キヌア栽培のための制御回路をつくってみよう

実験室でキヌア育種するためのオープンハードウェアプロジェクト
https://github.com/nanbuwks/QuinoaChipPlant
での、給排水を行うコントローラ基板キットを頒布しています。

組み立てて実験にチャレンジしよう！

(2023/05/27追記：AKBONE2020をコントローラとして接続する説明を追加しました。)
(2023/06/03追記：Ver.20230510基板のバグに対応、電磁バルブ追加、およびスケッチについて追加しました。)
(2023/09/03追記：4ch 制御可能な栽培ロボットに進化しました。解説記事は改めてこちらに作成しました。→ 「栽培ロボットを作ろう」https://qiita.com/nanbuwks/items/3d807e30e71e893c94eb)



# 基板

Ver.20230510 版で説明します。

![IMG_20230524_235435.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/2616f3a9-363b-13d0-052f-c944d769c722.jpeg)

# 組み立て


~~C1/C2 を 0.1uF(ぐらい)、10uF(ぐらい) のコンデンサをはんだづけします。~~  (モータドライバの変更に伴い省略しました)


C3/C4 も同様、R2 に 330オームの抵抗、D1はLEDです。

LEDは左側がプラス側(長い脚)です。

![IMG_20230525_002256.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/6cdb9ee5-b47a-783d-b021-fb6d6d2eb7c2.jpeg)

モータドライバのソケットを長さを切ってはんだづけします。

![IMG_20230525_003847.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/9eb242e0-04cb-7228-c811-c57cfd0cf8b5.jpeg)


コネクタ類をはんだづけします。
(Ver.20230510 基板にはバグがあり、写真とは異なり注意のように取り付けてください。スミマセン)

モータドライバをソケットに刺します。この写真のモータードライバはいろいろHack中。(2023/06/03 モータドライバは DRV8833 を使ったものに変更になりました。以降の組み立ては変更ありません。)
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/63647972-5ebc-5989-4e1b-b9a400790519.png)

ポンプをネジ止めし、コネクタケーブルをはんだづけします。

![IMG_20230525_010858.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/7e3c87e9-729e-a2cb-21c3-1d555e87d8fa.jpeg)

モーター2CH は J1 コネクタ(GROVE互換)でON/OFFします。J3にピンヘッダを立てます。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/b699f6b2-24e4-a56b-8adb-82635d702d58.png)

J3に水位センサを取り付けます。J2 コネクタ(GROVE互換)で水位センサ、押しボタンスイッチ、サーミスタ(未実装)に接続します。

![IMG_20230525_012738.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/5c37039e-d1b2-d5cc-d27e-702ee5e0d198.jpeg)

J1,J2コネクタはAKBONE2020キットに接続するように設計していますが、5V供給が十分なものならGROVE経由でお好みのマイコンに接続できます。写真はAKBONE2020キットを用い、パイピングした状態です。


![IMG_20230527_233222.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/d5945fd6-3303-cdb1-7938-58ec5e415afb.jpeg)

# 電磁バルブを追加する

ポンプ2台だけで動かしていましたが、ポンプの状態によってはサイフォン効果などで水圧がかかったときに予期せぬ流れが発生しました。これの対策のために電磁バルブを追加します。

コネクタをこの向きに取り付けます

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/7350946c-44fa-2937-bbac-772d3964562c.png)

電磁バルブを追加したところです。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/8668424c-a951-0c2a-e8bd-4be533ea7860.png)


パイプの真ん中をキヌア栽培のチップラックに、上側のバルブの口に給水タンクを、下側のバルブの口に排水タンクを接続します。
# ハードウェア構成

コントロール基板の回路図です。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/80ad04cd-6fb6-fc17-f889-381c267de072.png)



# AKBONE2020 をつないでみる

はんだづけトレーニングキットAKBONE2020で制御をしてみます。


![IMG_20230527_232555.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/fe38f8bf-f31f-6622-74a1-f7fb4c7e71da.jpeg)


AKBONE2020 の組み立てはこちらをご参照ください
「AKBONE2020 (Ver.20210114~20211224) ではんだづけをはじめよう」
https://note.com/nanbuwks/n/n4dcc76416cf5


電圧コンフィグレーションはこのようにしてVCC/バスを両方とも5Vで動作するようにします。

![IMG_20230527_232609.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/45011923-3371-f2e6-5818-10965f8df91c.jpeg)

ネジ止めして、HYケーブルで接続します。

![IMG_20230527_233203.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/42f11bfc-29d6-65c7-5950-40185947f7b0.jpeg)


## ポート割当


AKBONE2020の技術資料はこちらにあります。
「はんだ付けトレーニングキット AKBONE2020」
https://qiita.com/nanbuwks/items/8ff1b2c711d58fc6f85a

ここから抜粋して、

|端子|ピン|Arduinoプログラム上の機能|LGT8F328SSOP20上のピン番号|LGT8F328SSOP20信号名|
|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|
|GROVE1|黄(G1-1)|A5(D19)|pin20|PC5/ADC5/SCL|
|GROVE1|白(G1-2)|A4(D18)|pin19|PC4/ADC4/SDA|
|GROVE1|赤(G1-3)|VCC|pin4|VCC|
|GROVE1|黒(G1-4)|GND|pin5|GND|
|GROVE2(G2L)|黄、または緑*2(G2L-1)|D8  |pin11|PB1/ICP1/CLK0/OC1A/SPSS|
|GROVE2(G2L)|白(G2L-2)|D11|pin12|PB3/MOSI/OC1B/OC2A|
|GROVE2(G2L)|赤(G2L-3)|3V/5V切り替え||
|GROVE2(G2L)|黒(G2L-4)|GND|pin5|GND|

となっていて、それぞれの端子の電源線(赤)は5Vを供給するようになっています。


# AKBONE2020 用スケッチ

こちらで公開しています。

https://github.com/nanbuwks/QuinoaChipPlant/blob/main/Arduino/quinoa_waterDrawWhenOnAndSupplyAlways_LGT8F328/quinoa_waterDrawWhenOnAndSupplyAlways_LGT8F328.ino


## 機能

- 電源を入れると3秒排水する
- それ以降、水位センサとスイッチを監視する
- 水位センサで水位が下がったら、センサ復帰するまで給水する
- スイッチが押されたら、3秒排水する

テストのために、排水は3秒にしていますが、テストが終わったら300秒ぐらいの値に調整してください。