レーザートリガー・スロットカーラップタイマー: GLCD表示で高精度計時

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Mega 2560	1	ピン数多くGLCD制御に有利
KY-008 レーザーモジュール (赤色, 5V)	1	発光側
レーザー受光センサー (KY-008対応フォトトランジスタモジュール等)	1	受光側、デジタル出力
グラフィックLCD (GLCD, KS0108互換, 128×64)	1	並列インターフェース
ブレッドボード/ユニバーサル基板	1
ジャンパーワイヤー	多数
スロットカートラック	1	既存コースに設置

使用ソフトウェア

• Arduino IDE
• openGLCDライブラリ (Bitbucket / Playground)

プロジェクト概要

スロットカー (ミニチュア電動レーシングカー) コースのラップタイムを、レーザーゲートで計測し、グラフィックLCD (GLCD) にリアルタイム表示するシステムです。レーザー光がカー通過で遮断されるたびにラップを検知。現在ラップ、前回ラップ、ベストラップをミリ秒精度で表示。デバウンス処理で誤検知を防止。自作自走スロットカープロジェクトの派生として制作されました。

ハードウェア構成

1. KY-008 レーザーモジュール

• ピン: - (GND), + (VCC), S (信号)
• 常時点灯でOKなら S と + を両方 5V に接続 (簡易)
• 点灯制御したい場合: S を Arduino デジタルピンに接続し HIGH で点灯

2. レーザー受光センサー

• 3ピン: GND, VCC (5V), SIGNAL (デジタル出力)
• SIGNAL → Arduino デジタルピン 2 (割り込み対応ピン推奨)
• 光受信時 HIGH / 遮断時 LOW (またはその逆、モジュール仕様確認のこと)

3. GLCD (KS0108並列接続)

データ線 8本 (D0-D7) + 制御線 6本 (RS, RW, E, CS1, CS2, RST) + 電源/コントラスト調整 = 最低14本必要。Mega 2560なら余裕で接続可能。ピンアサインは openGLCD ライブラリの設定ファイル或いはコンストラクタで指定。

配線の整理には専用コネクター自作がおすすめ (写真参照)。

ソフトウェア: ラップタイマーロジック

主要変数

unsigned long currentRunStartMillis;  // 現在ラップ開始時刻
unsigned long lastRunInMillis;        // 前回ラップタイム
unsigned long bestRunInMillis;        // ベストラップタイム
int currentLap = 0;                   // ラップカウント
unsigned long savedMillis;            // 割り込み時刻保存用

// デバウンス用
int gateSensorState;
int lastGateSensorState = LOW;
unsigned long lastDebounceTime = 0;
const int debounceDelay = 50;  // ms

表示エリア定義 (openGLCD)

gText t1;  // ラップ数 + 現在ラップタイム (大フォント)
gText t2;  // 前回ラップタイム
gText t3;  // ベストラップタイム

セットアップ

void setup() {
  pinMode(gateSensorPin, INPUT);
  delay(50);  // センサー/レーザー安定待ち (起動時誤検知防止)

  GLCD.Init(NON_INVERTED);
  
  // 表示エリア定義
  t1.DefineArea(textAreaTOP, lcdnums14x24);  // 上部: 大きい数字フォント
  t2.DefineArea(0, GLCD.CenterY, 8, 2, fixednums7x15);
  t3.DefineArea(GLCD.CenterX, GLCD.CenterY, 8, 2, fixednums7x15);
  t3.SetFontColor(WHITE);
  t3.ClearArea();

  // 固定ラベル
  GLCD.SelectFont(System5x7);
  GLCD.CursorTo(1, 4);  GLCD.print("LAST");
  GLCD.CursorTo(11, 4); GLCD.print("BEST");

  // 初期化
  currentRunStartMillis = 0;
  lastRunInMillis = 0;
  bestRunInMillis = 0;
  currentLap = 0;
}

メインループ (デバウンス付きエッジ検出)

void loop() {
  int reading = digitalRead(gateSensorPin);

  // 状態変化でデバウンス タイマー リセット
  if (reading != lastGateSensorState) {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  // デバウンス時間経過後、状態確定
  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    if (reading != gateSensorState) {
      gateSensorState = reading;

      // ビーム遮断 (LOW) = カー通過検知
      if (gateSensorState == LOW) {
        savedMillis = millis();  // 同一時刻で演算

        if (currentLap > 0) {
          // 2周目以降: ラップタイム確定
          lastRunInMillis = savedMillis - currentRunStartMillis;
          
          // ベスト更新判定
          if (lastRunInMillis < bestRunInMillis || bestRunInMillis == 0) {
            bestRunInMillis = lastRunInMillis;
          }
        }

        // 次ラップ開始時刻リセット
        currentRunStartMillis = savedMillis;
        currentLap++;
      }
    }
  }

  lastGateSensorState = reading;

  // === 表示更新 (毎ループ実行) ===
  savedMillis = millis();
  int sec_val, milli_val;

  // 現在ラップ経過時間
  if (currentLap > 0) {
    calcResultFromMillis(savedMillis - currentRunStartMillis, &sec_val, &milli_val);
  } else {
    calcResultFromMillis(0, &sec_val, &milli_val);
  }

  // ラップ数 (左上)
  t1.CursorTo(0, 0);
  t1.Printf(F("%02d"), currentLap);

  // 現在ラップタイム (右上)
  t1.CursorTo(3, 0);
  t1.Printf(F("%02d.%03d"), sec_val, milli_val);

  // 前回ラップ (左下)
  calcResultFromMillis(lastRunInMillis, &sec_val, &milli_val);
  t2.CursorTo(1, 1);
  t2.Printf(F("%02d.%03d"), sec_val, milli_val);

  // ベストラップ (右下)
  calcResultFromMillis(bestRunInMillis, &sec_val, &milli_val);
  t3.CursorTo(1, 1);
  t3.Printf(F("%02d.%03d"), sec_val, milli_val);
}

ミリ秒→秒/ミリ秒変換ヘルパー

void calcResultFromMillis(unsigned long value, int *sec_val, int *milli_val) {
  *sec_val = int(value / 1000);
  *milli_val = value - *sec_val * 1000;
}

設置・調整のポイント

1. 光軸合わせが最重要: レーザーとセンサーをコース両側に固定し、カー通過ラインで確実に遮断されるよう高さ・角度を微調整
2. 環境光対策: センサーに遮光フードを付けたり、変調レーザー/同期検波化で耐ノイズ向上
3. デバウンス時間: カー速度と車体長に合わせて調整 (50msは目安、高速化なら短く)
4. 電源: MegaはUSB給電可だが、レーザー常時点灯なら外部5V推奨

発展アイデア

• 複数レーン対応 (センサー増設、ラップデータ配列化)
• SDカードログ保存 (CSVで後解析)
• Bluetooth/Wi-Fiでスマホ/PCにリアルタイム転送
• スタート信号 (赤外線/無線) と同期してレーススタート自動検知
• セクタタイム計測 (中間ポイント追加)
• OLED/I2C LCDへの移植 (配線削減、Mega不要)