UECS-Pi SensorNode Kit センサノード作成ガイド UECS-Pi センサノードキットノード製作ガイドバージョン /5/12 1 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット

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UECS-Pi センサノードキット

ノード製作ガイド

バージョン

1.0 2017/5/12

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【改定履歴】

版改定内容改定日

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1. UECS-Pi センサノードキット製作ガイドの概要 ... 4 2. 製作作業の前提 ... 6 2.1. 部品一覧（本体部のみ） ... 6 2.2. 工具一覧 ... 10 3. 製作方法 ... 11 3.1. 本体部製作 ... 11 3.1.1. 取付ベース部製作 ... 12 3.1.2. Raspberry Pi 拡張基板部製作 ... 15 3.1.3. 電源引き込み部製作 ... 23 3.1.4. ケースへの組み付け ... 28 3.2. 強制通風式温湿度センサオプション、CO2 センサオプションの取り付け ... 34 3.2.1. 部材一覧（本チャプタ関連部材のみ） ... 34 3.2.2. 製作方法 ... 35 3.3. 日射センサオプションの取り付け... 55 3.4. 土壌センサオプションの取り付け... 55 3.5. クラウドスターターセットの取り付け ... 56 3.5.1. 部材一覧（本チャプタ関連部材のみ） ... 56 3.5.2. 製作方法 ... 57 4. 作業上の注意等 ... 59 5. お問い合わせ ... 59

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4 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット 1. UECS-Pi センサノードキット製作ガイドの概要 UECS-Pi センサノードキット製作ガイド（以下本ガイド）は、UECS-Pi センサノードキット（以下本製品）としてパッケージングされた部材を使い、ハウス内の様々な環境要素を計測するのに適した UECS センサノード（以下センサノード）のハードウェア部分を組み上げるためのガイドです。本製品は本体とオプション部分から成り、ユーザは本体にオプションを自由に組み合わせる事で、望んでいる環境要素を計測出来るセンサノードを製作します。図 1：センサノードキット本体とオプションで可能な事

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5 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビットセンサノードは、UECS 実用通信規約 Ver1.00-E10 仕様に準拠したノードになります。センサノードでは、2 系統の I2C センサによる計測、4 系統のアナログセンサによる計測、複数系統のシリアルセンサによる計測（うちコネクタ接続は1 系統のみ、残りは USB 接続）、1 系統の 1-Wire センサによる計測などが行えます。また他のUECS ノードと連携させる事で、UECS の自律分散制御の特徴を活かした、より高度な複合環境制御を実現する構成も可能です。センサノードを使う事で、例えば、気温、湿度、飽差、CO2、土壌水分、土壌温度、日射量、EC、pH 等の計測が実現出来ます。またクラウドサービスの UECS Station Cloud との連携も可能です。

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6 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット 2. 製作作業の前提 センサノードで用いる部材は基本的に市販の汎用部品であり、安価でコストパフォーマンスが良い部材を使う事で製作コストを引き下げています。部材は全て破損する可能性のある消耗品ですが、その交換がしやすいように安価な汎用部品を使用しているので、手軽に入手可能な部品は、時期を見て交換しながら使用して下さい。 2.1. 部品一覧（本体部のみ）製品名写真用途 BCAP162110G Raspberry Pi やスイッチング電源などを格納するケース。部材組み付け用の穴あけ済み（1 個） BMP1520P Raspberry Pi やスイッチング電源などを設置する取付ベース。部材組み付け用の穴あけ済み（1 個） Raspberry Pi3 本体基板（1 個） microSD カードファームウェア焼き込み用 microSD カード（1 個） Raspberry Pi 組み付け部材 φ2.6 スペーサー（4 個） φ2.6 ワッシャ（4 個） φ2.6 スプリングワッシャ（4 個） φ2.6 なべ小ねじ（4 個） 15W ユニット型 AC/DC スイッチング電源 Raspberry Pi などに電源供給するためのスイッチング電源（1 個）スイッチング電源組み付け部材 φ3 ワッシャ（2 個） φ3 スプリングワッシャ（2 個） φ3 なべ小ねじ（2 個）

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7 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット Raspberry Pi 拡張基板センサノード専用拡張基板（1 個） Raspberry Pi 拡張用アダプタ拡張基板と Raspberry Pi のアダプタ（1 個） LED 抵抗拡張基板上に取り付ける部材（各 1 個）ターミナルブロック8P プリント基板用端子台2P プリント基板用端子台3P 拡張基板上に取り付ける部材。アナログセンサ取り付け（ターミナルブロック 8P）、DC 電源引き込み（端子台 2P）、ファンケーブル接続（端子台 3P）（各 1 個） XH コネクタ（ベース付きポスト）拡張基板上に取り付ける部材。I2C センサ取り付けおよび、シリアルセンサ取り付け（2 個）オスピンヘッダ拡張基板上に取り付ける部材。シリアルセンサへの供給電圧変更に使う（1 個）ジャンパピン拡張基板上に取り付ける部材。シリアルセンサへの供給電圧変更に使う（1 個）メスピンヘッダ拡張基板上に取り付ける部材。RTC モジュールや ADC4ch の取り付けに使う（1 個） RTC モジュール CR1220 電池（3V）時刻を記録しておくためのモジュール（1 個）

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8 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット ADC4ch アナログ入力センサモジュール。4ch（1 個）拡張基板組み付け部材 φ2.6 樹脂ねじ（4 個） φ2.6 スペーサー（4 個）電源ケーブル（長）先端加工済み電源ケーブル。約 3m（1 個）電源プラグ電源ケーブルに接続するためのプラグ（1 個）電源スイッチセンサノード電源スイッチ（1 個）熱収縮チューブ電源スイッチと電源ケーブル接続部被覆用（2 個）電源ケーブル（短）先端加工済み電源ケーブル（黒 2 個、赤 1 個）ケーブルグランド φ16（1 個） φ12（2 個）グロメット φ26（2 個）

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10 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット 2.2. 工具一覧工具名写真用途はんだごて、はんだごて台、はんだ（必須）はんだ付けに使う精密ドライバー（必須） (＋)(－)両方必要ドライバー（必須） (＋)だけで良いニッパ（必須）コードを剥いたりカットするのに使うラジオペンチ様々な作業に便利マスキングテープシールを正確に貼るのに便利ワイヤーストリッパ（太）電源コードなど太いコードを剥く。ニッパで代用できるがあると便利

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Raspberry Pi をスペーサーの凸部に差し込みます。これは現時点では、固定せずに差し込むだけで構いません。

図 9：Raspberry Pi 取り付けここまでで取付パネル部製作は完了です。

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16 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット拡張基板に部材をハンダ付けする時、センサやファンとのコネクタモジュールなどは拡張基板の上から差し込み、裏側からハンダ付けするだけですが、Raspberry Pi 拡張用アダプタ、ピンヘッダ、LED モジュール、抵抗については作業への留意が必要です。 Raspberry Pi 拡張用アダプタは、拡張基板の裏側から差し込み、表側に出る全ての端子をハンダ付けします。ハンダ付けの際は、初めに端子を1 つだけハンダ付けして軽く固定し、そこにハンダ小手で再度熱をかけながらパーツの位置を定め、定まったらハンダ小手を抜いて完全に固定します。その上で他の端子もハンダ付けするとパーツが拡張基板に対して真っすぐに乗りやすくなります。これは他のパーツをハンダ付けする際も同様です。図 12：Raspberry Pi 拡張用アダプタのハンダ付け

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19 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット ※：CO2 センサ S-300G-3V 用の回路です。CO2 センサが K30 の場合は中央と右のピンにジャンパピンを被せます。図 17：オスピンヘッダの差し込み方 LEDと抵抗を付けます。LED には向きがあるので注意して下さい。上の写真のように、+側に長い足が来るように接続します。抵抗には向きはありません。ちなみに抵抗は1/2 ワット 200 オームのものを使用しています。図 18：LED を付ける向き

＋

－

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電源ケーブルのもう片側は、電源プラグをねじ留めで取り付けておきます。

図 26：電源プラグ取り付けライブ線を電源スイッチにねじって留めます。

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25 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビットねじった部分をハンダ付けして電源スイッチに固定します。ハンダ付けの時は、ハンダ小手の熱が熱収縮チューブに伝わるとチューブが収縮してしまうので、熱があまりかからない様に手早く行って下さい。ハンダ付けが出来たら熱収縮チューブをそこに被せ、ドライヤーなどで熱をかけて収縮させます。これによって、ハンダ付けをした部分をしっかりと絶縁体で覆います。図 28：電源スイッチへのライブ線取り付け 2

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26 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット電源スイッチのもう1 つの端子にも電源ケーブルをハンダ付けします。先ほどと同じように、あらかじめ熱収縮チューブを通しておきます。図 29：電源スイッチへのライブ線取り付け 3 ハンダ付けします。先ほどと同じく、ハンダ付けの時にハンダ小手の熱が熱収縮チューブに伝わるとチューブが収縮してしまうので、熱があまりかからない様に手早く行って下さい。図 30：電源スイッチへのライブ線取り付け 4

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熱収縮チューブをハンダ付け部分に被せ、ドライヤー等で熱をかけて収縮させ、端子部分を被覆します。これで電源引き込み部の工程は完了です。

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3.1.4. ケースへの組み付け

ここまでに製作してきたパーツをケースに組み付けていきます。まずスイッチング電源と拡張基板を

接続します。図29 の様に、ケーブルの右側をハンダでコーティングすると作業がやりやすいです。

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29 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビットスイッチング電源と拡張基板はこのように接続します。黒ケーブルはスイッチング電源の－V と拡張基板のGND に、赤ケーブルは電源ユニットの＋V と拡張基板の 5V に接続します。図 33：スイッチング電源と拡張基板の接続 2 次に、大本の電源ケーブルと、電源スイッチからの電源ケーブルを、スイッチング電源に接続します。電源スイッチからの黒ケーブル（ライブ線）はスイッチング電源の L に、大本の電源ケーブルからの白ケーブル（ニュートラル線）は電源ユニットのN に接続します。図 34：電源ケーブルとスイッチング電源の接続

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図 37：アイボルトの接続 2

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φ12 のケーブルグランドをケースに留めます。

図 39：ケーブルグランドの接続 1

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ケースの横の穴にφ26 グロメットを被せます。

図 41：グロメットの取り付け 1

図 42：RTC モジュール、ADC 基板の取り付け

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34 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット 3.2. 強制通風式温湿度センサオプション、CO2 センサオプションの取り付けここでは強制通風筒を使って、温湿度センサとCO2 センサを取り付ける方法を説明します。 3.2.1. 部材一覧（本チャプタ関連部材のみ） ※：強制通風筒式温湿度センサオプション関連部材は赤で、CO2 センサオプション関連部材は青で表記。製品名写真用途強制通風筒本体関連部材たてとい（1 個）エルボ（2 個）断熱材（1 個）不織布強制通風筒フィルタ用（1 個）ステンレスホースバンド強制通風筒フィルタ用（1 個） 109P0605M701 強制通風筒用ファン（1 個）結束バンドファン固定用。結束バンド（長）（1 個）結束バンド（短）（4 個） S-300G-3V CO2 センサ（1 個） SHT-21 温湿度センサ（1 個）

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35 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット XH コネクタ（ベース付きポスト＆ハウジング） SHT-21 用ベース付ポスト（1 個） SHT-21 用ハウジング（2 個） S-300G-3V 用ベース付ポスト（1 個） S-300G-3V 用ハウジング（2 個）センサ用ケーブル SHT-21 用ケーブル（8 個（うち予備 4 個）） S-300G-3V 用ケーブル（8 個（うち予備 4 個））表 2：部材一覧（強制通風式温湿度センサオプション、CO2 センサオプション関連） 3.2.2. 製作方法図 43：強制通風筒取り付け前初めにセンサノード本体からφ12 ケーブルグランドを取り外します。

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図 46：強制通風筒ベース部製作 2

このように差し込みます。ここでもしたてといへのケーブルグランド本体の締りが緩いようであれば、ケーブルグランドのキャップをたてといの内側から留めて固定して下さい。

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強制通風筒をケース側に留めるため、ケースに差し込みます。

図 48：強制通風筒の取り付け 1 ケーブルグランドを留める形で強制通風筒を留めます。

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温湿度センサを接続するためのケーブルを通します。黒、赤、緑、青を1 本ずつ通して下さい。

図 50：温湿度センサ接続 1

ケーブルに対して、図48 の様に XH コネクタハウジングを接続します。

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もう片側もXH コネクタハウジングを接続します。

図 52：温湿度センサ接続 3

温湿度センサSHT-21 に XH コネクタベース付きポストをハンダ付けします。

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拡張基板のとケーブルのXH コネクタ同士を接続します。これで温湿度センサの接続は完了です。

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43 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビットここから少しCO2 センサの接続方法の説明になります。CO2 センサを使用しない方は飛ばして下さい。また、温湿度センサを使用せず、CO2 センサのみ使用する方は、ここで説明する方法は使用できないので、別途ご相談下さい。 CO2 センサを接続するためのケーブルを通します。黒、赤、緑、青を 1 本ずつ通して下さい。図 57：CO2 センサ接続 1

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45 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット CO2 センサ S-300G-3V に XH コネクタベース付きポストをハンダ付けします。図 60：CO2 センサ接続 4 このようにハンダ付けします。この部材はチップが乗っているので、ハンダ付けの際は絶対に長時間熱を掛け過ぎないようにして下さい。熱でチップが壊れ、センサが使えなくなる原因になります。図 61：CO2 センサ接続 5

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図 62：：CO2 センサ接続 6

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ケーブルとCO2 センサの XH コネクタ同士を接続します。

図 64：CO2 センサ接続 8

拡張基板とケーブルのXH コネクタ同士を接続します。これで CO2 センサの接続は完了です。

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締め込んだら、結束バンドの先端をニッパなどでカットします。これでファン部は完成です。

図 74：強制通風筒ファン部製作 4 強制通風筒本体に、フィルタ部とファン部を差し込みます。

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図75 の様に、ファン用ターミナルに、ファンのケーブルを差し込み固定します。

図 78：強制通風筒の取り付け 5

これで強制通風式温湿度センサオプション、CO2 センサオプションの取り付けは完了です。

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3.3. 日射センサオプションの取り付けこのコンテンツは制作中です。

3.4. 土壌センサオプションの取り付けこのコンテンツは制作中です。

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USB L 字型ケーブル Raspberry Pi と 3G USB ドングルを接続するケーブル（1 個）

マウントベース結束バンド USB L 字型ケーブルをケースに留めるための部材。マウントベース（2 個）結束バンド（2 個）表 3：部品一覧（クラウドスターターセット関連）

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図 82：USB L 字型ケーブルの取り付け 2

3G USB ドングルを、USB ケーブルに接続します。以上でこの工程は完了です。

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59 / 59 Copyright 2017 ( 株 ) ワビット 4. 作業上の注意等 ・作業中は刃物や高熱を発する機器含む工具を扱うので、十分に注意して下さい。特にはんだごてについては、一定時間以上使用しないときは電源から抜いておいて下さい。・部品リスト等は、市場の状況により販売状況が変わる事があります。必要な部品が手に入らない場合は代替品をお使い下さい。本ガイドで作成するセンサノードは市販の部品で組むことを前提としているため、多くの部品は代替がきくはずです。・代替品を使う場合や、本ガイドに記載されていない方法で配線を行う場合等は、その方法をよく調べた上で行って下さい。・本ガイドに記載された内容により、直接的または間接的に発生した、いかなる弊害および損害に対しても、発行元である株式会社ワビットは、一切の責任を負いません。 5. お問い合わせ センサノードに搭載するソフトウェア「UECS-Pi Basic」に対して、基本的に当社はサポート保証責任を負いません。ただし、機能追加・品質改善は随時行ってまいりますので、お気づきの点、ご質問、ご要望がございましたら、下記よりお問い合わせください。（サポートメールアドレス）： support@wa-bit.com