【自由研究】初心者キットで作る「太陽追っかけ装置」｜明るい方を向くサーボの実験

太陽の方向を自動で追いかける装置を作ろう

自由研究で「動く」装置を作りたいんだ。サーボモータを使うやつ。

じゃあ「太陽追っかけ装置」はどう? CdSセンサーを2つ使って、明るい方向にサーボがゆっくり向くんだ。太陽光発電パネルの実物と同じ仕組みなんだよ。

今回は、サーボモータを使った動く工作をしたい中学生・高校生のお子さんに向けて、初心者キットだけで作れる「太陽追っかけ装置」を紹介します。

左右に1個ずつ置いたCdSセンサーで明るさを比べ、明るい方向にサーボがゆっくり首を振る装置です。明るさの差で向きを変える、太陽追尾の基本模型として動きます。再生可能エネルギーの考え方に触れられる研究テーマです。

この記事で作るもの

左右2個のCdSで明るさを比較
明るい方にサーボの首が向く
左右の明るさの差が小さい時は、その場で止まる
動きは滑らかに (急に動かない)

使う部品

部品	役割	個数
Arduino UNO R3	装置の頭脳	1
CdSセンサー	左右の明るさを測る	2
抵抗10kΩ	CdSの分圧	2
サーボモータSG90	首を振る	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

配線図

        a b c d e
       +─────────+
[+]rail| . . . . . | ← 5V (Arduino から)
[-]rail| . . . . . | ← GND (Arduino から)
       +─────────+
row 3  | X . . . . | ← CdS左 上足 ([+])
row 4  | X . . . . | ← CdS左 下足+A0+10k上
row 6  | X . . . . | ← 10k下足 ([-])
row 9  | X . . . . | ← CdS右 上足 ([+])
row 10 | X . . . . | ← CdS右 下足+A1+10k上
row 12 | X . . . . | ← 10k下足 ([-])
       +─────────+

サーボはブレッドボードを介さず直結:
  茶色 → GND
  赤色 → 5V
  橙色 → D9

部品同士のつながり

サーボSG90はキット同梱の電源ピンから動かせますが、動きが不安定ならモバイルバッテリーなど外部5V電源を使い、GNDだけArduinoと共通にしてください。

Arduino       左CdS / 右CdS
  5V    ──→   両方の上足
  A0    ←──   左CdS 中点
  A1    ←──   右CdS 中点
  GND   ──→   両方の10kΩ下足

Arduino       サーボ SG90
  D9    ──→   信号線 (橙)
  5V    ──→   電源 (赤)
  GND   ──→   GND (茶)

プログラム

#include <Servo.h>

#define LEFT_CDS A0
#define RIGHT_CDS A1
#define SERVO_PIN 9

Servo myServo;
int angle = 90;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  myServo.attach(SERVO_PIN);
  myServo.write(angle);
  Serial.println("太陽追っかけ装置 スタート!");
}

void loop() {
  int leftValue = analogRead(LEFT_CDS);
  int rightValue = analogRead(RIGHT_CDS);
  int diff = leftValue - rightValue;

  Serial.print("左: ");
  Serial.print(leftValue);
  Serial.print(" 右: ");
  Serial.print(rightValue);
  Serial.print(" 角度: ");
  Serial.println(angle);

  if (diff > 50 && angle < 180) {
    angle++;
  } else if (diff < -50 && angle > 0) {
    angle--;
  }
  myServo.write(angle);
  delay(50);
}

プログラムの動き

flowchart TD A[起動] --> B[左右CdSを読む] B --> C[差を計算] C --> D{"左が
明るい?"} D -->|Yes| E["角度+1"] D -->|No| F{"右が
明るい?"} F -->|Yes| G[角度-1] F -->|No| H[そのまま] E --> I[サーボへ反映] G --> I H --> I I --> J[50ms待つ] J --> B