本記事ではレモンバーム自動栽培システムの全体配線図、使用機材、接続内容を記載。
※照明モジュールについては独立機能のため、本記事では記載しない。
全体配線図
使用機材
制御系（マイコン側）
- ESP32-S3
- USBケーブル（付属）
- USB電源アダプタ（5V）
センサー系
- 土壌水分センサー（アナログ）
駆動系
- リレーモジュール（ポンプ制御）
- トランジスタ（ファン制御用）
- 抵抗（ベース抵抗 約1kΩ）
- ダイオード（逆起電力対策）
負荷（実際に動く機器）
- 小型水中ポンプ
- ファン
- LED（状態表示）
電源系
- ACアダプタ（DC 5V / 3A）
- DCプラグ（5.5mm / 2.1mm センタープラス）
配線・接続
- ブレッドボード
- ジャンパーワイヤー
- DCジャック変換コネクタ（必要に応じて）
制御機材
- ESP32-S3 開発ボード
センサー
- 静電容量式土壌水分センサー
ポンプ制御
- 1chリレーモジュール
- ダイオード
ファン制御
- NPNトランジスタ
- 抵抗（1kΩ）
駆動機材
- 5V小型ポンプ
- 5V DCファン
電源関係
- 5V 3A ACアダプター
- DCジャック変換端子
配線・組み立て
- ブレッドボード
- ジャンパーワイヤー
給水まわり
- 給水用チューブ
- 給水タンク用ペットボトル
照明
- USB給電LED育成ライト（タイマー付き）
全体回路設計図
ESP32とブレッドボードを接続し、電源供給を行う。
① 制御モジュール（ESP32）
役割
- 全体の制御
- センサー取得
- 各出力のON/OFF制御
接続内容
- 5V（ESP32） → 電源供給 5V（ブレッドボード）
- GND（ESP32） → 共通 GND（ブレッドボード）
- GPIO4 → センサー AOUT
- GPIO5 → リレー IN
- GPIO16 → 抵抗 → トランジスタ ベース（NPN）
- GPIO17 → ブザー ＋（アクティブ）
ブザー ー（アクティブ） → GND（ブレッドボード） - 電源供給 3.3V（ESP32） → VCC（センサー）
※ブザーは警告・状態通知用にて使用。
ブレッドボードの5VはESP32の5Vピンから供給。
② ポンプ制御モジュール（リレー）
役割
- ポンプのON/OFF制御
接続内容
- VCC（リレー） → 電源供給5V（ブレッドボード）
- GND（リレー） → 共通 GND（ブレッドボード）
- IN → GPIO5（ESP32）
- COM → 外部電源 ＋
- NO → ポンプ ＋
- ポンプ ー → 外部電源 ー
- NC → 未使用
※ポンプ用電源はESP32とは別使用。
逆起電力対策（ダイオード）
モーター（ポンプ・ファン）には、電源OFF時に逆方向の電圧（逆起電力）が発生する。
これにより回路や制御機器が破損する可能性があるため、ダイオードを接続する。
接続方法
ダイオードは、モーターの＋と－の両端に並列で接続する。
- カソード（線あり） → ＋側
- アノード → －側
対象
- ポンプ：ダイオード1本
- ファン：ダイオード1本
③ ファン制御モジュール（トランジスタ）
役割
・ファンのON/OFF制御
接続内容
- ファン ＋ → 電源供給 5V（ブレッドボード）
- ファン ー → トランジスタ コレクタ（NPN）
- トランジスタ エミッタ（NPN） → 共通 GND（ブレッドボード）
- トランジスタ ベース（NPN） → 1kΩ抵抗 → GPIO16（ESP32）
ダイオードはファンの両端に並列接続
カソード（線あり） → ファン＋
アノード → ファン－
④ センサーモジュール（土壌水分）
役割
・土壌状態の取得
接続内容
- VCC → 電源供給 3.3V（ESP32）
- GND → 共通 GND（ブレッドボード）
- AOUT → GPIO4（ESP32）
⑤ 電源
役割
・各機器への電力供給
接続内容
- 電源供給 5V（ESP32） → 電源供給 5V（ブレッドボード）
- VCC（リレー） → 電源供給5V（ブレッドボード）
- 電源供給 5V（ブレッドボード） → ファン ＋
- GND（ESP32） → 共通 GND（ブレッドボード）
- 共通 GND（ブレッドボード） → GND（リレー）
- 共通 GND（ブレッドボード） → トランジスタ エミッタ（NPN）
- 共通 GND（ブレッドボード） → DCジャック ー（GND）
- 共通 GND（ブレッドボード） → ブザー ー
- DCジャック ＋ → COM（リレー）
- 電源供給 3.3V（ESP32） → VCC（センサー）
■ 配線（リスト）
ESP32では、USBにて電源供給を行う。
ACアダプタ、DCジャックを使用し、外部からの電源供給を追加で行う。
配線時の注意
- ポンプの電源はESP32から電源を取らない
- GNDは必ず共通にする
- 逆起電力対策（ダイオード）を入れる
- 水と電気を分離する
[…] ②ハード構成・配線 […]