こんにちは。
この記事は、M5Stack Advent Calendar 2021最終日25日用の記事です！
今回は、クリスマス + 自身の誕生日ということで、なんかおしゃれに光る系のシステムを1日で作ってみました！
今回対象とするのは、「eggling」という卵の形をした家庭栽培キットです。loftをブラブラ散策しているときに見つけて、面白いアイデアだと大興奮して購入しました。僕が購入したのは食用のバジルの卵です。
ところが、私は植物の育成ができません。以前豆苗を栽培してみたときに、水をときどき交換してあげるだけで十分なものを ↓ この状態にまでしました。なんで死んでしまったん...？
egglingの育成方法について調べてみたところ、どうやら①土が乾かないように水やりをすべきこと、②光が適切に当たる環境下にあるべきらしいです。
は？こんな私がまともにegglingを育成できるとでも？ つまりが、全自動化された育成マシンを作成する必要がありますね（達せていないが）。
システム概要
egglingへの自動水やり + 光照射マシンを作成したいと思います。組み込み界隈では擦られまくっている水やり装置ですが、既存のシステムをはるかに下回るシステムを作り上げましたよ！ 誕生日なので雑なのは許してください。
以降の節からは、開発の過程をじゃんじゃん載っけていこうと思います :)
①egglingを割る
ここが今回の開発で一番楽しかったところです。卵の頭を固いものでカチ割ってあげることで、土が露わになります。この殻の割り方は個々人で好きな形に調節できます。
中にある紙帯は種子が入っているものみたいです。egglingの製品には、付属の種子もちゃんと用意されているため、やり直しも効くため安心感がありますね。
②水流の制御
まず、水やりのためにペットボトルから水を運びだそうと考えています。そのために、まずペットボトルのキャップにチューブを取り付けます。今回はグルーガンで仮止めし、のちに木工用ボンドで補強しました。
チューブを介して水を運びますが、その流水の制御のためにチューブを折り曲げる方法を用いました。
左のように折れ曲がっていないときは水が流れ、右の折れ曲がっているときは水が流れません。
↑ の状態を作り上げるために、サーボと針金を用いて引っ張る仕組みを作りました。サーボが回転すると針金が引っ張られて、うまいこと水流が制御できます。
③水が溜まったことの検知
卵は外皿の上に置いた状態にあります。この際、適した水量は、外皿に水が溜まるくらいのようです。
ということで、水が溜まったことをセンシングしなければなりません。世の中には専用のセンサがあるのでしょうけれど、所持しておらず購入するお金もあまりない貧困学生なので、すでにあるものを組み合わせてセンシングしようと思います。
ということで、いつもながら適当なセンサを作ります。
使用するのはフォトリフレクタとティッシュ、黒い紙です。まず、黒い紙をティッシュにくるんでセロハンテープで貼り付けます。
ティッシュは基本的に白ですが、水を灌ぐことでティッシュ内の黒紙が透けたり、生地による光の散乱が生じることで反射率が低下します。そのため、水が溜まっていない状態では画像左のように電位が高くなっており、水が溜まってティッシュに浸透した状態では画像右のように電位が低くなります。
④光の照射
種子が発芽するまでは、室内でよく光が当たる環境に置くべきであり、発芽後も日光下に置く必要があります。最近では、家庭菜園としてLED光を照射することで発芽後も育成できていますよね。
ということで、本システムでも同様に発芽後まで使用できるようなLED光をegglingに照射してあげます。その際、クリスマス + 自身の誕生日を祝うためにイルミネーション風に光らせてあげようと思います。
LEDの照射光を決定するために参考にしたのが下記のサイトです。
この記事で引用している内容によると、LEDでの育成をする場合の色は下の条件が実験的に良いといわれているようです。
論文では赤＋青に24%まで緑の光を混ぜると生育が良くなる。 しかし、50%以上、緑を混ぜると生育が悪くなる。
そこで私がegglingに照射する光も、赤100%+緑25%+青100%の頻度にしました。実現のためのLEDには、マイコン内蔵であり1本の信号線で大量の素子を制御可能な、WS2812BのLEDテープを採用しました。
これを3個ずつ同じ色で、ランダムに点灯しました。さらに、イルミネーション風にするために、1/5の割合で時々LEDを消灯してあげました。
写真で見てみると、光がすべて加法されてしまい、怪しいマゼンダ色になっていますね。肉眼で見ると、ピンクでない色も多少は見られますが、大体同じ色に見えています。
⑤システムの統合
ここまでに紹介した実装内容をベースとして、システム全体を統合して作り上げました。それが ↓ の写真になります。上から針金でつるしたペットボトルに水が入っており、そこから下にあるegglingに水を注いでいきます。その段階で、②で作成した水流制御の仕組みが動作するわけです。水がegglingに注がれて浸透し外皿にたまると、③のケースに張り付けたティッシュ濡れセンサが反応し、水流を止める判断ができるわけですね。最後に、④で作成したLEDを照射してあげることで、家庭内菜園が可能となります。シンプルながら完璧な挙動をするはずです！
完成品動画
そして完成したものが ↓ この動画（1:40ごろから）になります。初めての水やりは、カメラから見やすいように光を照射せずに行いました。
結果として、一番初めの水やりでは浸透が非常に遅く、上から溢れ出てしまうという結果となりました...
まあ、正常にセンシングができて水流の制御も動作しているようで、種が流れ出さえしなければ許容範囲かなと思っています（この適当さじゃ豆苗も枯らすわな）。
おわりに
クリスマス + 自身の誕生日 ということで自動育成マシン 兼 イルミネーションシステムを作成しました。一番初めからうまく動作してくれるだろうと「THE FIRST MAKE」をしてみましたが、HW開発は実際に動作させてみないと挙動がわからないですねぇ。
こんな悔しい日には、egglingを鑑賞しながら、大好物の「タマゴロウ」を食べてお別れしましょう。
