【自由研究にぴったり】初心者キットで作る「反射神経テスター」｜LEDが光ってから何秒で押せるかを測る装置

夏休みの自由研究、データが取れる電子工作はいかが?

自由研究のテーマで電子工作を選びたいんだけど、ただ作るだけじゃなくて、ちゃんとデータを取って分析できるものがいいんだ。何かおすすめある?

いいね、自由研究としての完成度が一気に上がる視点だね。今日は「反射神経テスター」を紹介するよ。家族や友達のデータを集めて、年齢別の傾向を分析できるから、レポートが書きやすいんだ。

今回は、電子工作を自由研究のテーマにしたい中学生・高校生に向けて、Arduino初心者キットだけで作れる「反射神経テスター」の作り方を紹介します。

LEDがランダムなタイミングで光り、それを見てからボタンを押すまでの時間 (ミリ秒) を測る装置です。家族・友達・部活仲間のデータを集めれば、年齢や時間帯による反射神経の差を分析できるので、自由研究らしいレポートが書けます。

この記事で作るもの

LEDがランダムなタイミング (約1〜5秒) で光る
光ったらボタンを押す
反応時間 (ミリ秒) をシリアルモニタに表示
10回測ると平均値も計算してくれる

使う部品 (キットにすべて入っている)

ELEGOOのスーパースターターキットがあれば、追加購入は不要です。

部品	役割	個数
Arduino UNO R3	装置の頭脳	1
LED (緑)	「今だ!」の合図	1
抵抗330Ω	LEDを保護	1
タクトスイッチ	反応するボタン	1
ブレッドボード	配線をする台	1
ジャンパーワイヤー	つなぐ線	5〜6本

完成までの流れ

1日で全部できますが、データ集めも含めて2〜3日かけるのが自由研究としてはおすすめです。

flowchart TD A["Step1
配線する"] --> B["Step2
プログラム
を書き込む"] B --> C["Step3
自分で
動作確認"] C --> D["Step4
家族や友達
でデータ収集"] D --> E["Step5
分析して
レポート化"]

配線図 (ブレッドボード)

同じ行 (row) の穴は内部でつながっています。図の通りに挿していきましょう。

        a b c d e
       +─────────+
[+]rail| . . . . . | ← 5V (Arduino 5V から)
[-]rail| . . . . . | ← GND (Arduino GND から)
       +─────────+
row 5  | X . . . . | ← タクトSW 片足 (D2)
row 7  | X . . . . | ← タクトSW 反対足 ([-]rail)
row 11 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D7 から)
row 12 | X . . . . | ← 330Ω 下足+LED アノード
row 14 | X . . . . | ← LED カソード ([-]rail)
       +─────────+

部品同士のつながり

Arduino       タクトスイッチ
  D2   ←────   片足 (押すと閉じる)
  GND  ←────   反対側の足

Arduino       LED + 抵抗
  D7   ────→   330Ω → LED アノード
  GND  ←────   LED カソード

タクトスイッチは押している間だけ電気を通す部品です。ブレッドボードの中央の溝をまたぐように挿し、対角の2本を使います (同じ側の2本は元々つながっているので使いません)。Arduinoの内蔵プルアップ機能を使うので、外付け抵抗は不要です。

プログラム

Arduino IDEに次のスケッチをコピーして書き込みましょう。ライブラリのインストールは不要です。

#define LED_PIN 7
#define BUTTON_PIN 2
#define NUM_TRIALS 10

long reactionTimes[NUM_TRIALS];
int trialCount = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  randomSeed(analogRead(A0));
  Serial.println("反射神経テスター スタート!");
  Serial.println("LEDが光ったらボタンを押してね");
}

void loop() {
  if (trialCount >= NUM_TRIALS) {
    showAverage();
    while (true) {}
  }

  long waitMs = random(1000, 5001);
  delay(waitMs);

  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
  unsigned long ledOnTime = millis();

  while (digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH) {
    if (millis() - ledOnTime > 2000) {
      Serial.println("[時間切れ] 反応なし");
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
      delay(1000);
      return;
    }
  }

  unsigned long reactionMs = millis() - ledOnTime;
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);

  reactionTimes[trialCount] = reactionMs;
  trialCount++;

  Serial.print("[");
  Serial.print(trialCount);
  Serial.print("回目] ");
  Serial.print(reactionMs);
  Serial.println("ms");
  delay(1500);
}

void showAverage() {
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < NUM_TRIALS; i++) sum += reactionTimes[i];
  Serial.println("=====");
  Serial.print("平均反応時間: ");
  Serial.print(sum / NUM_TRIALS);
  Serial.println("ms");
}

プログラムの動き

flowchart TD A[起動] --> B["ランダム時間
待つ"] B --> C["LED点灯
時刻を記録"] C --> D{"ボタン
押された?"} D -->|Yes| E["反応時間を
計算&記録"] D -->|No 2秒経過| F[時間切れ] E --> G{10回終わった?} G -->|No| B G -->|Yes| H[平均値を表示] F --> B