LDR光センサーとは？Arduinoで明るさを測り、自動常夜灯を作る

LDR（Light Dependent Resistor）は、名前のとおり光によって抵抗値が変わる抵抗で、フォトレジスターや光導電セルとも呼ばれます。暗いところでは抵抗値がとても高く、光が強くなるほど抵抗値が下がります。夕暮れに点く街灯、自動常夜灯、光に反応するおもちゃは、どれもこのシンプルな部品で動いています。安くて極性がなく、抵抗1本でArduinoにつなげるので、初めての光のプロジェクトにぴったりです。

LDRはどう動く？

LDRの表面のジグザグ模様は、光に反応する半導体の硫化カドミウム（CdS）です。光が当たると光子が材料の中の電子を自由にし、電気が流れやすくなって抵抗値が下がります。この変化は直線的ではなく、比較的ゆっくり（数十ミリ秒）です。そのため、LDRは光をルクス単位で正確に測るのではなく、「暗いか明るいか」の判断や、おおまかな明るさのレベルに向いています。

値はモデルによって違います。キットでいちばんよく見かけるのはGL5528で、GL5516、GL5537、GL5539のような兄弟モデルは、同じ明るさでも違う抵抗値を示します。自分のLDRの値は、暗いところと明るいところでテスターを使って測れば簡単にわかります。

Arduinoへのつなぎ方：分圧回路

Arduinoが測るのは抵抗ではなく電圧です。そこでLDRを固定抵抗と組み合わせ、分圧回路を作ります。5V → LDR → A0 → 10 kΩ → GNDという配線です。光が強くなるとLDRの抵抗値が下がり、A0の電圧が上がります。A0の電圧はV = 5 × R_固定 / (R_LDR + R_固定)で求められ、analogRead()がそれを0〜1023の数値に変えます。いろいろな抵抗値を試すには分圧回路計算ツールを使ってください。

Arduinoで明るさを読み取る

1const int LDR_PIN = A0;
2
3void setup() {
4  Serial.begin(9600);
5}
6
7void loop() {
8  int raw = analogRead(LDR_PIN);            // 0 (karanlık) – 1023 (aydınlık) / dark – bright
9  int percent = map(raw, 0, 1023, 0, 100);  // yüzde / percent
10  Serial.print("Ham / raw: ");
11  Serial.print(raw);
12  Serial.print("  Işık / light: %");
13  Serial.println(percent);
14  delay(500);
15}

Arduino IDEのシリアルプロッタを使うと、値をリアルタイムのグラフで見られます。LDRを手でおおうとグラフが下がり、懐中電灯で照らすと上がります。センサーを実際に置く場所に置いた状態で、プロジェクトに合うしきい値を見つけるいちばん簡単な方法です。

自動常夜灯：しきい値とヒステリシス

いちばん簡単な常夜灯は「値が300未満ならLEDを点ける」というものです。しかし、明るさがちょうどしきい値のあたりを行き来すると、ランプが点いたり消えたりを繰り返します。ランプ自身の光がLDRに当たると、さらにひどくなります。対策はヒステリシス、つまり2つの違うしきい値を使うことです。下のコードは、明るさが300を下回るとランプを点け、400を上回るまでは消しません。この間の幅のおかげで、ちらつきが完全になくなります。

1const int LDR_PIN = A0;
2const int LED_PIN = 9;
3const int ON_LEVEL = 300;    // bunun altında yak / turn on below this
4const int OFF_LEVEL = 400;   // bunun üstünde söndür / turn off above this
5
6bool lampOn = false;
7
8void setup() {
9  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
10}
11
12void loop() {
13  int light = analogRead(LDR_PIN);
14  if (!lampOn && light < ON_LEVEL) lampOn = true;
15  if (lampOn && light > OFF_LEVEL) lampOn = false;
16  digitalWrite(LED_PIN, lampOn ? HIGH : LOW);
17  delay(200);
18}

暗くなるほど明るくなるLED

オン・オフで切り替えるのではなく、暗くなるにつれてLEDを少しずつ明るくすることもできます。map()関数は測った明るさを反比例するPWMの値に変えるので、部屋が暗くなるほどLEDは明るく光り、明るくなるほど暗くなります。LEDは~の付いたPWMピン（たとえば9番）につなぐのを忘れないでください。

1void loop() {
2  int light = analogRead(A0);
3  int brightness = map(light, 100, 900, 255, 0);  // karanlık → parlak / dark → bright
4  analogWrite(9, constrain(brightness, 0, 255));
5  delay(50);
6}

LDRモジュール：デジタル出力とアナログ出力

既製のLDRモジュールには、LDR、分圧用の抵抗、しきい値を決める青い半固定抵抗（トリマー）、LM393コンパレーターが1枚の基板に載っています。AOピンは分圧回路のアナログ出力を、DOピンは半固定抵抗で設定したしきい値に応じてHIGHかLOWだけを出します。ほとんどのモジュールでは、しきい値より明るいとDOがLOW、暗いとHIGHになります。お手元のモジュールは簡単なテストで確認してください。

ESP32とRaspberry Pi PicoでLDRを使う

ESP32とPicoは3.3 Vで動くので、分圧回路は3V3ピンから給電します。ESP32のADCは12ビットで、0〜4095の値を返します。ADC2のピンはWi-Fiがオンの間は使えないので、LDRはADC1のピン（GPIO 32〜39）のどれかにつないでください。Picoのアナログ入力はGP26、GP27、GP28で、MicroPythonのread_u16()は0〜65535の値を返します。

1from machine import ADC, Pin
2import time
3
4ldr = ADC(26)                  # GP26 (ADC0); bölücü 3V3'ten / divider fed from 3V3
5led = Pin(15, Pin.OUT)
6
7while True:
8    light = ldr.read_u16()     # 0 (karanlık) – 65535 (aydınlık) / dark – bright
9    led.value(light < 20000)   # karanlıkta yak / on when dark
10    print(light)
11    time.sleep(0.5)

LDRとデジタル光センサー、どちらを選ぶ？

LDRのプロジェクトアイデア

• 自動常夜灯：暗くなると点き、ヒステリシスのおかげでちらつかないランプです。
• スマート廊下灯：LDRとPIR人感センサーを組み合わせ、暗いときに人が通った場合だけ点けます。
• 太陽を追うパネル：2つのLDRの差に応じてサーボを回し、パネルをいちばん明るい方向に向けます。
• レーザー防犯システム：レーザー光をLDRに当てておき、光がさえぎられたらアラームを鳴らします。
• カラフルな間接照明：暗くなるにつれてRGB LEDを暖色に寄せていきます。
• 日の出アラーム：朝の最初の光でブザーを鳴らします。

よくあるミスと直し方

• 値がずっと0、またはずっと1023：固定抵抗がないか、LDRが5VとA0の間に直接つながっています。分圧回路を組んでください。
• 値が逆に動く：LDRと固定抵抗の位置が入れ替わっています。暗いと値が上がる場合は、2つを入れ替えるか、コードの比較を逆にしてください。
• ランプがちらつく：ランプの光がLDRに当たっているか、しきい値が1つしかありません。ヒステリシスを加えてください。
• 暗くなったときに遅れる：LDRは暗から明よりも、明から暗に戻るほうがゆっくりです。数秒の遅れは正常です。
• ルクスを測ろうとしている：LDRは校正されたセンサーではありません。本当のルクス値にはBH1750を使ってください。
• ESP32でWi-Fiが始まると読み取りがおかしくなる：LDRがADC2のピンにつながっています。GPIO 32〜39のADC1のピンに移してください。

LDRは、アナログ読み取りと分圧回路の考え方を学ぶいちばん簡単な方法で、ここで学んだことは土壌水分、ガス、温度などの多くのアナログセンサーにも役立ちます。分圧用の抵抗のしくみが気になる場合は抵抗とは？を見てください。BlueGraysアプリには、LDRの常夜灯、明るさレベル、レーザー防犯のプロジェクトがステップごとに載っています。