【親子で作る自由研究】初心者キットで作る「早押しクイズランプ」｜先に押した方のLEDだけ光る対戦装置

親子で一緒に作って、家族で遊べる電子工作

夏休みに子どもと電子工作をやりたいんだ。完成したあとも家族で楽しめるような作例ってある?

最高の質問だね。今日は「早押しクイズランプ」を紹介するよ。先にボタンを押した方のLEDだけが光って、もう片方は反応しなくなる、テレビのクイズ番組と同じ仕組みなんだ。完成したらそのまま家族で対戦できるよ!

今回は、夏休みに親子で電子工作を楽しみたい方に向けて、Arduino初心者キットだけで作れる「早押しクイズランプ」を紹介します。

2人がそれぞれボタンを構えて、出題者の合図でクイズ番組のように早押し勝負ができる装置です。先に押した方のLEDだけが光り、もう片方は無効になります。作るのも遊ぶのも親子で一緒にでき、完成後にも家族で動作確認を続けやすい工作です。

この記事で作るもの

緑LEDと赤LEDをそれぞれの席に置く
2つのボタンを構えて、出題者が「スタート!」と合図
先に押した方のLEDだけが光る
もう片方を押しても反応しない (テレビと同じ)
リセットボタンで次の問題へ

使う部品

部品	役割	個数
Arduino UNO R3	装置の頭脳	1
LED (緑、赤)	勝者のランプ	各1
抵抗330Ω	LEDを保護	2
タクトスイッチ	早押しボタン	3 (Aさん、Bさん、リセット)
パッシブブザー	勝者の合図音	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	10本前後

親子での分担のすすめ

全部を一緒にやると進みません。次のように分担すると親子ともストレスなく進められます。

工程	親の役割	子の役割
部品の準備	キットから必要な物を取り出す	表に並べて確認
配線	配線図を見せる、見守る	実際に挿す
書き込み	PCの準備、IDEの操作	USBの接続、書き込みボタン
動作確認	動かない時の原因を一緒に考える	遊んでみる、感想を言う

大事なのは、親が先回りして全部やらないことです。子どもが詰まったら一緒に考える、というスタンスで進めましょう。

配線図 (ブレッドボード)

        a b c d e
       +─────────+
[+]rail| . . . . . | ← 使わない (今回は内蔵プルアップのみ)
[-]rail| . . . . . | ← GND (Arduino GND から)
       +─────────+
row 3  | X . . . . | ← SW_A (D2)
row 5  | X . . . . | ← SW_A 反対足 ([-]rail)
row 7  | X . . . . | ← SW_B (D3)
row 9  | X . . . . | ← SW_B 反対足 ([-]rail)
row 11 | X . . . . | ← SW_R リセット (D4)
row 13 | X . . . . | ← SW_R 反対足 ([-]rail)
row 17 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D7 から)
row 18 | X . . . . | ← 330Ω 下足+緑LED アノード
row 20 | X . . . . | ← 緑LED カソード ([-]rail)
row 23 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D8 から)
row 24 | X . . . . | ← 330Ω 下足+赤LED アノード
row 26 | X . . . . | ← 赤LED カソード ([-]rail)
row 29 | X . . . . | ← ブザー+足 (D9 から)
row 30 | X . . . . | ← ブザー-足 ([-]rail)
       +─────────+

部品同士のつながり

Arduino   役割
  D2  ←──  Aさん早押しボタン
  D3  ←──  Bさん早押しボタン
  D4  ←──  リセットボタン
  D7  ──→  緑LED (Aさん勝利)
  D8  ──→  赤LED (Bさん勝利)
  D9  ──→  パッシブブザー

ボタンは中央の溝をまたぐように挿して、対角の2本のうち片方をArduinoのピン、もう片方をGNDに繋ぐだけです。プルアップは内蔵を使うので、抵抗は不要です。LEDはそれぞれ330Ω抵抗を直列に入れます。

プログラム

次のスケッチをコピーして書き込みましょう。

#define BTN_A 2
#define BTN_B 3
#define BTN_RESET 4
#define LED_A 7
#define LED_B 8
#define BUZZER 9

int winner = 0;  // 0=未決, 1=Aさん, 2=Bさん

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(BTN_A, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BTN_B, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BTN_RESET, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_A, OUTPUT);
  pinMode(LED_B, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  Serial.println("早押しクイズランプ 準備完了!");
}

void loop() {
  if (winner == 0) {
    if (digitalRead(BTN_A) == LOW) {
      winner = 1;
      digitalWrite(LED_A, HIGH);
      tone(BUZZER, 1500, 300);
      Serial.println("Aさんの勝ち!");
    } else if (digitalRead(BTN_B) == LOW) {
      winner = 2;
      digitalWrite(LED_B, HIGH);
      tone(BUZZER, 1000, 300);
      Serial.println("Bさんの勝ち!");
    }
  }
  if (digitalRead(BTN_RESET) == LOW) {
    winner = 0;
    digitalWrite(LED_A, LOW);
    digitalWrite(LED_B, LOW);
    Serial.println("リセット!");
    delay(300);
  }
}

動きの流れ

flowchart TD A[起動] --> B{"勝者
未決?"} B -->|Yes| C{"Aを
押した?"} C -->|Yes| D["緑LED + 高音
勝者=Aさん"] C -->|No| E{"Bを
押した?"} E -->|Yes| F["赤LED + 低音
勝者=Bさん"] E -->|No| B D --> G{リセット?} F --> G G -->|Yes| H["全消灯
勝者なし"] G -->|No| G H --> B B -->|No| G