土壌湿度センサー「かけはし」のハードウェア

　・S6と改善版S6B版がある。
　　S6では突入電流が大きく、大きなコンデンサを取り付けて対策する必要があるが、S6Bでは改善されている。トラブルを避けるためにS6B版を選択。
　・アンテナタイプ
　　PCBアンテナタイプを選択。庭などで無線LANが届きにくい場合は、別のアンテナタイプを選ぶ予定。

(2)温度センサー
　　手持ちの温度センサーを使用。
　　・動作電圧: 4～20V
　　・精度: ±0.5℃ (25℃時)、±1%(全温度)
　　・+10[mV/℃]で電圧が出力

　　この出力をXBee WiFiのアナログ入力に接続し、XBee WiFi内のA/Dコンバータで0～1023のデジタル値に変換される。温度センサの測定精度をより高めるために、A.DコンバータのVref(基準電圧)は、2.5Vではなく1.25Vに設定する。

　　温度計算式
　　　<温度[℃]> = <デジタル読み値(0~1023)> ÷ 1023 x 1.25[V](Vref) ÷ 0.01 [V/℃]( +10[mV/℃])

(3)土壌湿度センサー
　　Ａｒｄｕｉｎｏマイコン用の土壌湿度センサーがあったのでこれを使うことにした。

　　土に入れるPad基板に抵抗とトランジスタも内蔵されており、電源を供給すると土壌を流れる電流を増幅し、電圧レベルで土壌湿度が分かるようになっている。この電圧をXBee WiFiのアナログ入力に供給し、XBee WiFi内のA/Dコンバータで0～1023のデジタル値に変換される。

　・センサ電圧の分圧
　　温度センサの測定精度向上のためにVrefを1.25Vにしたので、分圧してXBee WiFiに接続する。
　　分圧するために土壌センサの出力信号ではセンスせずにセンサのGNDピンに抵抗を接続し、センサ内の100Ω、「かけはし」内の300Ω、100Ωで分圧する。(5分の1に分圧) (2016年1月10日削除)

・センサ供給電圧の低電圧化(2016年1月10日追記)
　土壌センサとしては3.3V～5Vを供給しようとしているが、電圧が高いほど土壌に流れる電流が増える。この電流に比例してセンサーのパッドの銅が腐食していく。この腐食のスピードを落とすために低電圧化する。センサーへの供給電圧を5Vから1.8Vに変更したことで土壌に流れる電流が3分の1になった。腐食スピードも3分の1となり、センサーの寿命が3倍となった。

・センサ動作点(動作電流)の調整
　　土壌センサ内トランジスタのエミッタ側には470ΩのPulldown抵抗が接続されている。
　　この抵抗値では、土壌湿度が高い時にトランジスタが飽和し、湿度の変化を読み取れない鉢があった。150Ω 75ΩのPulldown抵抗(300Ω2個を使用した)を追加してエミッタ電流を増やし、水やり直後のように土壌湿度が高い時でも飽和しないようにした。(2016年1月10日修正)

　尚、150ΩのPulldown抵抗と300Ω、100Ω分圧抵抗の合成で、等価回路としては109ΩのPulldown抵抗が接続されている状態となる。(2016年1月10日削除)
　Webで公開されている土壌センサのPulldown抵抗値は100Ωであるが、実際には470Ωが搭載されている。なんらかの理由で100Ωから470Ωに変更されているが、土壌湿度をリニアに読もうとするとやはり100Ω程度のPulldown抵抗するする必要があるようだ。

　・センサ電圧のフィルター
　　センサに安定化電源を供給していないため、ノイズが目立ち、センサ値が安定しなかった。また、庭にセンサを置く場合、ケーブルが長くなりさらにノイズが増える可能性があり、ノイズ除去のため、RCローパスフィルタを追加した。4.7kΩと100μFでカットオフ周波数0.34[Hz]のローパスフィルタを構成した。

(4)電源
　入手しやすくて消費電力もちょうどよいスマホ用USB ACアダプタを使う。
　・XBee WiFiの電源(3.3V)
　　USBの電源は5VでXBee WiFiは3.3Vなので、5Vから3.3Vにするレギュレータを付ける。レギュレータを個別に付けてもよいが、　すでにレギュレータを持っている秋月電子のキットのＸＢｅｅ　ＵＳＢインターフェースボードキットを使った。また、USB-Serial変換機も持っているため、PCにつなげは電源供給だけでなくXBee WiFiの設定も行える。

　・温度センサの電源(4～20V)
　　USBの電源をそのまま接続。

　・土壌湿度センサー
　　USBの電源をそのまま接続。

(5)部品リスト
　秋月電子で購入可能。1台6千円くらい。