ブレッドボード上のテストで動作確認が取れたので、ユニバーサル基板にESP32C3と小型LCDモジュールAQM1602Yで作った環境モニタを実装しました。今回使ったパーツのサイズに合わせて五勺枡（ごしゃくます）をケースとして利用。購入した五勺枡の内部寸法は約 51 × 51 × 39mmの小ぶりなサイズ、ユニバーサル基板のカットサイズは横幅を揃えて約45 × 51mmとしました。
五勺枡をケースとして使い、木工ドリルでＡＣアダプタ接続用のDCジャック、スケッチ書き込み用のUSBケーブルの差し込み穴、ユニバーサル基板とゴム足の固定用の小穴を開けます。
パーツを分割ロングピンソケットを介してユニバーサル基板にはんだ付けして実装することでブレッドボードであったワイヤの接触不良がなくなり安定動作しています。
ケース作製用に集めたパーツ
ネット通販と手持ちのパーツを集めて組み立てました。
| # | パーツ | 数量 | メモ |
| １ | 五勺枡 外寸： 約67(W) × 67(H) × 47(D)mm 内寸： 約 51(W) × 51(H) ×39(D)mm | 1 | 板厚は約7.4 ～ 8mm |
| 2 | ユニバーサル基板 | 適量 | 両面スルーホール、2.54mmピッチ、ガラスエポキシ製 ※約51(W) x45(H) mmにカット |
| 3 | ラッピングワイヤ | 適量 | ユニバーサル基板上の配線には30AWG、電源引き出しには24AWGを利用 |
| 4 | 分割ロングピンソケット (細ピン用) 1×40 (40P) | 適量 | モジュールのピン数に合わせてニッパでカット |
| 5 | 樹脂スペーサ(1) オス-メス M3ねじ付き x 10mm | 4 | ユニバーサル基板の固定用 ※手持ちの10mm樹脂スペーサを2個結合して15mmで利用 |
| 6 | 樹脂スペーサ(2) オス-メス M3ねじ付き x 5mm | 4 | |
| 7 | プラナット M3 | 4 | |
| 8 | プラネジ M3 x 16mm | 4 | 五勺枡の背面から樹脂スペーサ(1)を固定 |
| 9 | ＡＣアダプタ (2.1mmプラグ) | 1 | 12Ｖ 1Ａ 100～240V ※12Vを5Vに降圧して給電 |
| 10 | DC-DC降圧モジュール | 任意 | 5VのＡＣアダプタ利用時は不要 |
| 11 | 2.1mm標準DCジャック | 1 | |
| 12 | ゴム足、 木ネジ(タッピングネジ) | 4 |
ユニバーサル基板に実装
ブレッドボード上のテストで動作確認が取れたので、ユニバーサル基板に実装しました。今回使ったパーツの中で最も大きなAQM1602Yモジュールの横幅に合わせて、ユニバーサル基板のサイズは約51×45 mmとしています。五勺枡の内部寸法は約51×51mm。
ユニバーサル基板の四隅には、樹脂スペーサを介して五勺枡にネジ締めするための開口穴をあけておきます。
各モジュールは分割ロングピンソケットを介してはんだ付け
各モジュールは、ESP32C3はユニバーサル基板に直接はんだ付け、小型LCDモジュールAQM1602Yと気圧・温湿度センサBME280は分割ロングピンソケットを介して実装しています。ユニバーサル基板のおもて面に小型LCDモジュールAQM1602Yと、気圧・温湿度センサBME280を、裏面にESP32C3 、DC-DC降圧モジュールを実装。
ケースに収めた際に、ESP32C3 のUSBコネクタに外部からスケッチ書き込み用のUSBケーブルが刺せることを確認して配置を決めました。
ユニバーサル基板上のモジュール間の配線には手持ちのラッピング用ワイヤ30AWG（細い）、電源引き出しには24AWGを利用。
ユニバーサル基板の四隅には樹脂スペーサを固定するための開口穴をあけておきます。
ESP32C3 への電源供給、結線図
ESP32C3 への電源供給は、USB type Cコネクタに給電するか、５V出力のＡＣアダプタをESP32C3 の５Vピンにつないで動作させます（ESP32C3 は内部に５Vから3.3Vの降圧レギュレータを内蔵、裏面にはバッテリー接続パターン有り）。
参考：
・Getting Started with Seeed Studio XIAO ESP32C3（Pinout diagram、power-pins）
ケース実装にあたり、2.1mm標準DCジャックに接続できるＡＣアダプタを使っています。今回、手持ちのACアダプタが12V出力だったので、DC-DC降圧モジュール（MP1584EN）を使って5Vに降圧してESP32C3 の5Vピンに外部給電しています。
DC-DC降圧モジュールのIN＋とIN-間に12Vを印可したとき、OUT+とOUT-間が5Vになるようにモジュール上の半固定ボリュームを調整しておきます。INとOUT側の4本のジャンパーピンは付属しないので、余ったワイヤ線などをはんだ付けして自作です。
五勺枡とユニバーサル基板の加工、穴開け
五勺枡の穴あけには木工用ドリル刃（3mm、8mm、18mm）を、狭い場所での作業や細かい部品の保持、配線ワイヤの折り曲げ・切断には、先端が細い精密ピンセットやラジオペンチを使用しました。
DCジャック取り付け穴開け、USBコネクタ接続用の穴開け
五勺枡の背面に8mm φ の木工用ドリルで穴あけしてＡＣアダプタとつなぐ2.1mm標準DCジャックを装着。開けた穴径がやや大きかったので2.1mm標準DCジャックのねじ部分に厚手の強力両面テープを1周巻いてからねじ込んで接着。
五勺枡の上面側にはESP32C3 のUSB type CコネクタにPCからのUSB ケーブルを差し込める位置に18mm φ の木工用ドリルで穴あけ、スケッチの修正が容易になりました。
五勺枡ケースにユニバーサル基板を固定、ゴム足を取り付けて完成
ユニバーサル基板を樹脂スペーサを介して五勺枡の背面からねじ止めする箇所はてこずりました。ユニバーサル基板と五勺枡の開口したねじ穴が多少ずれていても下記手順で対応できました。
- あらかじめユニバーサル基板に開けた穴と同じ位置になるように五勺枡の背面にも3mm φ の木工用ドリルで4箇所穴あけ。
- ユニバーサル基板と五勺枡をつなぐM3ねじ付きの樹脂スペーサを五勺枡の背面からM3プラネジで樹脂スペーサが少し動く程度に仮締め。
- 裏面実装になるモジュール（ESP32C3、DC-DC降圧モジュール）を分割ロングピンソケットに差し込んだユニバーサル基板と2.1mm標準DCジャックの電源ケーブルに接続。
- 五勺枡に仮締めした樹脂スペーサのネジ山にユニバーサル基板の開口穴を差し込んでM3プラナットで固定。その際ユニバーサル基板の４隅に開けた3mm φ 穴と樹脂スペーサのM3ねじの頭がずれているときは、開けた3mm φ 穴から見えるねじの頭を精密ピンセットで引き込みます。
その際、ESP32C3付属のアンテナを樹脂スペーサと五勺枡間に挟み込まないように注意します。 - ユニバーサル基板と樹脂スペーサを4個のプラナットで固定できたら、五勺枡の背面側のM3プラネジを固定します。
最後に、おもて面実装の小型LCDモジュールAQM1602Yと気圧・温湿度センサBME280を分割ロングピンソケットに差し込んで完成です。
五勺枡の底面には ゴム足を4か所に木工用のタッピングネジで取り付けています。
動作確認に使ったスケッチ
下記ページ掲載のスケッチ「XIAO_ESP32C3_AQM1602_bme280.ino」で動作確認しました。スケッチを書き込んで、初期化状況のメッセージがエラーなく表示され、その後、日時、時刻、気圧、気温、湿度が表示（時刻は1秒毎、BME280の測定間隔は10秒、に表示）されれば完成です。
電源起動（スケッチ実行）時にWiFi接続して、情報通信研究機構（NICT）のNTPサーバに接続してXIAO ESP32C3の内蔵時計をJSTに時刻合わせします。加えて、1日1回（下記スケッチでは12時30分0秒）、NTPサーバに接続して時刻合わせを実行して精度を維持します。