スマホアプリ不要で気温と湿度の変化をその場で確認できる電子ペーパー式データロガー「Weathergotchi」をエンジニアが自作

ソフトウェアエンジニアのマイケル・マニング氏が、気温と湿度を継続的に記録して電子ペーパーに表示する携帯型データロガー「Weathergotchi」を自作しました。回路図や基板レイアウト、ファームウェア、3Dプリント用ケースのCADデータはオープンソースで公開されています。

I Made the Weathergotchi - YouTube

GitHub - Michael-Manning/E-Paper-Climate-Logger · GitHub
https://github.com/Michael-Manning/E-Paper-Climate-Logger

マニング氏は寒い時期のキャンプ中に「夜中に実際の気温が何度まで下がったのか」「持参した寝袋で十分に暖かく眠れたのか」が気になったとのこと。翌朝に気温の推移を確認できれば、気温に応じて寝袋などの装備がどの程度有効だったのかが分かると考えました。

冷蔵庫や冷凍庫の不調を調べるための市販データロガーを使えば、一定時間ごとの温度を記録できます。しかし、マニング氏が見つけた製品は記録結果を見るためにスマートフォンへ専用アプリを導入する必要がありました。単に昨夜の気温を知りたいだけなのに、アカウントを作ったり新しいアプリを増やしたりするのは面倒です。

そこでWeathergotchiには、記録結果を本体だけで確認できる1.54インチの電子ペーパーディスプレイが採用されました。画面には気温と湿度、時刻に加えて過去の気温変化を示すグラフが表示されます。電子ペーパーは画面を書き換える時以外はほとんど電力を消費せず、直射日光の下でも読みやすいため、屋外で長時間動かす機器に適しています。

内部には制御用マイコンのEspressif ESP32-S3 Mini、気温と湿度を測るSensirion SHT45、時刻を管理するリアルタイムクロックのDS3231、測定結果を保存する24LC512 EEPROMなどを搭載。部品は3cm×4cmの専用基板に収められており、USB Type-C端子から充電とプログラムの書き込みを行えます。

バッテリーを長持ちさせるため、ESP32-S3は測定していない時間の大半を深いスリープ状態で過ごします。DS3231が1分ごとにESP32-S3を起動し、SHT45から測定値を取得してEEPROMへ保存。画面を更新した後は再びスリープ状態に戻ります。小型のリチウムポリマーバッテリーでも1週間以上の動作を想定しているとのことです。

測定時にはESP32-S3が発する熱によって温度センサーの値が実際より高くなる場合があります。影響を抑えるため、Weathergotchiはマイコンが起動した直後に温度を測定する設計です。ボタンを操作するとメニューや過去の記録を確認できますが、操作を止めると再び省電力状態へ移行します。

ケースはコードで形状を設計できる3Dモデリングソフト「OpenSCAD」で作られました。部品の寸法や隙間を40個の変数で管理するパラメトリック設計が採用されており、数値を変更するだけでケース全体を調整できます。完成したケースはバッグや衣服に取り付けて持ち運べる形状になっています。

Weathergotchiは記事作成時点ではWi-FiやBluetoothによるデータの書き出しに対応しておらず、測定結果は本体の画面で確認する仕様とのこと。また、電子ペーパーディスプレイは氷点下では画面を正常に更新できない場合があるものの、気温と湿度の記録はバックグラウンドで続き、気温が上がれば表示も再開する仕組みとなっています。

基板設計用のKiCadファイルやESP32-S3向けファームウェア、OpenSCAD形式のケースデータはGitHubで公開されています。マニング氏はWeathergotchiには欠点や制限が残っているものの、ハイキングに持ち出しても予想以上に安定して動作していると述べています。