デジタル身長計の自作：Arduino Nanoとレーザー距離センサーで成長記録

必要な部品と用品

Arduino Nano R3	×1
CJMCU-530 (VL53L0X) ToFレーザー距離センサー	×1
KY-040 ロータリーエンコーダー（プッシュスイッチ付き）	×1
SSD1306 OLEDディスプレイ（128×64、I2C）	×1
パッシブブザー	×1
10kΩ 抵抗	×2

プロジェクトについて

子供の成長記録を手軽にデジタル化するための「デジタル身長計（スタディオメーター）」です。ドアフレーム上部に取り付け、レーザー距離センサー（Time-of-Flight方式）で頭頂部までの距離を測定し、オフセット（床からセンサーまでの距離）を引いて身長を算出します。

ステップ1: 使用センサー - VL53L0X (STMicroelectronics)

• 原理: 940nm不可視レーザーの飛行時間（ToF）で絶対距離を測定。反射率の影響を受けにくく、最大2mまで測定可能。
• 安全性: Class 1レーザー製品、目に安全。
• インターフェース: I2C通信（アドレス 0x29）。OLEDもI2Cのため、SDA/SCLに2×10kΩプルアップ抵抗が必要。
• モジュール: CJMCU-530ブレークアウトボードを使用。

ステップ2: 取り付け位置と動作

• ドアフレームの中央上部に設置（壁に近すぎるとクロストーク/干渉で誤測定）。
• 床からセンサー下面までの距離を正確に測り、オフセット値として設定（0〜2.55m）。
• 電源投入後、真下に立ち静止する。2.5秒以上同一距離が継続したら測定確定、ブザーで「成功音」を鳴らしOLEDに身長表示保持。

ステップ3: オフセット校正手順

1. ロータリーエンコーダーの押しボタンを押す → 校正モード突入（OLEDに「CAL」表示）。
2. ノブを回してオフセット値を設定（時計回り=増、反時計回り=減）。
3. 再度ボタン押下で確定 → 異なる2音のビープ音で完了通知。
4. 1分間操作なければタイムアウトでキャンセル（値変更なし）。
5. 設定値はEEPROMに不揮発保存され、再起動後も保持。

ステップ4: ソフトウェア設計

• ライブラリ: Pololu VL53L0X ライブラリ（ST公式APIより簡潔）。
  GitHub: pololu/vl53l0x-arduino
• 動作モード: HIGH ACCURACY + LONG RANGE 設定（測定速度は遅くなるが精度・距離優先）。
• メインループ: 連続測定 → 前回値と比較 → 2.5秒安定で確定 → オフセット減算 → 身長表示 → 成功音再生。
• EEPROM: オフセット値（float, 4バイト）をアドレス0〜3に保存。

ステップ5: 筐体・組み立て

• 3Dプリント筐体（STLファイル提供: HTAY.stl）。レーザー窓はガラス/アクリルカバーなしで露出（カバーありだとクロストーク補正が複雑になるため）。
• OLED、ロータリーエンコーダー、ブザー、センサーを筐体に固定、配線。

ソースコード

完全なスケッチ HTAY.ino はGitHubまたはダウンロードで入手可能です。主要構造：

#include <Wire.h>
#include <VL53L0X.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <EEPROM.h>

VL53L0X sensor;
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);

#define ENC_A 2
#define ENC_B 3
#define ENC_BTN 4
#define BUZZER 5

float offset = 0.0;  // EEPROMから読み出し
bool calibMode = false;
unsigned long lastStableTime = 0;
int lastDist = -1;

void setup() {
  // ピン設定、I2C初期化、センサー初期化（HIGH_ACCURACY/LONG_RANGE）
  // OLED初期化、EEPROMからオフセット読み出し
  // エンコーダー割り込み設定
}

void loop() {
  if (calibMode) {
    // エンコーダーでオフセット調整表示、ボタンで確定/キャンセル
  } else {
    int dist = sensor.readRangeSingleMillimeters();
    if (dist == lastDist) {
      if (millis() - lastStableTime > 2500) {
        // 測定確定
        float height = offset - dist/10.0;  // cm単位
        displayHeight(height);
        playSuccessTone();
      }
    } else {
      lastDist = dist;
      lastStableTime = millis();
      displayLive(dist);
    }
  }
}

回路図

I2Cバス: SDA=A4, SCL=A5 に VL53L0X と SSD1306 を並列、2×10kΩプルアップ。ロータリーエンコーダー: A相=D2, B相=D3, SW=D4（内部プルアップ使用）。ブザー=D5。全て3.3V/5V兼用動作可能。

ファイル

• HTAY.ino - メインスケッチ
• HTAY.stl - 3Dプリント筐体モデル
• 回路図画像