環境監視システム自作 概要

2018/4/30 環境監視システム自作

パソコンやスマホのブラウザに表示させる環境監視システムを、試行錯誤を繰り返しながら自作しています。

梨やりんごなどの果樹栽培では、年によっては大きな凍霜害に遭うことがあります。また、市田柿（干し柿）の乾燥設備では温度や湿度の管理で苦労しています。このような自然環境の変化に対応するために、温度や湿度などの環境監視システムの必要性を感じてきました。

温湿度の監視警報器は安価で優れたものが市販されていますが、パソコンやスマホに対応したシステムは高価です。そこで、力試しも兼ねて我が農場に合ったものを自作することにしました。幸いネット上には必要な情報がたくさんあり、自作にあたっていろいろと参考にさせて頂いています。

製作期間

  • 子機と親機１　　　　　　　　　　　　 ･･･2014年12月～2015年3月
  • 親機２とWeb配信(PC + node.js)　　　･･･2015年12月～2016年1月 （廃止）
  • 親機２とWeb配信(RasPi + Python)　　･･･2016年10月～2016年11月
  • データ蓄積(sqlite3)とグラフ表示(matplotlib)　･･･2016年12月

１．環境（温湿度）監視システムの構成

当初はPCとnode.jsによるWeb配信を行っていましたが、現在は Raspberry Pi3 を使ったシステムに変更しました。次の構成図は現在のものです。
システムイメージ

２．＜子機＞センサーユニット（複数設置）

屋外や室内の必要な場所に複数設置し、測定データを親機に定期的に無線で伝送します。電池駆動でも低消費電力で長期間（半年以上）にわたり動作し続けることができます。電波の到達距離は課題です。メーカー公称値と実際の稼働環境では大きく異なってくるためです。

構成
　　温湿度センサー SHT21（Sensirion社）
　　無線モジュール TWE-001 Strong（モノワイヤレス社）
　　電源　単三乾電池２本　約３V
環境監視システム 子機センサーユニット

屋外に設置した子機センサーユニット

子機センサー下

丸穴の中の小さな温湿度センサー SHT21

 

３．＜親機１＞特定子機監視器

最初の親機として、特定の子機の測定値だけを表示したり警報を出せるものを作りました。複数のセンサーの中で特定のものを選択して受信します。これにより例えば、室内で外気の温湿度を表示させたり、就寝中に凍霜害警報を鳴らすことなどができます。

構成
　① 無線モジュール TWE Lite（モノワイヤレス社）
　② 信号処理用マイコン PIC16F1938（Microchip社）
　③ グラフィックLCD　128×64ドット　TG12864シリーズ（Vatronix社）
　④ 小型スピーカー（内蔵用）
　⑤ 電源　ACアダプター DC5V
親機 特定子機監視器

親機１ 特定子機監視器　（居間に置いた）

４．＜親機２＞センサー値収集 ＆ Webサーバーへ送信

親機２は、全ての子機からのセンサーデータを無線モジュールで受信し、データを整えてUSBシリアルでWebサーバーへ転送します。

構成
　① 無線モジュール TWE-Lite DIP-SMA（モノワイヤレス社）
　② 外部アンテナ　コリニアアンテナ F2405L 利得5db（第一電波工業）
　③ 信号処理用マイコン PIC16F886（Microchip社）
　④ USBシリアル変換モジュール FT232RL（秋月電子通商）

親機２ 試作状態のまま稼働中

４．＜Webサーバー＞Raspberry Pi3

Raspberry Pi3（jessie）と Python3 でWeb（CGI）サーバーを動作させ、USB仮想シリアルポートで受信した親機２からのデーターを、パソコンやスマホなどのブラウザで表示するようにしました。データがリアルタイムで更新されるように、約１分ごとに自動でページをリロードさせます。また、場所ごとの環境変化をグラフ表示させられます。

なお、現在はＬＡＮ環境でのみ表示可能です。

構成
　① Raspberry Pi3　＜jessie＞　＋　Python3スクリプト
　② USB仮想シリアルポートによるデータ受信
　③ Python3によるWeb（CGI）サーバー起動
　④ Python3のCGIスクリプトによりクライアントのブラウザにリアルタイム表示
　　（javascriptのコードを埋め込んで1分毎にリロード）
　　　　無線モジュールID（センサーID）、温度℃、湿度％、露点℃、電波強度（0～20）
　　　　　（露点は温度と湿度から計算により求める）　　　　

ブラウザによる表示（例）

URL:http://192.168.***.***:8000/cgi-bin/envmon.py
ブラウザによる表示（例）

ブラウザによる表示（例）

ブラウザ表示の左端の場所名をクリックすると、その場所の環境変化をグラフ表示します。

グラフ表示（例）

グラフ表示（例）

 

スマホやPC等を使いWi-Fiルーターにアクセスして表示させることができます。

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