Arduino UNOで作るモールス信号送受信機 - 光通信による実践的プロジェクト

必要な部品と用品

部品	数量
Arduino UNO	2台（送信機・受信機各1台）
レーザーダイオード（Keyes製など）	1
LED（汎用）	2
フォトレジスタ（LDR / CdSセル）	1
ピエゾブザー	1

プロジェクト概要

通信システムの授業で、学生がモールス信号を視覚的・体験的に学べるよう、Arduinoを用いた送受信システムを構築しました。石器時代の通信から言語・文法・信頼性・信号・メッセージの概念を学び、最終的にモールス信号を独自言語として定義、エンコーダー/デコーダーを実装しました。

モールス符号表と2分木によるデコード

文字→モールス符号の変換はルックアップテーブルで、モールス符号→文字の変換は2分木（ドット=左、ダッシュ=右）で高速化しています。

送信機（トランスミッター）

PCとシリアル接続（USB）し、シリアル入力文字を1文字ずつ読み取り、対応するモールス符号をレーザーダイオードの点滅パターンで出力します。

• ドット: 50ms 点灯 + 50ms 消灯
• ダッシュ: 150ms 点灯 + 50ms 消灯
• 文字間: 100ms 無信号

レーザーは3Vで十分な距離、5Vなら200m以上到達可能です。

送信機スケッチ

const char* MorseTable[] = {
  // インデックス = ASCIIコード
  NULL, NULL, ..., ".-", "-...", "-.-.", "-..", ".", "..-.", "--.",  // A-G
  "....", "..", ".---", "-.-", ".-..", "--", "-.", "---",             // H-O
  ".--.", "--.-", ".-.", "...", "-", "..-", "...-", ".--",            // P-W
  "-..-", "-.--", "--..", NULL, NULL, NULL, NULL, "..--.-",           // X-Z, _, etc.
  // 小文字も同一コード割り当て
  NULL, ".-", "-...", "-.-.", "-..", ".", "..-.", "--.",               // a-g
  "....", "..", ".---", "-.-", ".-..", "--", "-.", "---",              // h-o
  ".--.", "--.-", ".-.", "...", "-", "..-", "...-", ".--",            // p-w
  "-..-", "-.--", "--..", NULL, NULL, NULL, NULL, NULL                // x-z, {|}~DEL
};

int dotLength = 50;
int dashLength = dotLength * 3;

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);  // レーザー出力ピン
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (Serial.available()) {
    char ch = Serial.read();
    flashDashDot(MorseTable[ch]);
    delay(dotLength * 2);  // 文字間スペース
  }
}

void flashDashDot(const char* morseCode) {
  for (int i = 0; morseCode[i]; i++) {
    if (morseCode[i] == '.') dot();
    else if (morseCode[i] == '-') dash();
  }
}

void dot() {
  digitalWrite(13, HIGH); delay(dotLength);
  digitalWrite(13, LOW);  delay(dotLength);
}

void dash() {
  digitalWrite(13, HIGH); delay(dashLength);
  digitalWrite(13, LOW);  delay(dotLength);
}

受信機（レシーバー）

LDRでレーザー光を検出し、点灯継続時間からドット/ダッシュを判定、2分木をたどって文字を復元します。LEDとブザーで音声・視覚フィードバックも出力。

• LDRを長いチューブで覆い、外光を遮断
• 光検出時のループカウントでパルス幅を測定（約400サイクル = 50ms相当）
• ドット: 400〜800サイクル、ダッシュ: 800サイクル以上
• 無信号が800サイクル継続で文字確定、2分木から文字出力

受信機スケッチ

// モールス2分木（配列インデックス: 左=2n+1, 右=2n+2）
const char MorseTree[] = {
  '\0','E','T','I','A','N','M','S','U','R','W','D','K','G','O',
  'H','V','F','U','L','A','P','J','B','X','C','Y','Z','Q','\0','\0',
  '5','4','\0','3','\0','\0','\0','2','\0','\0','+','\0','\0','\0','\0','1',
  '6','=','/','\0','\0','\0','(','\0','7','\0','\0','\0','8','\0','9','0',
  // 以下、記号類...
};

int val = 0;
int ctrHigh = 0, ctrLow = 0;
int codePtr = 0;
int dotLen = 400;  // ループカウント閾値

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(13, OUTPUT);  // LED
  pinMode(9, OUTPUT);   // ブザー
}

void loop() {
  val = analogRead(A4);  // LDR接続ピン

  if (val >= 10) {  // 光検出
    ctrHigh++; ctrLow = 0;
    digitalWrite(13, HIGH);
    tone(9, 1000);
  } else {  // 光なし
    ctrLow++;
    if (ctrHigh >= dotLen && ctrHigh < dotLen * 2) {
      Serial.print("."); codePtr = codePtr * 2 + 1;
    } else if (ctrHigh >= dotLen * 2) {
      Serial.print("-"); codePtr = codePtr * 2 + 2;
    } else {
      if (ctrLow == dotLen * 2) {  // 文字区切り
        Serial.print(MorseTree[codePtr]);
        codePtr = 0;
      }
    }
    ctrHigh = 0;
    digitalWrite(13, LOW);
    noTone(9);
  }
}

動作例

送信: "Hello World"
出力: .... . .-.. .-.. --- .-- --- .-. .-.. -..

受信側シリアル出力:
....H.E.-..L.-..L---O.--W---O.-.R.-..L-..D-.-.--!

回路図

• モールス信号送信機回路（レーザーダイオード駆動）
• モールス信号受信機回路（LDR、LED、ブザー）

Fritzingファイル（.fzz）も提供されています。