Arduino Nanoコンパニオンキット – 電子工作に必須の部品とツールを搭載した多機能IC型デバイス

部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3 (CH340Gクローン)	1
USB-A – Mini-USBケーブル	1	Micro-USBではないことに注意
抵抗 10kΩ	4
抵抗 220Ω	2
抵抗 1kΩ, 4.7kΩ, 47kΩ, 100kΩ	各1	オートレンジ用
ポテンショメータ 10kΩ (単回転)	1	LCDコントラスト調整用
タクトスイッチ 12mm	2	リセット・モード切替用
スライドスイッチ	3	バックライト、RX/TX切替用
ピンヘッダ メス 8ピン	4
ピンヘッダ オス 36ピン	2
RGBバックライトLCD 16×2	1	Adafruit製等
単4電池ホルダ (4本用)	1	フラットタイプ推奨
DS3231またはDS1307 RTCモジュール	1	安価な偽チップ品は避ける
単4電池 (または単3)	4	単3の方が容量大
単線 (22AWG程度)	適量	ブレッドボード用
リボンケーブル または撚り線	適量
小ねじ・ナット (M3程度)	2	ケース固定用
黒アクリル絵具・筆	適量	仕上げ塗装用

必要な工具

• はんだごて、はんだ、はんだ吸い取り線
• グルーガン、マスキングテープ、セロテープ
• ワイヤーストリッパー、ニッパー
• カッターナイフ、ハサミ
• 定規、サンドペーパー

プロジェクト概要

この時計型デバイス「**Companion IC**」は、以下の4機能を1つのIC型ケースに統合した作業台常備ツールです。

• ⏰ リアルタイムクロック (RTC) – DS3231/DS1307で正確な時刻表示
• 🔧 オートレンジ抵抗計 – 1Ω〜1MΩ以上を自動レンジ切替で測定
• ⚡ 静電容量計 – nF〜µFオーダーまで測定可能
• 🔍 ダイオード/LEDテスター – 順方向電圧降下で極性判別

電源は単4×4本（またはUSB）で、ブレッドボードのように部品を挿すだけで測定できるよう、ケース上面にテスト用ピンソケットを配置しています。ケースは厚紙(約2mm)で自作し、黒アクリル絵具でICらしく仕上げています。

初心者向け: Arduino/電子工作経験2〜3週間程度あれば製作可能です。コードは機能ごとに関数化・タブ分割され、配線もステップごとに解説しています。ブレッドボード上で動作確認してからケースに組み込む流れです。

各機能の原理と実装

1. オームメーター – 電圧分割法 + オートレンジ

既知抵抗(R1〜R5: 1k, 4.7k, 10k, 47k, 100kΩ)をデジタルピンで切り替え、未知抵抗との分圧電圧をA7で読み取ります。測定値に応じて最適な既知抵抗を自動選択する5段階のオートレンジを実装。

// 主な計算式
reading = analogRead(A7);
R = (reading * R_known) / (1023 - reading);  // 分圧から未知抵抗を算出

レンジ境界: 2.85kΩ, 7.35kΩ, 28.5kΩ, 73.5kΩ で切替

2. 静電容量計 – RC時定数法

10kΩ抵抗で充電し、電圧が63.2%(= 1時定数)に達する時間を計測。C = t / R で容量を算出。放電用ピン(D12)を兼用でダイオードテストにも使用。

3. ダイオードテスト – 順方向電圧降下検出

A6を10kΩでプルアップ(5V)。D12を出力LOWにし、ダイオードをA6–D12間に挿す。順方向なら電流が流れ電圧降下(読み値100〜400)、逆方向ならほぼ5V(読み値900〜1023)で極性判別。

4. RTC (DS3231/DS1307) – I2C接続

SDA=A4, SCL=A5に接続。RTClibライブラリで簡単に時刻取得・設定可能。コイン電池でバックアップ。

製作ステップ概要

1. ブレッドボードで各機能を個別に動作確認 (ステップ2〜5)
2. 全機能を統合した回路で動作確認 (ステップ6)
3. ケース製作 – PDFレイアウトを印刷し、厚紙を切り抜き・折り曲げ・接着 (ステップ8〜13)
4. 基板実装 – ユニバーサル基板をケースサイズにカットし、部品実装・配線 (ステップ14〜20)
5. スイッチ・ボタン・テスト端子の取り付け (ステップ21〜22)
6. 脚部・電源スイッチ・USBポートの設置 (ステップ23〜27)
7. 配線・バッテリー収納・脚取り付け・塗装仕上げ (ステップ28〜33)

コード構成

メインスケッチ Main_file_rtc.ino とヘッダ definations.h、および各機能関数を別タブに分割：

• Clock() – 時刻表示
• findResistance() – 抵抗測定
• findCapacitance() – 静電容量測定
• diodeTest() – ダイオードテスト

モードボタンで機能切替。ライブラリ RTClib と Wire.h が必要。

トラブルシューティングの要点

• 全はんだ箇所の導通確認 (テスターの導通モード活用)
• 切り落としたリード線が基板裏でショートしていないか確認
• LCD表示不良時: コントラスト調整、RX/TXスイッチON、全ピン導通チェック
• 個別機能が動かない場合: 該当配線とコードを突き合わせ確認
• Hello World スケッチでLCD単体動作を切り分け

反省点と改善案

• ケース設計は最初からCAD (Fusion 360等) で行うべき。手書き→やり直しで二度手間に。
• Arduino NanoのLED除去時、無理に力を入れてランドを剥がした。ディソルディングは慎重に。
• 基板をケースに接着してからバッテリーケース配線に気づき、ホットグルーを溶かして基板を取り出す羽目に。配線完了まで接着は我慢。
• RTCモジュールのコイン電池ホルダが単4電池と干渉。電池ホルダを外して延長配線で逃がし対応。

ダウンロードファイル

• ケースレイアウト PDF (A3 / ANSI B)
• 脚部レイアウト PDF (A4 / ANSI A)
• Fritzing回路図 Main_Schematic.fzz
• メインスケッチ一式 (GitHub / Google Drive 参照)

回路図

Main_Schematic.fzz (Fritzing形式)