VelxioでArduinoを使った信号機シミュレーターを構築する

はじめに

信号機を作ってみたいと思ったことはありませんか？しかし、手元に部品がないという方もいるでしょう。Velxioを使えば、ブラウザ上でArduinoベースの信号機全体をシミュレートできます。このプロジェクトでは、Arduino Unoに接続した3つのLED（赤、黄、緑）を使って、古典的な信号機のシーケンス（赤→黄→緑→黄→赤）を再現します。デジタル出力、タイミング、順序論理を学ぶのに最適な初心者向けプロジェクトです。

回路の解説

回路を見てみましょう。以下の図は完全な配線を示しています。

Velxioシミュレーターキャンバス上の信号機の回路図

部品

Arduino Uno – 動作の頭脳。
赤色LED – デジタルピン13に接続。
黄色LED – デジタルピン12に接続。
緑色LED – デジタルピン11に接続。
抵抗 – 各LEDには、アノードに直列に電流制限抵抗（通常220Ω）が必要です。Velxioでは、内蔵LEDにすでに内部抵抗が含まれているため、手動で追加する必要はありません。

配線の詳細

各LEDには2本の足があります：アノード（長い方の足、ピン「A」と表示）とカソード（短い方の足、ピン「C」と表示）。配線は簡単です：

赤色LED: アノードを赤い線（#ff0000）でArduinoのピン13に接続。カソードを黒い線でArduinoのGNDに接続。
黄色LED: アノードを黄色い線（#ffaa00）でArduinoのピン12に接続。カソードをGNDに接続。
緑色LED: アノードを緑の線（#00ff00）でArduinoのピン11に接続。カソードをGNDに接続。

3つのLEDはすべてArduino上の同じGND接続を共有します。これは共通グランド構成です。

コードの解説

次に、ライトを変化させるコードを見てみましょう。Velxioでコードエディターを開きます：

Velxio Monacoエディター内の信号機のソースコード

// Traffic Light Simulator
// Red -> Yellow -> Green -> Yellow -> Red

const int RED_PIN = 13;
const int YELLOW_PIN = 12;
const int GREEN_PIN = 11;

void setup() {
  pinMode(RED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YELLOW_PIN, OUTPUT);
  pinMode(GREEN_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Red light
  digitalWrite(RED_PIN, HIGH);
  delay(3000);
  digitalWrite(RED_PIN, LOW);

  // Yellow light
  digitalWrite(YELLOW_PIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(YELLOW_PIN, LOW);

  // Green light
  digitalWrite(GREEN_PIN, HIGH);
  delay(3000);
  digitalWrite(GREEN_PIN, LOW);

  // Yellow light again
  digitalWrite(YELLOW_PIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(YELLOW_PIN, LOW);
}

動作の仕組み

ピン定義: 3つのピンに定数を定義します：RED_PIN = 13、YELLOW_PIN = 12、GREEN_PIN = 11。これらは配線と一致します。
セットアップ: setup()内で、pinMode()を使って3つのピンをすべてOUTPUTに設定します。これにより、Arduinoがこれらのピンから電圧を出力するよう指示します。
ループ: loop()関数は永久に実行されます。次のシーケンスに従います：
- 赤色LEDをオン（HIGH）にし、3秒待ち、オフ（LOW）にします。
- 黄色LEDをオンにし、1秒待ち、オフにします。
- 緑色LEDをオンにし、3秒待ち、オフにします。
- 再び黄色LEDをオンにし、1秒待ち、オフにします。
- その後、ループは赤色ライトから繰り返されます。

これにより、おなじみの信号機パターンが作成されます。

学習者向けの重要な概念

デジタル出力: digitalWrite(pin, HIGH)はピンを5V（オン）に設定し、LOWは0V（オフ）に設定します。
delay()によるタイミング: delay(ミリ秒)はプログラムを一時停止します。注意：delay()が実行されている間、Arduinoは他の処理を実行できません。
順序論理: 操作の順序が重要です。コードは1行ずつ実行されるため、ライトは予測可能な順序で変化します。
共通グランド: すべてのLEDが同じグランド接続を共有します。これはデジタル回路では一般的です。

よくある落とし穴とデバッグのヒント

ピン番号の間違い: コード内のピン番号が配線と一致しているか再確認してください。赤色LEDがピン13にあるのにコードで12と書いてあると、点灯しません。
LEDの向き: LEDには極性があります。アノード（長い方の足）はArduinoのピンに、カソード（短い方の足）はGNDに接続する必要があります。Velxioでは、LEDコンポーネントはデフォルトで正しい向きになっています。
抵抗の欠落: 実際の回路では、各LEDに直列に電流制限抵抗（220Ω～1kΩ）を必ず使用して、損傷を防いでください。Velxioの内蔵LEDには抵抗が含まれていますが、カスタムコンポーネントを使用する場合は追加してください。
delay()のブロッキング: 後でボタンやセンサーを追加したい場合、delay()はプログラムを停止させます。ノンブロッキングなタイミングにはmillis()の使用を検討してください。

推奨される拡張機能

基本的な信号機が動作したら、次の拡張を試してみてください：

歩行者用ボタンを追加: 押しボタンを使用して歩行者信号を要求します。押されると、信号機が赤に変わり、白色LED（歩行者用通行）が点灯します。
delay()の代わりにmillis()を使用: タイミングにmillis()を使用するようにコードを書き換えます。これにより、待機中にArduinoがボタン押下をチェックできるようになります。
ブザーを追加: 圧電ブザーをピンに接続し、緑色ライトが黄色に変わる直前になると鳴るようにします。
横断歩道をシミュレート: 歩行者用横断用に2つのLED（赤と緑）を追加し、信号機と連動させます。