Arduinoで高速・高精度RPM測定 – レーザーとIRセンサーによる新アルゴリズム

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino UNO	1
IR近接センサー（推奨品使用）	1	赤色レーザーの微弱IRを検知可能なもの
赤色レーザーポインター（655nm）	1	緑/青レーザーはIR成分が少なく不可
DCモーター（テスト用）	1	ファンブレード付き
9V電池、USBケーブル、ジャンパーワイヤー	各1

必要な工具

• はんだごて（モーターリード線接続用）
• Arduino IDE

プロジェクト概要

単一のIRセンサーと赤色レーザーポインターを用いて、モーターの回転数（RPM）を高速・高精度に測定する装置です。独自開発の「シングルショット検出アルゴリズム」により、ファンブレード1枚分の通過（1/n回転）ごとにRPMを計算し、40ms未満で結果を出力。変動にも強く、小数点以下2桁の精度を実現しています。

原理

• 赤色レーザーは微弱な赤外線成分を含み、IRセンサーで検知可能
• ファンブレードがレーザー光を遮るとセンサー出力がLowに、通過するとHighに戻る
• この遮断→復帰の時間差からブレード通過速度を求め、RPMに換算
• ブレード枚数nの場合、1回遮断＝1/n回転

独自アルゴリズム: シングルショット検出

従来の「一定時間内のパルスカウント」ではなく、1回の遮断イベントごとにRPMを算出します。これにより:

• 測定周期が極めて短い（〜40ms）
• 回転数変動をリアルタイムに追従
• 小数点以下2桁の分解能

スケッチ

// High-Speed RPM Counter - Single Shot Detection Algorithm
// by YASH36

const int sen = A0;
const float bladeWidth = 0.012;  // ブレード幅 [m] - 実測値に調整
const float radius = 0.045;      // 検知点の半径 [m] - 実測値に調整
const float twoPi = 6.2831853;   // 2π

float t1, t2, diff, vel, tRot, rpm;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(sen, INPUT);
  Serial.println("Start motor and wait 3 sec...");
  delay(3000);
}

void loop() {
  // ブレード遮断待ち（センサー値が閾値未満）
  if(analogRead(sen) < 950) {
    t1 = millis();
    delay(30); // デバウンス
  }
  // ブレード通過（センサー値が閾値以上）
  if(analogRead(sen) > 950) {
    t2 = millis();
    diff = t2 - t1;              // 遮断時間 [ms]
    vel = bladeWidth / diff;     // 線速度 [m/ms]
    tRot = (twoPi * radius) / vel; // 1周時間 [ms]
    rpm = 60000.0 / tRot;        // RPM換算
  }
  Serial.print("RPM: ");
  Serial.println(rpm, 2); // 小数点以下2桁
}

調整ポイント

• bladeWidth: ファンブレードの厚み（遮断距離）をメートル単位で実測入力
• radius: 回転中心からレーザー照射点までの距離をメートル単位で実測入力
• 閾値950は環境光・センサー特性に合わせて調整（シリアルプロッターで波形確認推奨）
• レーザーとセンサーは正対させ、光軸を合わせる

回路図・設置例

応用・拡張

• 複数ブレード対応（n枚ならRPM = 60000 / (tRot * n)）
• OLED/LCD表示化、データロギング（SDカード/シリアル）
• PID制御のフィードバックセンサーとして活用