COVID-19の影響で居室や実験室の換気状況を見直された方は多いと思います。化学系の実験室は定期的な作業環境測定が行なわれますが、それでも有機溶媒の蒸気等が充満しがちです。健康のために日常から室内環境を把握しておくことは大切でしょう。そこで昨今IoT用途などでよく使われているM5Stackを使った簡易室内モニター作りを紹介したいと思います。
M5Stackとは？
M5Stackは中国・深圳のベンチャーが作っているシングルボードコンピューター製品です。使い勝手がいい本体や対応ユニットをものすごい勢いで開発しています。日本では大学生協とよく提携しているスイッチサイエンスが主な代理店です。代表的な機種M5Stack Coreには多数の接続端子・ピンや液晶画面などが付いており、さまざまなモジュールやセンサーを繋ぐことができるため、自由度がかなり高くなっています。直感的なビジュアルプロラミングによって設定できるため、少しいじるだけでも慣れることができるでしょう。基本的にはUSB接続で設定を行ないますが、Wi-FiやBluetoothを活用した遠隔接続もデフォルトで可能です。日本未発売の共働ロボットアームmyCobot（国産有名メーカーのものがx百万円する場合でもこちらなら10万円以下）などもM5Stackで操作可能なので今後期待しています。
ハードの準備・パソコンのセッティング
環境センサー作製にあたって以下のパーツを購入しました。まずこれらを全部接続します。
- M5Stack Basic（M5Stack Core 本体）
- M5Stack用電池モジュール（USB給電なしで動かすバッテリー）
- TVOC/eCO2 ガスセンサユニット（SGP30）（有機物検知）
- M5Stack用環境センサユニット ver.2（ENV II）（温湿度・気圧検知）
- M5Stack用拡張ハブユニット（センサー2つ同時接続のためのコネクタ）
続いてパソコンのセッティングです。
- 公式ダウンロードサイトからUSBドライバー（CP2104 Driver）をダウンロード・インストール
- M5StackをパソコンにUSB接続
- 公式ダウンロードサイトからM5Burnerをダウンロード・起動してファームウェアをダウンロード・書き込み
- 公式ダウンロードサイトからUIFlow-Desktop-IDEをダウンロード
M5Burnerはネット接続が必要ですが、大学・会社のイントラネット環境によってはポートが閉じていて使えないことがあるので注意しましょう。ネット接続はうまくいくのにファームウェアの書き込みがうまく行かない、という場合はネット検索すれば解決策が落ちています。
ビジュアルプログラミングで環境センサーに
上の準備ができればあとはプログラミングするだけです。プログラミングといってもBlocklyが使えるためほとんど知識は不要で、基本的にドラッグアンドドロップだけで完成します（ArduinoやMicroPythonも使えます）。先ほどダウンロードしたUIFlowを起動してM5Stackと接続後、
- 使うユニットを選択
- 液晶画面のレイアウト設定
- ブロックを動かして動作を設定
- M5Stackへの書き込み
という手順で環境モニターができあがります。上の画像は温度・湿度・TVOC（揮発性有機化合物）・バッテリー残量を測定・表示するために設定したUIFlowのスクリーンショットで、記事最上部のアイキャッチ画像は実際にM5Stackを動かしている写真です。にゃんこの口臭が測定できました。これを実験室等で使うことで、室内の有機物濃度が高くなった際には換気を促すことができるわけです。他にも、M5StackをWi-Fiでネットワークに接続してIFTTTと連携させて異常時にLINE等に通知を飛ばすことなど可能です。
なおガスセンサユニット（に限らず同様のセンサー）から出てくるTVOCは絶対値として厳密なものではないため、相対的なものとして考えておくべきでしょう。二酸化炭素濃度（eCO2）も取得可能ですが、こちらは通常条件でTVOCから単純換算したものなので、有機物が多く飛んでいる実験室においてはまったくあてになりません。測定自体の再現性は高いため、TVOCがある数値を上回ったらダメなど基準を設けて活用していくのが正しい使い方でしょう。
シングルボードコンピュータやIoT機器といえばラズパイのイメージが強いですが、M5Stackの方がより簡単に使える印象です。過去にケムステではArduinoを使ったエバポ用真空制御装置を紹介していますが、Arduino互換性+αをもつM5Stackでは同等以上のことも可能でしょう。
なおPython等のプログラミングができる方にはオムロンの環境センサもオススメです。私はこちらを測定機器の近くに設置して置いて管理しています。
