DIY自動列車制御システム – Arduinoで実現するシンプル・信頼性・カスタマイズ自在なレイアウト運転

概要

Arduino UNO（またはNano/MEGA）とL298NデュアルHブリッジドライバだけで、模型列車の自動往復・停止・加減速を実現するミニマムな制御システムです。スケッチ内の時間パラメータを書き換えるだけで「発車→加速→巡航→減速→停車→折返し」のダイヤを自由に設計でき、複雑なDCCシステムを導入せずにアナログレイアウトを自動化できます。

必要なパーツ

パーツ名	数量	備考
Arduino UNO（Nano/MEGA等あらゆるボードで可）	1
L298N モータードライバモジュール	1	定格2A、ヒートシンク付き推奨
ジャンパーワイヤー	適宜
12V電源（ACアダプタまたは電池）	1	レール電圧・ドライバ駆動用
模型列車（Nゲージ/HOゲージ等、DC2線式）	1編成	レールへ給電

配線

• Arduino D5（PWM） → L298N ENA（速度制御）
• Arduino D6 → L298N IN1、D7 → IN2（方向制御）
• L298N OUT1/OUT2 → レール給電端子
• L298N 12V/GND → 外部12V電源、Arduino GND と共通接地
• Arduino 5V/GND → L298N 5V/GND（ロジック電源、モジュールに5V出力がある場合は不要）

添付の配線図（写真2枚）を参照してください。

制御ロジック（スケッチ解説）

全て loop() 内で millis() ベースのノンブロッキング処理として実装されています。

スケジューラー（カウンター方式）

int counterScheduler = 0;
unsigned long timerScheduler = 0;

void loop() {
  if (millis() > timerScheduler + 1000) { // 1秒ごとにインクリメント
    counterScheduler++;
    timerScheduler = millis();
  }
  // 以下、counterScheduler の値に応じたアクションを記述
}

ダイヤ定義の例（スケッチ内のコメントより）

// 1 | 0〜5秒   : 加速・発車
if (counterScheduler <= 5) { accelerate(); }

// 2 | 10〜15秒 : 減速・停車
if (counterScheduler >= 10 && counterScheduler <= 15) { brake(); }

// 3 | 16秒     : 方向転換（IN1/IN2 反転）
if (counterScheduler == 16) { reverseDirection(); }

// 4 | 20〜30秒 : 再加速・折返し運転
if (counterScheduler >= 20 && counterScheduler <= 30) { accelerate(); }

// 5 | 31〜40秒 : 再減速・停車
if (counterScheduler >= 31 && counterScheduler <= 40) { brake(); }

// 6 | 40秒超   : カウンタリセット、初期方向へ戻して繰り返し
if (counterScheduler > 40) { counterScheduler = 0; setForward(); }

加減速パラメータ

int brakingDelta   = 5;  // 減速ステップ（PWM値を毎回この値ずつ減算）
int accelerateDelta = 6; // 加速ステップ（PWM値を毎回この値ずつ加算）

100msごと（timerLocal）にPWM値を更新し、滑らかな加減速を実現。目標速度（255）と最低速度（30）でクランプ。

方向制御

// 前進
digitalWrite(L298_IN1, HIGH);
digitalWrite(L298_IN2, LOW);

// 後進
digitalWrite(L298_IN1, LOW);
digitalWrite(L298_IN2, HIGH);

カスタマイズ・拡張のヒント

• 複数駅停車：counterScheduler の区間を増やし、停車時間・発車時刻を追加
• センサー連動：フォトリフレクタやホールセンサーで列車位置検知し、時刻表通りに発車
• 複数列車制御：L298Nを複数用意し、ArduinoのPWMピン（D3, D5, D6, D9, D10, D11）を割り当て
• ブロック制御：リレーでレールを分割通電し、追い越し・待避を実現
• 音声・アナウンス：DFPlayer Mini等で発車メロディ・駅名放送を同期再生
• Wi-Fi/Bluetooth化：スマホからダイヤ編集・非常停止・状態監視

注意点

• L298Nは電圧降下が約2Vあるため、12V入力でレールへは約10V。車両の定格電圧に合わせて電源電圧を調整
• 大電流車両（HOゲージ大型機関車等）ではL298Nが発熱しやすい。ヒートシンク・ファン・またはTB6612FNG等の低損失ドライバへの置換を検討
• レールと車輪の接触不良で動作が不安定になる場合、レールクリーニング・車輪クリーニングを実施
• PWM周波数（Arduino標準490Hz/980Hz）がモーター音として聞こえる場合、TCCR0B 等で周波数変更可能

参考ファイル

• 完全なスケッチ：添付コード欄（Arduino / C++）
• 配線図：添付画像2枚