【自由研究】初心者キットで作る「不快指数モニター」｜気温と湿度から快適さを数値で見える化

「今日蒸し暑い」を数字で見える化する装置を作ろう

気温だけじゃなくて、湿度も合わせて「実際の不快さ」が分かる装置って作れる?

いいテーマだね! 気象学で「不快指数」っていう数字があるんだ。気温と湿度から計算して、80を超えると「ほとんどの人が不快」とされる。今日はそれを表示するモニターを作るよ。

今回は、電子工作で自由研究をしたい中学生・高校生のお子さんに向けて、初心者キットだけで作れる「不快指数モニター」を紹介します。

DHT11温湿度センサーで気温と湿度を測り、不快指数を計算してLEDの色で快適度を表示する装置です。湿度の重要性を数字で実感できる、夏休みの自由研究にぴったりのテーマです。

この記事で作るもの

気温と湿度を測って不快指数を計算
緑LED: 快適 (75未満)
黄LED: やや不快 (75〜80)
赤LED: 非常に不快 (80以上)
シリアルモニタで全部の数値も確認可能

不快指数とは

不快指数 (Discomfort Index) は、気温と湿度から計算した「人がどれくらい不快に感じるか」を表す数字です。次の計算式で求められます。

不快指数の計算式

DI = 0.81 × 気温 + 0.01 × 湿度 × (0.99 × 気温 – 14.3) + 46.3

同じ30℃でも、湿度が高いと不快指数も上がる、というのが面白いポイントです。

使う部品

部品	役割	個数
Arduino UNO R3	装置の頭脳	1
DHT11温湿度モジュール (3ピン)	気温と湿度を測る	1
LED (緑、黄、赤)	快適度の表示	各1
抵抗330Ω	LEDを保護	3
ブレッドボード	配線をする台	1
ジャンパーワイヤー	つなぐ線	10本前後

配線図

        a b c d e
       +─────────+
[+]rail| . . . . . | ← 5V (Arduino から)
[-]rail| . . . . . | ← GND (Arduino から)
       +─────────+
row 5  | X . . . . | ← DHT11 VCC ([+]rail)
row 6  | X . . . . | ← DHT11 Data (D2)
row 8  | X . . . . | ← DHT11 GND ([-]rail)
row 11 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D9 から、緑)
row 12 | X . . . . | ← 330Ω 下足+緑LED
row 14 | X . . . . | ← 緑LED カソード ([-])
row 17 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D10 から、黄)
row 18 | X . . . . | ← 330Ω 下足+黄LED
row 20 | X . . . . | ← 黄LED カソード ([-])
row 23 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D11 から、赤)
row 24 | X . . . . | ← 330Ω 下足+赤LED
row 26 | X . . . . | ← 赤LED カソード ([-])
       +─────────+

部品同士のつながり

Arduino       役割
  5V    ──→   DHT11 VCC
  D2    ──→   DHT11 Data
  GND   ──→   DHT11 GND
  D9  ←→ 緑LED (快適)
  D10 ←→ 黄LED (やや不快)
  D11 ←→ 赤LED (不快)

プログラム

DHT sensor library (Adafruit)をArduinoIDEのライブラリマネージャからインストールしてください。

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11
#define GREEN 9
#define YELLOW 10
#define RED 11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(GREEN, OUTPUT);
  pinMode(YELLOW, OUTPUT);
  pinMode(RED, OUTPUT);
  dht.begin();
  Serial.println("不快指数モニター スタート!");
}

void loop() {
  float t = dht.readTemperature();
  float h = dht.readHumidity();
  if (isnan(t) || isnan(h)) { delay(2500); return; }

  float di = 0.81 * t + 0.01 * h * (0.99 * t - 14.3) + 46.3;

  Serial.print("気温: ");
  Serial.print(t);
  Serial.print("℃ 湿度: ");
  Serial.print(h);
  Serial.print("% 不快指数: ");
  Serial.println(di);

  digitalWrite(GREEN, LOW);
  digitalWrite(YELLOW, LOW);
  digitalWrite(RED, LOW);

  if (di < 75) {
    digitalWrite(GREEN, HIGH);
  } else if (di < 80) {
    digitalWrite(YELLOW, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(RED, HIGH);
  }
  delay(2500);
}

プログラムの動き

flowchart TD A[起動] --> B[気温と湿度を測る] B --> C[不快指数を計算] C --> D{75未満?} D -->|Yes| E[緑LED] D -->|No| F{80未満?} F -->|Yes| G[黄LED] F -->|No| H[赤LED] E --> I[2秒待つ] G --> I H --> I I --> B