GitHubの右上にある「Code」から「Download Zip」を選択します。
- ダウンロードしたファイルを解凍します。
- “microSD”フォルダにある次のファイルをmicroSDカードへ保存します。
– SSID.txt
– TempSensor_log.txt - microSDカードに保存した、”SSID.txt”をテキストエディタで開き、
使用するWi-Fi接続情報（アクセスポイント情報）を書き換えて保存します。 - microSDカードをM5Stackに挿入します。
- 温度センサーをM5Stackに接続します。
- ダウンロードした”src\M5Stack_TempSensor_Logging”フォルダにある”M5Stack_TempSensor_v1.ino”を
Arduino IDEで開きます。 - Arduino IDEからM5Stackに書き込みます。（書き込み方法は以降に記載しています。）
GitHubダウンロードURL
Contribute to karakuri-musha/M5Stack_TempSensorLogging devel…
M5Stackへの書き込み
- 「ファイル」メニューから「名前を付けて保存」で任意の名前を付けて保存します。
- 「ツール」メニューから「ボード」情報を確認し、次のものを選択します。
この際、「シリアルポート」にマイコンを接続したCOMポートが指定されているかも確認します。
ボード：「M5Stack」－「M5Stack-Core-ESP32」
「Partition Scheme」で「Not OTA（Large App)」を選択します。 - 「ツール」メニューから「シリアルモニタ」を選択してシリアルモニタを起動します。
（転送速度は「115200」です) - 「スケッチ」メニューから「マイコンボードに書き込む」を選択します。
プログラム実行結果
M5Stackのディスプレイ上に次のように温度が表示されれば、完成です。
温度が変化すると、次のように表示が変化していきます。
最終的な組み立てと設置
これまで見てきた、温度センサーやM5Stack、Arudinoでのプログラミングを組み立てたものを、自作したケースに入れて組み立てました。
次のように、ケースの中にM5Stackと変換基板、ケーブルを入れて、裏蓋をネジで固定します。
せっかくなので、「メダカ」のイメージをデザインした絵をケースにつけてみました。
うん。ありですね。
無塗装ですが、なかなかいい味を出しています。
最後に水槽の横に設置してみました。
きちんと水温が計測できていますね～。よしよし。
置いた感じもいいですね～、シンプルな見た目にしてよかったです。
なかなか、いい感じに仕上がったのではないでしょうか！
今回作ったものをベースとして、まだ、メダカの育成環境を快適にしていくアイデアを追加してアップデートしていけたらいいですね~
編集後記
いかがだったでしょうか。
設置してみると、シンプルでわかりやすい水温計が出来上がりました。
計測データもしっかりと保存されているので、季節の変わり目などにデータを確認して、水温対策に活用していければと思います。
皆さんも、挑戦してみては、いかがでしょうか！
今回の記事は以上となります。
最後までご覧いただきありがとうございました。
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