ESP-NOWセンサーを改良！電池切れを自動通知

1. はじめに：なぜESP-NOWと電池残量チェックなのか

本記事は、前回構築した低消費電力のESP-NOWワイヤレスドアセンサーを、さらに実用的にするための改良版です。最大の改良点は、電池駆動のIoT機器の最大の課題である「突然の電池切れ」を防ぐため、子機の電池電圧を監視し、残量が低下したら親機に警告を送信する「LOW BATTERY警告機能」を追加したことです。これにより、信頼性と実用性が大幅に向上します。

2. 改良に必要な追加部品と接続方法

ESP32は電源電圧を直接測定できないため、分圧回路を構成し、その出力を ADC（アナログ-デジタル変換器）で読み取ります。

2-1. 追加部品と概算費用

役割	部品名	数量	規格の目安	概算価格	役割
抵抗	分圧抵抗 R1	1	100kΩ	数十円	電圧を降下させます
抵抗	分圧抵抗 R2	1	47kΩ	数十円	電圧を降下させます
コンデンサ	安定化コンデンサ C3	1	0.1μF	数十円	ADC測定時のノイズを低減します
親機	LED（オプション）	1	数十円	LOW BATTERY警告表示用

分圧回路: R1=100kΩ と R2=47kΩ の組み合わせで、最大 4.5V のバッテリー電圧を 1.44V 程度まで下げ、安全にESP32のADC（最大 3.3V）に入力します。

2-2. 子機（センサー側）の接続【電池電圧検知回路】

この回路は、子機の電源入力（電池ボックスの出力）とESP32のADCピンの間に接続します。

接続元	接続先	備考
電池ボックス +極 (VBAT)	分圧抵抗 R1 (100kΩ) の一方	バッテリーのプラス側を抵抗に接続します。
R1 の反対側	R2 (47kΩ) の一方 + ESP32のADCピン (例: GPIO 35)	ここが分圧された電圧 Vout の出力点です。
R2 の反対側	GND	R2 をグランドに落とします。
Vout 点と GND	安定化コンデンサ C3	ADC測定の安定化のために接続します。

2-3. 親機（ブザー側）の接続

LOW BATTERY警告用のLEDを親機に追加します。（ブザーは前回と同じ GPIO 25）

接続元	接続先	備考
警告LED（+）	電流制限抵抗 → GPIO 26	LOW BATTERY警告表示用
警告LED（-）	GND

3. プログラムコードの変更（電池残量検知）

3-1. 共通：ESP-NOWメッセージ構造体の変更

電池残量情報を伝えるため、メッセージ構造体に lowBattery フラグを追加します。

C++

typedef struct struct_message {
    int id;           // センサーID
    int sensorValue;  // センサー状態 (1: 開, 0: 閉)
    bool lowBattery;  // 新規: 電池残量低下フラグ (true: 低い)
} struct_message;

struct_message myData;

3-2. 子機（センサー側）のコード

ADCでの電圧測定とLOW BATTERY判定のロジックを setup() と loop() に追加し、送信データに含めます。

C++

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

// --- 定数設定 ---
// (GPIO27: センサー, GPIO35: ADCピンとして使用を想定)
#define DOOR_SENSOR_PIN 27
#define BATTERY_PIN 35      
#define R1 100000           
#define R2 47000            
#define LOW_BATTERY_THRESHOLD 3.3 // 電圧が3.3Vを下回ったら警告 (調整推奨)

// ... (struct_messageの定義) ...

// 電池電圧を測定する関数
float readBatteryVoltage() {
    int adcValue = analogRead(BATTERY_PIN); 
    // ADC値を電圧に変換（ESP32のADCリファレンスに合わせて係数を調整してください）
    float vOut = (float)adcValue * (3.3 / 4095.0); 
    
    // 分圧回路の逆算
    float vIn = vOut * ((float)R1 + (float)R2) / (float)R2;
    return vIn;
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    // ... ESP-NOWの初期化とピア登録 ...
    
    pinMode(DOOR_SENSOR_PIN, INPUT_PULLUP); 
    pinMode(BATTERY_PIN, INPUT); 

    // 初回起動時に電池電圧をチェックし、myDataに格納
    float currentVoltage = readBatteryVoltage();
    Serial.printf("Initial Battery Voltage: %.2fV\n", currentVoltage);
    
    if (currentVoltage < LOW_BATTERY_THRESHOLD) {
        myData.lowBattery = true;
    } else {
        myData.lowBattery = false;
    }
}

void loop() {
    // センサー値の読み取り
    myData.sensorValue = digitalRead(DOOR_SENSOR_PIN) == HIGH ? 1 : 0;
    
    // *重要* LOW BATTERY状態を送信前に更新（頻度は環境に応じて調整）
    // 通常はディープスリープ起動時にのみチェックすれば十分です。
    float currentVoltage = readBatteryVoltage();
    if (currentVoltage < LOW_BATTERY_THRESHOLD) {
        myData.lowBattery = true;
    } else {
        myData.lowBattery = false;
    }
    
    // ESP-NOW送信
    esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &myData, sizeof(myData));
    
    // 省電力化のためディープスリープへ (10秒間)
    esp_sleep_enable_timer_wakeup(10000000); 
    esp_deep_sleep_start();
}

3-3. 親機（ブザー側）のコード

受信した lowBattery フラグに応じて警告LEDを点灯させるロジックを追加します。

C++

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

// --- 定数設定 ---
#define BUZZER_PIN 25
#define WARNING_LED_PIN 26 // LOW BATTERY警告用LED

// ... (struct_messageの定義) ...

void OnDataRecv(const uint8_t * mac_addr, const uint8_t *incomingData, int len) {
    memcpy(&myData, incomingData, sizeof(myData));
    
    // --- 【LOW BATTERY チェックロジック】 ---
    if (myData.lowBattery) {
        Serial.println("!!! LOW BATTERY WARNING !!! - 交換が必要です");
        // LOW BATTERY警告としてLEDを点灯
        digitalWrite(WARNING_LED_PIN, HIGH); 
    } else {
        digitalWrite(WARNING_LED_PIN, LOW);
    }
    // ----------------------------------------
    
    // 通常のドア開閉ロジック
    if (myData.sensorValue == 1) {
        Serial.println("DOOR OPEN - WARNING!");
        // ブザーを鳴らす
        digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH);
        delay(500);
        digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);
    } else {
        Serial.println("DOOR CLOSED - Safe.");
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    WiFi.mode(WIFI_STA); 
    
    // ピン設定
    pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
    pinMode(WARNING_LED_PIN, OUTPUT);
    digitalWrite(WARNING_LED_PIN, LOW); 

    // ... ESP-NOWの初期化とデータ受信コールバック設定 ...
}

void loop() {
    // 親機側は無限ループでデータ受信を待機
    delay(100); 
}