Arduinoのプロジェクト：初心者から上級者まで30のアイデア

Arduinoのプロジェクトのアイデアを探していますか？ここがぴったりの場所です。このリストには初級、中級、上級の3レベルで30のプロジェクトがあり、表を見れば、それぞれが何をするのか、何が学べるのか、どの部品が必要なのかがわかります。LEDを点けることから障害物を避けるロボットまで、アイデアは少しずつ難しくなり、各レベルは前のレベルで学んだことの上に積み上がります。最後には、Wi-Fi対応のESP32とMicroPythonでプログラムするRaspberry Pi Pico向けの6つのおまけのアイデアと、プロジェクトを最初から最後まで計画する実践的な方法も紹介します。

このリストのいちばんよい使い方は、自分のレベルの表からプロジェクトを選び、まず基本の形を作り、それから小さな追加で改良していくことです。たとえば、常夜灯にブザーを加えたり、駐車センサーにディスプレイを加えたりするほうが、まったく新しいプロジェクトを一から始めるより多くを学べることがよくあります。表のプロジェクトのほとんどは、BlueGraysアプリにステップごとの回路図とコード付きで入っています。「BlueGraysでは」の列は、対応するプロジェクトを示しています。

始める前に：どんな部品が必要？

最初の7つのプロジェクトは、どれも1つの基本キットで作れます。Arduino Uno（またはNano）、ブレッドボード、オス-オスのジャンパーワイヤー、いくつかの色のLEDとRGB LED、220 Ωと10 kΩの抵抗、押しボタン、ポテンショメーター、LDR、パッシブブザーです。8〜10番のプロジェクトでは、HC-SR04距離センサー、SG90サーボ、PIR人感センサーを加えます。ほとんどのスターターキットには、この3つがすでに入っています。中級になると、DHT11、I2C LCD、赤外線受信モジュールとリモコン、7セグメントディスプレイ、WS2812B LEDテープなどのモジュールが登場します。上級では、モータードライバ、リレー、外部電源などの部品が必要です。どのキットを買うか決めるにはArduinoスターターキットのガイドを、ボード選びにはどのArduinoを買えばいい？を、ブレッドボードの内部の接続についてはブレッドボードとは？を読んでみてください。

初級：かんたんなArduinoのプロジェクト10選

このレベルのプロジェクトでは、3つの基本のスキルを学びます。デジタル出力（LEDを点ける）、デジタル入力（ボタンを読む）、アナログ入力（センサーを読む）です。LEDの前には必ず抵抗を入れてください。5 Vで使う標準的な赤いLEDなら、220 Ωで約14 mAとなり安全です。ほかの色に合った値はLED抵抗計算ツールで求められます。

• LEDのプロジェクト（1〜3）：LEDの長い足（アノード）をプラスに、短い足（カソード）をマイナスにつなぎます。足と抵抗の選び方のくわしい説明はLEDとは？と抵抗とは？にあります。信号機の黄色の時間を調整し、歩行者用ボタンを加えると、最初の改良にちょうどよいでしょう。
• ボタンのプロジェクト（4）：ボタンをINPUT_PULLUPで配線すれば、外付けの抵抗は不要です。1回の押下が何回にも数えられないよう、チャタリング対策は欠かせません。ボタンの配線の記事で両方の方法を解説しています。
• 常夜灯（5）：LDRと10 kΩの抵抗が分圧回路を作り、analogReadは0〜1023の値を返します。しきい値は自分の部屋で測って決めてください。くわしくはLDR光センサーの記事にあります。
• メロディー（6）：アクティブブザーは1つの音しか出せません。メロディーにはパッシブブザーが必要です。違いはブザーとは？で確認できます。
• RGB LED（7）：アノードコモンとカソードコモンのモデルは逆のロジックで動きます。種類を間違えると色が反転します。RGB LEDのガイドで両方の種類を解説しています。
• センサーのプロジェクト（8〜10）：HC-SR04、サーボモーター、PIRセンサーは次のレベルの部品です。まずそれぞれを単体で動かしておくと、中級のプロジェクトがずっと楽になります。

中級：Arduinoのプロジェクト10選

中級になると、部品を1つだけでなく、複数のモジュールを組み合わせて使います。センサーの読み取り値をディスプレイに表示したり、リモコンの命令でLEDを切り替えたり、測定値に応じてブザーを速めたりします。ここで大事になるスキルが2つあります。ライブラリのインストールと、millis()による時間管理です。delay()で書いた駐車センサーは、測定中にきちんと音を鳴らせませんが、millis()なら両方を同時にこなせます。

• 駐車センサー（11）：HC-SR04のエコーの時間（マイクロ秒）を58で割ると、距離がセンチメートルで求まります。このプロジェクトのブロッキングしないコードは、下の計画の章にあります。センサーのくわしい説明はHC-SR04の記事にあります。
• 温度表示器（12）：DHT11は1秒に1回より多く読まないでください。センサーが新しい値を作るのは1秒に1回までです。ディスプレイをI2Cでつなげば、配線は4本だけです。DHT11とI2C LCDディスプレイを参照してください。
• デジタル時計とサイコロ（14、17）：7セグメントディスプレイでは、アノードコモンとカソードコモンの違いが決定的です。7セグメントディスプレイの記事にセグメントの表があります。
• リモコンとBluetooth（15、18）：赤外線リモコンのボタンにはそれぞれ固有のコードがあるので、まずシリアルモニタでそのコードを読む必要があります。くわしくは赤外線受信モジュールとリモコンとHC-05 Bluetoothモジュールの記事にあります。
• NeoPixel（20）：WS2812BのLEDは1個あたり白で最大輝度にすると約60 mAを消費するので、30個のLEDのテープでは1.8 Aに達することがあります。くわしくはWS2812B NeoPixelの記事にあります。

上級：Arduinoのプロジェクト10選

上級のプロジェクトでは、複数のセンサー、モーター、現実の負荷を組み合わせます。ここではコードと同じくらい電源の設計と機構が重要です。モーターを別に給電する、リレーを安全に配線する、ケーブルをしっかり固定する、といったことです。コードでは、ステートマシンで考えると楽になります。たとえば、ロックの状態を「待機中、コード入力中、解錠、警報」のように別々に定義し、各状態ではその状態に属する処理だけを行います。

• ロックのプロジェクト（21〜22）：コードをプログラムに直接書かずにEEPROMに保存すれば、ボードの電源を切って入れ直しても設定が残ります。配線はキーパッドとRFID RC522の記事を参照してください。RC522は3.3 Vで動作することを忘れずに。
• ロボット（23〜24）：DCモーターはArduinoのピンに直接つなげず、L298Nのようなドライバが必要です。L298Nでは2 V以上の電圧降下があるので、6 Vのモーターは7〜9 Vの電源で動かしてください。くわしくはL298NでDCモーターを制御するの記事にあります。
• スマート灌水（25）：安価な抵抗式の土壌センサーは、常に給電していると腐食します。測定するときだけピンからセンサーに給電してください。ポンプにはリレーを使います。土壌水分センサーとリレーモジュールを参照してください。
• ガス警報器（26）：MQ-2のヒーターは、電源を入れるたびに温まるまで数分かかります。予熱後にきれいな空気の中で測ってしきい値を設定してください。くわしくはMQ-2ガスセンサーの記事にあります。
• ゲーム（28〜29）：OLEDの1 KBのフレームバッファはUnoの2 KBのRAMの半分を使うので、ゲームではメモリの使用量に気をつけてください。操作にはボタンの代わりにジョイスティックも使えます。ディスプレイについてはOLED SSD1306の記事を参照してください。

ESP32とRaspberry Pi Picoで作るおまけのアイデア6選

プロジェクトでインターネットに接続したい、スマートフォンから操作したい、サーバーにデータを送りたいなら、Arduino UnoからESP32に切り替えるのがいちばん簡単です。Wi-FiとBluetoothを内蔵し、同じArduino IDEでプログラムできます。一方、Raspberry Pi Picoは安くて速く、MicroPythonでプログラムできるので、Pythonを学びたい人にぴったりです。どちらにするかはArduinoとESP32の違いは？の比較で決められ、ESP32とは？とRaspberry Pi Picoとは？の記事から始められます。

プロジェクトを最初から最後までどう計画する？

1. 何をするかを一文で書く：「障害物が50 cmより近ければ、ピッという音を速くする」。一文がはっきりしていれば、プロジェクトもはっきりします。
2. 入力と出力を書き出す：入力はセンサーとボタン、出力はLED、ブザー、モーター、ディスプレイです。それぞれにピンを割り当てます。ボードのピン配置はピン配置ツールで確認できます。
3. 電源の予算を計算する：各部品が消費する電流を合計します。Arduino Unoのピンが供給できるのは絶対最大定格で40 mAで、安全に使うには20 mAを超えないようにします。それ以上ならトランジスタ、リレー、ドライバを使ってください。計算にはオームの法則ツールが使えます。
4. 各モジュールを単体でテストする：まずシリアルモニタでセンサーを読み、ブザーは別のスケッチで鳴らします。全部を一度に配線して動かないと、原因を見つけるのがずっと難しくなります。
5. 部品を組み合わせる：delay()の代わりにmillis()を使ってコードを1つのloop()にまとめ、どのタスクも自分のタイミングで動くようにします。
6. ケースに入れて記録を残す：動いた回路の写真を撮り、配線表とコードを保存しておきます。次のプロジェクトで同じ部品を使うときに、多くの時間を節約できます。

これらのステップを、中級の駐車センサーのプロジェクトに当てはめてみましょう。入力はHC-SR04（TRIGは9番ピン、ECHOは10番ピン）、出力はパッシブブザー（8番ピン）です。センサーの消費電流は約15 mAで、小さなパッシブブザーもピンの上限内に収まるため、合計の電流はUSBで十分まかなえます。次のコードは距離を1秒に約16回測り、障害物が50 cmより近いと、距離に比例してピッという音を速くします。1回の音とそのあとの無音は、それぞれ1センチメートルあたり10 msなので、40 cmで400 ms、10 cmで100 msです。5 cm未満では音が鳴りっぱなしになります。

1const int TRIG = 9;
2const int ECHO = 10;
3const int BUZZER = 8;                       // pasif buzzer / passive buzzer
4
5unsigned long olcumZaman = 0, bipZaman = 0;
6long mesafe = 400;                          // cm
7bool bipAcik = false, sesCaliyor = false;
8
9long mesafeOlc() {
10  digitalWrite(TRIG, LOW);
11  delayMicroseconds(2);
12  digitalWrite(TRIG, HIGH);
13  delayMicroseconds(10);                    // 10 µs tetik darbesi / 10 µs trigger pulse
14  digitalWrite(TRIG, LOW);
15  unsigned long sure = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);  // en fazla 30 ms bekle / wait at most 30 ms
16  if (sure == 0) return 400;                // yankı yok: engel uzakta / no echo: obstacle is far
17  return sure / 58;                         // µs -> cm
18}
19
20void setup() {
21  pinMode(TRIG, OUTPUT);
22  pinMode(ECHO, INPUT);
23  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
24}
25
26void loop() {
27  unsigned long simdi = millis();
28  if (simdi - olcumZaman >= 60) {           // saniyede yaklaşık 16 ölçüm / about 16 readings per second
29    olcumZaman = simdi;
30    mesafe = mesafeOlc();
31  }
32
33  bool sesli = false;
34  if (mesafe < 5) {                         // çok yakın: sürekli ses / very close: continuous tone
35    sesli = true;
36  } else if (mesafe < 50) {                 // yaklaştıkça bipler sıklaşır / beeps speed up as it gets closer
37    if (simdi - bipZaman >= (unsigned long)mesafe * 10) {
38      bipZaman = simdi;
39      bipAcik = !bipAcik;
40    }
41    sesli = bipAcik;
42  }
43
44  if (sesli != sesCaliyor) {                // yalnızca değişince çal ya da sustur / switch only on change
45    sesCaliyor = sesli;
46    if (sesli) tone(BUZZER, 2000);
47    else noTone(BUZZER);
48  }
49}

コードで注目すべき点が2つあります。まず、pulseIn()に30 msのタイムアウトを与えています。エコーが返ってこなくても、コードはいつまでも待たずに、距離を400 cmとして扱います。次に、tone()は音の状態が変わったときだけ呼ばれるので、毎回ブザーが鳴らし直されることがなく、音が割れません。プロジェクトを発展させるなら、距離をI2C LCDやOLEDディスプレイに表示したり、緑、黄、赤のLEDで警告バーを加えたりしてみましょう。

プロジェクトを選んで作るときのよくある間違い

自分に合うプロジェクトは？興味別のおすすめ

リストの30のプロジェクトをすべて終えれば、デジタルとアナログの入出力、PWM、I2C、時間管理、モーター制御、ステートマシンなど、Arduinoの基本の要素をほぼすべて使ったことになります。各センサーの用途を知るには、Arduinoセンサーガイドも見てみてください。BlueGraysアプリには、LEDの点滅から障害物を避けるロボットまで、スマート水やりステーションからESP32のWebサーバーまで、これらのアイデアのほとんどがステップごとの回路図と既製のコード付きでそろっているので、自分のレベルに合ったプロジェクトからすぐに始められます。