水槽で水草を綺麗に育てるため，Raspberry Pi で CO2 添付を制御してみました．
はじめに
5年くらい前までは，水槽へのCO2添付を安定して行おうとすると，下記の2択くらいしかなく，ハードルが高いものでした．
- 業務用炭酸ガスボンベ(ミドボン) → 大掛かり
- 水草育成用CO2ボンベ → ランニングコストが高い
ところが，何年か前から，クエン酸と重曹を使うタイプの下記のようなCO2ジェネレーターが出回るようになり，導入のハードルが随分低くなりました．
ただ，実際に導入する場合，下記の仕組みが欲しくなってきます．
- 光を当てている昼間のみCO2添付したい
- CO2添付している間は，CO2が抜けてしまうのを抑制するため，エアレーションを止めたい
そこで，Raspberry Pi を使ってこの制御を自動化する仕組みを作ってみました．
ハード
Raspberry Pi の GPIO を使って 100V 電源を制御するためのボックスを制作します．
100V 周りは，下記を考慮し，信頼性が高い部品で構成することにしました．
- 誤動作してエアレーションが誤って停止すると，熱帯魚に深刻なダメージが発生する
- 水槽という水回りで使用する
必要な部品
- TWN型難燃性 W125×D175×65mm オフホワイト
ボックスのケースです．コンセント2系統を制御する場合，このサイズがちょうど良いと思います．
- ミニパワーリレー MY2Z
12V の H/L で 100V 電源を ON/OFF できるリレーです．今回の心臓部となりますので，オムロン性の信頼性が高いものを選択します．
- 共用ソケット 角形ソケット PYF
リレーとコンセントを接続するためのソケットです．信頼性の観点で，100V 系統は基板への半田付けは使わず，圧着端子とネジ締めで構成するために使用します．
- MOS FETリレー DIP4ピン
リレーを駆動するための FET です．ここはもうちょっと安い部品でも良かったかも．
- 抜止形機器用アウトレット 白
コンセントを接続するためのコネクタです．ちょっとサイズが大きいのが気になりましたが，樹脂ケースへの穴あけが円形で良いので加工性がよく，抜け防止機能があるのが決め手でした．
- RS Pro IECプラグ オス スナップイン
今回作成するリレーボックスに電源を供給するためのコネクタです．ヒューズを内蔵しているのが決め手でした．LED内蔵のスイッチがついていてコンセントを差したままでON/OFFできて電源状態が確認できるので地味に便利です．
- モールドフレームタイプLED表示灯 AC100～200V
リレーで制御した100Vコンセントの状態を確認するためのLEDです．100Vラインに直接接続できるのでお手軽です．
- 取付DCジャック 2.1mm MJ-14
CO2ジェネレーターの電磁弁の電源を接続するために使用するコネクタです．
- 3極小形単頭ジャック Φ3.5
Raspberry Pi と接続するためのジャックです．今回は2系統を制御するため GPIO 2本と GND を接続する必要があるので，3極タイプを選択しました．
- フォーンプラグ (オス) 3.5mm
先ほどのジャックと接続するためのプラグです．
- ロッカスイッチLタイプ JWシリーズ
今回作成するものはRaspberry Piで自動制御するためのボックスですが，手動でも制御できると便利と思いスイッチもつけています．
組み立て
電圧に応じて分けて回路を構成します．具体的には 100V 系統は，半田付けが避けられないIECプラグ以外は圧着端子とネジしめで接続し，3.3V および 12V を扱う系統のみ基板上で基板上で配線します．
こんな感じ．
100V のコネクタ関係がケースの内側に結構めり込むので，意外とスペースがないので，レイアウトは真面目に検討するのがおすすめです．
完成形
全て組み上げるとこんな感じ．
ラベリングには，マットな透明ラベルのテプラを使がおすすめです．
【純正】 キングジム(Kingjim) テプラPROテープカートリッジ マット 24mm 透明ラベル/黒文字 長さ8m SB24T
ソフト
時刻に応じて GPIO を自動制御するプログラムを仕立てます．
コンテナ上で動くようにして Kubernetes でデプロイすると長期的な管理が簡単になるので，cron とかに頼るのではなく Python の schedule ライブラリを使うのがおすすめです．
コードはこんな感じ．
現時点で，半年程度運用していますが，安定して動作してくれています．
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