Arduinoでアクティブブザーとチルトスイッチ(傾斜センサー)を使う【ブロックプログラミングLesson8】

2023年7月5日

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Arduino(アルドゥイーノ)プログラミングLESSON8は｢チルトスイッチ(傾きセンサー)を使ってLEDとアクティブブザーを制御する｣です。

本LESSON記事は、プログラミングの学習とチルトスイッチおよびアクティブブザーの知識を習得するプログラムになっています。

小学生やプログラミング初心者の方も安心してプログラミングができるように、ブロックを使ったスクラッチでのプログラミング方法についても動画付きで紹介しています。

せでぃあ

今回は新しく登場した２つの機器の機能を覚えよう

この記事を読んでわかること

チルトスイッチ(傾きセンサー)の仕組み
アクティブブザーの機能
Arduino IDE、スクラッチ(Scrattino3)を使ったプログラミング方法

せでぃあはこんな人物です

✅プライム企業に勤める電気・機械設計エンジニア

✅親子の絆を深めるため、夏休みに子供と一緒に電子工作を製作

✅Arduinoプログラミングを用いて作ったプログラミング電子工作｢信GO機｣が市の発明くふう展で｢優秀賞｣を受賞

✅本ブログにてArduinoスクラッチプログラミングLESSON記事投稿中

✅YouTubeチャンネル｢せでぃあブログちゃんねる｣運営中

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チルトスイッチ(傾きセンサー)とは

チルトスイッチ(傾きセンサー)の概要

チルトスイッチとは、傾きに応じて接点のON(導通)⇔OFF(非導通)が切り替わるメカニカルスイッチです。

上記写真の如く、垂直状態のときは｢接点ON(導通)｣となり、端子のない頭の部分を水平よりも下方へ傾けると｢接点OFF(非導通)｣となります。

チルトスイッチには2本の端子があり、極性はありません。

チルトスイッチ(傾きセンサー)の構造説明

チルトスイッチの構造について、説明します。

内部に導体の玉が入っていて、垂直時は接点ABが玉を通じて電気的につながっている状態(ON)になります。

チルトスイッチを傾けると、球が転がって端子B(赤いライン)と非接触状態になることで接点ABが非導通(OFF)となります。

せでぃあ

チルトスイッチは単純な構造をしているんだね

アクティブブザーとは

アクティブブザーは、DC電源を接続すると音が出る電子ブザーです。

内蔵発振器を持っているため、振動源を持たないパッシブブザーと比較して取り扱いが簡単です。

アクティブブザーには極性があり、足が長い端子のほうが＋になります。

チルトスイッチを使ったLED、ブザー制御の説明

今回のLESSONで取り扱うチルトスイッチを使った制御動作について、説明します。

チルトスイッチを使った制御動作の説明

チルトスイッチが垂直のときは、LED消灯＋ブザー停止
チルトスイッチを傾けると、LED点灯＋ブザー鳴動
再びチルトスイッチ傾きを垂直方向に戻すと、LED消灯＋ブザー停止

動作説明とスクラッチプログラミング手順の解説動画

動画での解説内容

チルトスイッチを使ったLED点灯、ブザー鳴動制御動作
スクラッチを使ったプログラミング手順

まずは動画を見て、チルトスイッチを傾けることで起きる動作を確認してください。

また、スクラッチを使ったプログラミングをするためには準備作業が必要です。

動画にて準備作業に必要な手順をくわしく説明しています。

チルトスイッチ(傾斜スイッチ)を使った制御回路の作り方

STEP

必要なものを準備

プログラミングするために、パソコンが必要です。

電子部品等の必要な機器については、このあと説明します。

STEP

Arduinoを使うためのセットアップ

パソコンに統合開発ソフトウェア｢ArduinoIDE｣のインストールを行います。

Arduinoのセットアップ方法については、以下の記事にて詳しく説明しています。

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Arduino IDEでの言語プログラミングも勉強したい方は、プログラミングの流れを理解しておいてください。

以下の記事にて、プログラミングから動作確認までの流れを詳しく説明しています。

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STEP

スクラッチでプログラミングするためのセットアップ

パソコンにスクラッチでプログラミングするためのソフトウェア｢Scrattino3(スクラッチーノ3)｣のインストールを行います。

以下の記事にて詳しく説明しています。

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【スクラッチでArduinoプログラミング】Scrattino3の使い方(スクラッチーノ3)

STEP

電気配線

電子部品とジャンパーワイヤの差し込みだけで配線が可能です。

STEP

プログラミング

専用開発ソフトウェア｢Arduino IDE｣を使います。

文字列プログラミングを行う場合は、私が作成したプログラムをコピペして使ってください。

スクラッチプログラミングについては、動画または後述するプログラミング例を参考にしてください。

STEP

動作確認

プログラムが完成したら動作確認を行います。

動作確認チェックリスト

チルトスイッチが垂直のときは、LED消灯＋ブザー停止するか？
チルトスイッチを傾けると、LED点灯＋ブザー鳴動するか？
再びチルトスイッチ傾きを垂直方向に戻すと、LED消灯＋ブザー停止するか？

記載のプログラムは動作確認済です。

動作確認方法については、以下の記事にて詳しく説明しています。

Arduino IDEでの動作確認方法はこちら

ArduinoIDEの使い方、内蔵LED点灯プログラムの作り方【初心者向け】

スクラッチでの動作確認方法はこちら

【スクラッチでArduinoプログラミング】Scrattino3の使い方(スクラッチーノ3)

チルトスイッチを使ったLED、ブザー制御回路で使うもの

段階的な点灯色切り替え制御回路で使う機器の説明 — 配線が完了しプログラム転送できる状態

準備するもの

パソコン
Arduino本体
USBケーブル
ブレッドボード
LED(青)
チルトスイッチ
抵抗(220Ω)
抵抗(10kΩ)
アクティブブザー
ジャンパー線(オスーオス)×7本

今回はELEGOO社のスターターキットに入っている部品のみで作ることができますが、Arduino裏面のショート対策としてクリアケースも併せて準備することをおすすめします。

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パソコン

プログラムを作成するために必要です。

プログラム制御の演算はArduino側で行うため、パソコンのSPECは一般的なモデルで十分対応可能です。

パソコンのOSはWindows、Macどちらでも対応可能です。

Arduino本体【キット】

基本的なエディション｢Arduino Uno｣の互換機である、ELEGOO社のUNO R3を使用しています。

Arduino本体裏面のショート対策に、別売りのクリアケースの購入をおすすめしています。

各ソケットの役割など、Arduino本体の機能について以下の記事にて詳しく説明しています。

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USBケーブル【キット】

パソコンとArduinoを接続してプログラムデータのやり取りをするために必要です。

ブレッドボード【キット】

たくさんの穴が開いていて、部品の端子を穴に差し込むだけで電気的に接続が可能な板です。

LED(青)【キット】

青色LED(発行ダイオード)を1本使用します。

LED素子にはプラスマイナスの極性があるため配線時には注意が必要です。

極性を間違えて配線すると、LEDは点灯しません

チルトスイッチ(傾きセンサー)【キット】

チルトスイッチを1本使用します。

チルトスイッチの構造については上述を参照してください。

チルトスイッチには極性がないので、配線時に方向を気にする必要はありません。

抵抗(220Ω)【キット】

220Ωの抵抗を1本使用します。

LEDは流せる電流値に制約があるため、抵抗を直列つなぎすることでLEDに流れる電流を調節します。

抵抗は極性がないので、配線時に方向を気にする必要はありません。

LEDを点灯させるために接続する抵抗の選び方については、こちらの記事で詳しく説明しています。

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【かんたん】LED点灯に使う抵抗の選び方と計算方法、極性と抵抗カラーコードの見分け方

抵抗(10kΩ)【キット】

10kΩの抵抗を1本使用し、チルトスイッチに直列接続します。

抵抗を接続するのは、チルトスイッチ端子が｢傾き検出＝導通OFF｣のときにArduino本体がノイズによる誤検出することを避けるためです。

Arduinoの信号入力方法としてプルアップとプルダウンがあり、こちらの記事にて詳しく説明しています。

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アクティブブザー【キット】

アクティブブザーを1個使用します。

アクティブブザーには極性があり、端子の足が長い方が＋側になります。

今回は、ブレッドボードに直接差し込んで使用します。

ジャンパー線(オスーオス)【キット】

ジャンパー線を7本使用します。

今回のLESSONでは、Arduino本体とブレッドボードの接続に使います。

今回のLESSONで使用可能な、スターターキットです。

(おすすめ！)モーターやLEDディスプレイ等の機器を備えたコスパの高いキットです。

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ポチップ

【おすすめ！】Arduino本体裏面のショート対策におすすめです。

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ポチップ

スターターキットに含まれる機器に関しては、以下の記事にて詳しく紹介しています。

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配線のやり方

チルトスイッチを使ったLED、ブザー制御回路の配線説明図 — チルトスイッチを使った制御回路の配線説明図(fritzingを用いて作成)

上図が配線説明図となりますので、これと同じ配線をすれば完成します。

必要な配線作業

チルトスイッチ、LED、ブザーをブレッドボードに差し込む
220Ω、10kΩ抵抗をブレッドボードに差し込む
ジャンパー線をブレッドボードとArduinoソケットに差し込む

LEDや抵抗及びジャンパー線は、Arduinoのソケットやブレッドボード穴に差し込むだけでOKです。

LEDとアクティブブザーはプラス・マイナスの極性があります。

抵抗とチルトスイッチは極性がありません。

機器故障させないためにも、USBケーブルを抜いた｢通電OFF｣状態にて配線を行ってください

プログラミングのやり方

Arduino IDEとスクラッチの両方について、プログラミング方法とプログラムを説明します。

2つのプログラミングの特徴は以下の通り。

ArduinoIDE：文字列による命令語形式
スクラッチ：ブロックによるビジュアル形式

文字列を使わないスクラッチの方が、直感的で分かりやすく小学生におすすめのプログラミング方法になります。

スクラッチを使ってプログラミングをする方は、スクラッチの説明まで読み飛ばしてください。

Arduino IDE

Arduino IDEとは統合開発ソフトウェアで、C言語のような文字列を用いたプログラミング方法です。

プログラミングするにあたり、ある程度の命令語を知っておく必要があります。

スクラッチプログラミングをする場合でも、Arduino IDEを使ったファームウェア書き込みが必要ですがプログラミング技術は必要ありません。

Arduino IDEのインストール方法については、以下の記事で詳しく説明しています。

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Arduinoの始め方、IDEのダウンロードとインストール方法【初心者向け】

プログラミング方法

Arduino IDEでのプログラミング画面(LESSON8) — Arduino IDEでのプログラミング画面

Arduino IDEを使って、文字列プログラミングを行います。

Arduino IDEを使ったプログラミング～動作確認方法については、以下の記事で詳細説明しています。

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ArduinoIDEの使い方、内蔵LED点灯プログラムの作り方【初心者向け】

Arduino IDEプログラム

/* 作品名：LESSON8 */
/* 作成者：せでぃあ　https://cediablog.com */
/* チルトスイッチによるLED点灯＋アクティブブザー鳴動制御 */

int TILT_SOCKET = 2;         //チルトスイッチ入力ソケット番号
int LED_SOCKET = 8;          //LEDの出力ソケット番号
int BUZZER_SOCKET = 9;       //アクティブブザーの出力ソケット番号 

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:　プログラム起動時1回だけ処理される回路

  //入出力の割り当て

  pinMode(TILT_SOCKET, INPUT);          //2番ﾋﾟﾝは入力として使用
  pinMode(LED_SOCKET, OUTPUT);          //8番ﾋﾟﾝは出力として使用
  pinMode(BUZZER_SOCKET, OUTPUT);       //9番ﾋﾟﾝは出力として使用

}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:　プログラム起動後ﾙｰﾌﾟ処理される回路

  if(digitalRead(TILT_SOCKET) == LOW){    //チルトスイッチが傾き検出しているとき
    digitalWrite(LED_SOCKET,HIGH);        //LEDを点灯させる
    digitalWrite(BUZZER_SOCKET,HIGH);     //ブザーを鳴動させる
  }
    else{                                 //チルトスイッチが傾き検出していないとき
      digitalWrite(LED_SOCKET,LOW);       //LEDを消灯させる
      digitalWrite(BUZZER_SOCKET,LOW);    //ブザーを鳴らさない
    }
  delay(100);                             //0.1秒ウェイト 
}

上記がチルトスイッチを使ったLED、ブザー制御回路のプログラムになります。

Arduino IDEのプログラム画面にコピーアンドペーストすることで、動作確認まで進めることができます。

各プログラム列の右側にプログラム内容をコメント記入してありますので参考にしてください。

せでぃあ

チルトスイッチが垂直＝傾いていないときがHIGHなので要注意です！

命令語の解説

今回のプログラムで使用した命令文について、解説します。

変数のデータ型指定

変数のデータ型を指定するものです。

今回はピンソケット番号を代入するので整数を扱う｢int型｣を指定します。

スクロールできます

データ型	説明	扱える範囲
int	2バイトの整数を代入可能。	-32768～32767
long	4バイトの整数を代入可能	-2,147,483,648～2,147,483,647
float	4バイトの小数を代入可能。	3.4028235×10³⁸～-3.4028235×10³⁸
char	1バイトの値を代入可能。文字列の代入に利用されます。	-128～127
boolean	0または1のみ代入可能。フラグのON-OFFなどに利用されます。	0,1