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Arduinoで早押しボタンを作る 【その1 準備編】

2022/10/10に公開約7,500字

はじめに

ここではなぜArduinoを使おうと思ったかなど部品の選定理由も含めてお話ししたいと思います
そんなことはいいから早く必要なものの一覧を見せろという方はこちら

こちら

最低限のパーツリスト

ボタンを4つ作ることを想定した場合の個数です

商品名 個数 単価 小計
3.5mmステレオミニジャックMJ-073H パネル取付用 1 ¥75 ¥75
3.5mm4極ミニジャック(4極パネル用) MJ-064H パネル取付用 8 ¥70 ¥560
3Pトグルスイッチ 1回路2接点 パネル取付用 1 ¥80 ¥80
耐熱電子ワイヤー 2m×7色 外径1.22mm(UL3265 AWG24) 1 ¥480 ¥480
プラスチックケース TW5-3-9B 4 ¥170 ¥680
プラスチックケース SW-120S 1 ¥210 ¥210
2.1mm標準DCジャック パネル取付用 22234 1 ¥50 ¥50
超小型スイッチングACアダプター9V1.3A 100V~240V GF12-US0913 1 ¥800 ¥800
パネル用押しボタンスイッチ モーメンタリ 丸型 赤 4 ¥90 ¥360
パネル用押しボタンスイッチ モーメンタリ 丸型 白 1 ¥90 ¥90
パネル用押しボタンスイッチ モーメンタリ 丸型 緑 1 ¥70 ¥70
L型ピンソケット 1×6(6P) 1 ¥20 ¥20
ドライバ内蔵リレーモジュールキット 4 ¥200 ¥800
パワーLED用レンズ一体型ホルダー OEHW2045GF 4 ¥40 ¥160
1W赤色パワーLED 625nm OSR5XNE1C1E 4 ¥150 ¥600
パワーLED用放熱(アルミ)基板 4 ¥40 ¥160
CH340E USBシリアル変換モジュール Type-C 1 ¥480 ¥480
AE-ATMEGA328-MINI (Arduino Pro Mini上位互換) 1 ¥950 ¥950
LED組立ブラケットセット 青色 (2セット入) 1 ¥100 ¥100
カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/4W10kΩ (100本入) 1 ¥100 ¥100
合計 ¥6,825

その他使用した工具など

  • テスター
  • はんだごて
  • はんだ
  • 3.5mmステレオミニケーブル
  • ブレッドボード
  • ジャンパーピン
  • ミニルーター
  • ドリルピット
  • スコヤ
  • ポンチ
  • パソコン

どうやって作るのか

本体

まず本体ではどのような機能を実装する必要があるのか考えます
今回制作したいものを実現するためには、

  1. ボタンが押されたことを検知する(電圧変化を検知する)ことができる
  2. 排他やリセットなどのロジックを実装できる

ことが少なくとも必要な条件と考えられます。これを実現する本体の候補としては

あたりがパッと思い浮かびます

「早押しボタン 自作」等のキーワードで検索すると、まずこちらの方のブログがヒットします
https://nshufu.hatenablog.com/entry/2019/01/13/210000
そんなこともあり当初は私もこちらを参考にしてHA-808を採用しようと考えていました

では、なぜ今回Arduinoを採用することにしたのか理由はいくつかありますが一番大きいのは

  • ソフトの方が得意だから

こちらの方のブログを読んでいくとわかりますがHA-808は微妙に物足りない部分があり、そういった部分をこの方は回路を自作するなどして解決しています
正直、ここら辺を自分で工夫してなんとかする自信はありませんでした。載ってるICもどういうロジックで動いてるのか不明ですし、ハードの制限でやりたいことができないと嫌だなーと考えました

というわけで、より応用が利きそうで、自分で何とかできそうなArduinoを選びました
流行りものなので情報が多いというのも大きな判断材料の一つです

Arduinoの選び方[2]

今回、AE-ATMEGA328-MINI (Arduino Pro Mini上位互換)を選んだのは、

  • 小さい、安い
  • デジタル入/出力が十分(14個)ある[3]
    今回は早押しボタンが4つぐらい繋がれば十分かなと思っているので、4 * ( ボタン入力用 + LED点灯用 )で8個あれば足りると考えました
  • 9V~12Vで動作する
    後述しますが、高輝度のLEDを点灯するために9~12VのACアダプタを電源として使おうと考えていたので、USB接続の5V電源にしか対応していないボードは候補から外しました

早押しボタン

ボタン

パネル用押しボタンスイッチ モーメンタリ 丸型 赤
モーメンタリースイッチならなんでもよいです
本体の操作用としても同じものを使うので複数色選びました。好きな色で大丈夫です
早押しボタンとしては心臓部なので、一般に使われるものや押し感が近いものがあればそれが良いのですが、調べた限りでは特に定番品もなさそうなので今回は比較的大きめで押しやすそうなものを選びました
(良いボタンの情報をお持ちの方のコメントお待ちしております)

ランプ

こちらも一般的なLEDランプならなんでもよいです
早稲田式早押しボタンのランプは大きくて見やすくて良さそうなので同じようなものを探したのですが、「回転灯 カバー」「パトランプ カバー」「LED 拡散」「LED カバー」などのキーワードで検索しても同じようなものを見つけることができませんでした
(こちらも情報をお持ちの方のコメントお待ちしております)

今回はこちらのLEDレンズを使うこととして、それにあうLEDと専用基板をセットで購入しました
こちらも好きな色で大丈夫です。ただし、W数には注意した方がよいです

リレー

今回採用したLEDは高輝度のもので点灯のために大きな電流が必要となります(定格350mA)
Arduinoのデジタル端子は5Vの電圧をON/OFFするもので5Vの電圧を出せますが、供給電流は最大で20mAなので[4]、これでは十分な輝度でLEDを点灯させることはできないと考えられます
したがって、今回はLEDの点灯にはArduinoの供給する電圧ではなく、外部の9~12Vの電源を利用することにしました。この時必要になるのがリレー回路です

簡単に言うと電圧で操作できるスイッチです。細かい原理などはこちらの記事
https://www.panasonic.com/jp/company/pidswt/products/05.html

接続

親機と早押しボタンの接続にはステレオミニケーブルを使うことにしました
理由は以下です

  • ケーブルの入手が容易
    • どこでも売ってる
    • 安い
    • 長さも自由
  • ジャックの入手も容易

今回は4極のジャックの方が3極のジャックよりなぜか安かったので4極のものを購入しましたが、いまのところボタン用信号線、LED点灯用線、グランド線の3極しか使用する予定がないので、ケーブルは3極のものを使用しています。ジャックも3極が安く入手できるならで大丈夫です

電源

ランプのところで述べた通り9~12V, 1A~程度ならなんでもいいと思います

(私自身はArduinoのスターターキットに付属していた9V1Aのものを使用しています)

その他

めんどくさくなってきたのでまとめて紹介します

さいごに

めちゃくちゃ長くなってしまいました
各自で必要なところだけ参考にしていただければと思います
説明不足な部分もあると思いますので、質問などは歓迎です

次回からはようやく製作に入っていこうと思います
まずはボタンの入力動作の部分から

脚注
  1. PCで開発するためには結局インターフェース部分をArduino等で作る必要があると考え、初めに候補から外しました。Raspberry PiのようなGPIOがあるPCがうちにはなかったので ↩︎

  2. こちらを参考に選びました https://share-lab.net/arduino-matome2 ↩︎

  3. アナログピン8個も必要に応じてデジタルピンとして利用できるので最大20個(早押しボタン10個)まではいけます(たぶん) ↩︎

  4. https://s51517765.hatenadiary.jp/entry/2015/10/31/192844 ↩︎

Discussion

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