画面付きラズパイ「reTerminal」でつくる快適環境確認デバイス！【第2回】

温室度センサと二酸化炭素センサで快適な室内チェック

こんにちは、ヨシケンです！

今回の連載では、ラズパイ（Raspberry Pi） Computeモジュールに液晶画面が一体となった「reTerminal」というデバイスを活用し、昨今のコロナ禍において重要な室内空気環境の見える化と、理想的な環境づくりができるセンサデバイスを制作。

今回は、温湿度センサと二酸化炭素センサを使って、部屋の快適度を測り、エアコンや換気を促すような機能を付けたいと思います。リモートワークなど、自宅で働く時に環境をチェックできるものにします。

[ 環境計測センサーデバイス ]

デバイスに必要なもの一覧：

名前、説明	デバイス
reTerminal Seeed社が提供するRaspberry Pi Compute Moduleを使ったデバイス。
二酸化炭素センサ CCS811というセンサにより、二酸化炭素濃度を400ppmレベルから計測可能。
温湿度センサ温度、湿度が計測できるデジタルセンサーです。
Grove Base HAT for Raspberry Pi ラズパイの40ピンに差すだけで、Grove端子が簡単に接続できるハット型拡張機。

1. 部屋の快適度を測るセンサ

暑い日々が続いて家の中でも熱中症になる人が増えています。そんな熱中症を避けるため、室温と湿度から快適度を測る不快指数を計測して、エアコンなどが必要ならアラートを出すようにします。気温と湿度から計測される、その場所が快適かどうかの指数が不快指数です。その計算式は、以下のようになっています。

不快指数：DI = 0.81T + 0.01H x (0.99T – 14.3) + 46.3

ここでTは気温（℃）、Hは湿度（%）とします。この気温と湿度を測るために温湿度センサを使用するのです。これはGroveという4本の端子でラズパイなどと接続する手軽な構成になっています。

また、部屋に人が出入りする場合や、あまり空気の循環が良くないと、健康にも悪影響を及ぼします。その時は二酸化炭素を計測し、換気を促す必要があります。空気中の二酸化炭素の含有率が1,000 ppm以下にするべきとの指針が出ています。

その二酸化炭素の含有量を測るために、二酸化炭素センサを使用。これはCCS811というチップを搭載し、二酸化炭素及び金属酸化物（MOX）の含有量などを計測することができます。eCO2というパラメータで、二酸化炭素を400〜29206 ppmの範囲で測ることも可能。

これらのセンサをreTerminalに接続するために、便利な拡張機があります。ラズパイの40ピンに差すだけで、Grove端子などが簡単に接続できるGrove Base HAT for Raspberry Piです。

これで、不快指数や換気を促すように表示する画面を、reTerminal上に作成したいと思います。ある数値を超えた時にアラートを出し、窓を開けるなどの行動を促します。

2. 温湿度センサで不快指数を計測

それでは温湿度センサをreTerminalに接続してみましょう。まず、ラズパイの40ピンにGrove HATを接続します。向きは写真の方向に差し込むだけです。

Grove HAT上のDigital 1（写真で左上）に、温湿度センサを接続します。

Grove端子だと幾つケーブルがあっても、差す場所をあまり考慮することなく接続できるので簡単ですね。このDigital 1のラズパイの接続は、GPIO 5番になります。あとでこのGPIO番号を指定するので、覚えておいてください。

この温湿度センサをコントロールするのに、NODE-Redを使用します。前回記事や、こちらの記事を参照して、NODE-Redをインストールし、起動しておきましょう。また追加でreTerminalのノード、Dashboardノードもインストールしておきます(パレットからnode-red-contrib-reterminalとnode-red-dashboardを選んで、追加を押す)。

次に、この温湿度センサが使用しているDHTというセンサのためのノードをインストールします。NODE-Redパレットからnode-red-contrib-dht-sensorを検索し「ノードを追加」を押します。

以下のように、「Raspberry Pi」のところに、「rpi-dht22」が追加されました。

それではこのDHTノードを使って、ロジックを作っていきましょう。まずはフロー上に、以下のようなノードを配置します。

定期的に計測をおこなうための「タイムスタンプ」、先ほどの「rpi-dht22」、「Function」、「ゲージ」を設定します。

詳細の設定として、「rpi-dht22」を開いて、センサを「DHT11」、Pinは「BCM GPIO」の「5」番を選びます。このGroveの温湿度センサは、DHT22でなく11を使っているので、間違えないでくださいね。

「rpi-dht22」と「Function」を接続し、以下のようなコードを記述してください。これはDHT11からの信号を温度tempと湿度humidとして取得し、数値を四捨五入しています。

温度と湿度が画面に表示されるよう、ダッシュボードの「ゲージ」設定を以下のようにおこないます。同様に湿度も「レベル」ダッシュボードを指定し、設定。

そして、ここで計測された温湿度から、不快指数を計算します。ファンクションを追加し、以下のようなコードを記述してください。msg.calcという関数を作って、先ほど説明した不快指数の計算式を入れます。

msg.calc = 0.81x msg.temp + 0.01 x msg.humid x (0.99 x msg.temp – 14.3) + 46.3

これが不快指数になるので、その閾値が70や90を超えたところで、それぞれ適当なメッセージを入れます。70以下であれば問題ないので「快適です」、70から90では「注意」、それ以上はクーラーなどを入れないと危険なのでアラートの文言を記述します。また警告のための色 dicolor や絵文字 diimg をセットしてもいいかもしれません。