外気温モニターの拡張 その１

我が家では「かんたんスマートモニター」の連続稼働テストも兼ね、
外気温のモニターを続けております。
外気温だけでも見えるのは　なかなか面白いのですが、
昨今の豪雨を顧みて、湿度もモニター出来ると面白いかも？
と思い始めました。

そのシステム変更について、ここで記事にしていきます。
割と長い文章になりそうなので、分割形式で記載いたします。

 

さて本題です。
湿度を測る為には湿度センサーが必要ですが、湿度センサーはピンキリです。
温度センサーのように割と簡単に精度が出せる代物ではない為、
価格と精度に　かなりの幅が有ります。

例えば、オムロンの湿度センサー「ES2-HB-N」は実売約５万円ですが、
これでも精度は3％程度です。
気象庁等で使用している湿度センサーは更に高価なんでしょうね。

しかしながら湿度測定を生業にするわけではないので、
デモでそんな高価なセンサーを用意できるわけはありませぬ。

ここは大人しく秋月電子で扱っているセンサーを使用することにしましょう。

秋月電子の湿度センサーの項目を見てみると、結構な品種が並んでいます。
この中から絞り込むわけですが、実はあっさり１つに絞ることができました。
今回選んだのはAE-BME280です。

理由は単純で、これだけがSPIインターフェースを使用可能だからです。
その他の製品だと１線式インターフェースもしくはI2Cインターフェースです。

I2Cはかなり幅を利かせている様で、多くの製品で使われています。
I2Cで選ぶと選択肢が非常に広がるのですが、
今回は「かんたんスマートモニター」に接続するのが目的。
「かんたんスマートモニター」ではI2Cのインターフェースを用意していません。
これには諸々の理由があるのですが、ここでは省略いたします。

以上のような流れで、SPIインターフェースを持ってるAE-BME280を用意しました。

さて、システムの全体像はこんな感じ

 

室内に置いてある「かんたんスマートモニター」へ、
屋外のセンサーユニットを接続します。
4G回線へ接続するわけですから「かんたんスマートモニター」毎、
屋外へ設置すれば良いのでは？という疑問もありますが、
「かんたんスマートモニター」を防雨ボックスへ納める必要があり、
AC電源を室内から引っ張る必要もありまして、結構大掛かりになってしまいます。
更に室内に有ることでデバックが楽というメリットも。
なお、「かんたんスマートモニター」の屋外設置は多数事例が有り、
それ自体が難しいわけではありません。

ただまぁ、壁を通ることもありまして、
センサー部までのケーブルは約5m必要になってしまいます。

 

 

 

 

 

 

 

今度は全体像ではなく、「かんたんスマートモニター」とセンサー部の
接続について見ていきましょう。

 

 

センサー部からは測定信号を送る信号線を繋ぐのはもちろん、
センサー部の電源も「かんたんスマートモニター」から送ることになります。

 

 

 

 

 

 

電源についてですが、BME280は1.8Vが標準で最大3.6Vでも動かせるそうな。
しかしセンサーに必要以上の電圧を加えることはセンサーの発熱増加に繋がり、
測定値の誤差の原因になってしまいます。
ですので今回は1.8Vで動かす前提で考える事にします。

電源供給側である「かんたんスマートモニター」は複数種類が供給可能。
ユニットの１次電源（今回は12V)、アナログ用5Ｖ、デジタル系の3.3V、
という感じです。
1.8Vを出力する能力はありませんが、そもそも1.8Vのような低電圧を
5mのケーブル経由で供給するというのはナンセンスなので、
センサーモジュール側で降圧し、1.8Vを作成するのが一般的です。

今回使用するセンサーBME280はI2CとSPIの２種類のインターフェースを持っていますが、
今回は「かんたんスマートモニター」の都合で、SPIインターフェースを使用します。
そこで懸念事項となるのが信号の電圧レベル。

「かんたんスマートモニター」はマイコンの仕様により、信号は3.3V系となっています。

BME280の信号電圧は電源電圧依存ですから、
1.8V電源で駆動した場合は信号も1.8V系となってしまいます。

この電圧の違いを何かしらで対処する必要が出るわけです。