Arduinoで複数センサーを同時に使う方法｜値の取得・配列・タイミング制御

01大前提：Arduinoの「同時」は超高速の「順番」

複数センサーを扱う前に、まず知っておきたい、Arduinoの内部の仕組みです。

センサーが3つ、4つと増えても、1つあたり約100マイクロ秒程度なので、合計しても1ミリ秒に満たないことがほとんどです。つまり、「複数のアナログセンサーを順番に読む」こと自体は、速度の面ではほとんど問題になりません。本当に気をつけるべきなのは、この後に説明する「delay()を使った待ち時間」や「配線・電源」の方です。

ただし例外もあります。超音波距離センサー（HC-SR04など）で使うpulseIn()という関数は、電気信号が戻ってくるまで数十〜数万マイクロ秒、プログラムの実行を止めて待ち続けます。こうした「待たされる」命令が混ざっている場合は、後述する5章のタイミング制御がとても重要になります。

02配列（array）でセンサー値を一元管理する

センサーが増えるほど、変数をバラバラに管理すると大変になります。そこで役立つのが「配列」です。

変数を個別に書く場合（センサーが増えると大変）

// センサーが3つあると、変数も3つ必要
int sensorValueA0 = analogRead(A0);
int sensorValueA1 = analogRead(A1);
int sensorValueA2 = analogRead(A2);

Serial.print(sensorValueA0);
Serial.print(",");
Serial.print(sensorValueA1);
Serial.print(",");
Serial.println(sensorValueA2);

配列を使う場合（センサーが増えても書き方は変わらない）

// 使うピンの一覧を配列にまとめる
const int sensorPins[] = {A0, A1, A2};
const int NUM_SENSORS = 3;   // センサーの数
int sensorValues[NUM_SENSORS]; // 読み取った値を入れる箱（ロッカー）

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // for文で全センサーを順番に読み取る
  for (int i = 0; i < NUM_SENSORS; i++) {
    sensorValues[i] = analogRead(sensorPins[i]);
  }

  // まとめて表示する
  for (int i = 0; i < NUM_SENSORS; i++) {
    Serial.print(sensorValues[i]);
    if (i < NUM_SENSORS - 1) Serial.print(",");
  }
  Serial.println();

  delay(200);
}

このコードの良いところは、センサーを4つ、5つに増やしたいときも、sensorPins[]の中身とNUM_SENSORSの数字を変えるだけで済む点です。for文の中身を書き直す必要はありません。センサーの種類が増えても、管理すべき場所が1箇所に集約されるため、バグも減らせます。

03複数のアナログセンサーを同時に読む

実際によく使われる、複数のアナログセンサーの組み合わせで試してみましょう。

const int sensorPins[] = {A0, A1, A2};
const char* sensorNames[] = {"明るさ", "ボリューム", "土壌湿度"};
const int NUM_SENSORS = 3;
int sensorValues[NUM_SENSORS];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < NUM_SENSORS; i++) {
    sensorValues[i] = analogRead(sensorPins[i]);
  }

  for (int i = 0; i < NUM_SENSORS; i++) {
    Serial.print(sensorNames[i]);
    Serial.print(": ");
    Serial.print(sensorValues[i]);
    Serial.print("  ");
  }
  Serial.println();

  delay(300);
}

04複数のデジタルセンサーを同時に読む

タクトスイッチや人感センサーなど、ON/OFFのデジタルセンサーを複数扱う場合も、考え方は同じです。

const int switchPins[] = {2, 3, 4};   // タクトスイッチ3個
const int NUM_SWITCHES = 3;
int switchStates[NUM_SWITCHES];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  for (int i = 0; i < NUM_SWITCHES; i++) {
    pinMode(switchPins[i], INPUT_PULLUP); // 内部プルアップ抵抗を使う
  }
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < NUM_SWITCHES; i++) {
    switchStates[i] = digitalRead(switchPins[i]);
  }

  for (int i = 0; i < NUM_SWITCHES; i++) {
    // INPUT_PULLUPは「押すとLOW」になる点に注意
    Serial.print(switchStates[i] == LOW ? "押されている" : "離されている");
    Serial.print("  ");
  }
  Serial.println();

  delay(50);
}

digitalRead()はADCを使わないため、1章で説明した「順番待ち」のロスがほとんどありません。タクトスイッチやPIR人感センサー（HC-SR501）のようなON/OFFセンサーなら、何個増やしても速度面の心配はほぼ不要です。

05delay()を使わないタイミング制御

複数センサーを扱うときに、もっともつまずきやすいのが「タイミング制御」です。ここが本記事の核心です。

温度センサーは2秒に1回、光センサーは0.5秒に1回、距離センサーは0.1秒に1回……のように、センサーごとに「ちょうどいい確認頻度」が違うことはよくあります。それぞれにdelay()を使うと、合計の待ち時間が足し算されてしまい、全体の反応がどんどん遅くなります。この問題を解決するのが、millis()という「経過時間を測る関数」を使った書き方です。

millis()を使った非ブロッキング（止まらない）タイミング制御

unsigned long lastTempRead = 0;
unsigned long lastLightRead = 0;
unsigned long lastDistanceRead = 0;

const unsigned long TEMP_INTERVAL = 2000;      // 2秒ごと
const unsigned long LIGHT_INTERVAL = 500;      // 0.5秒ごと
const unsigned long DISTANCE_INTERVAL = 100;   // 0.1秒ごと

void loop() {
  unsigned long now = millis(); // 現在の経過時間を取得

  // 温度センサー（2秒ごと）
  if (now - lastTempRead >= TEMP_INTERVAL) {
    lastTempRead = now;
    int tempValue = analogRead(A0);
    Serial.print("温度: ");
    Serial.println(tempValue);
  }

  // 光センサー（0.5秒ごと）
  if (now - lastLightRead >= LIGHT_INTERVAL) {
    lastLightRead = now;
    int lightValue = analogRead(A1);
    Serial.print("明るさ: ");
    Serial.println(lightValue);
  }

  // 距離センサー（0.1秒ごと）
  if (now - lastDistanceRead >= DISTANCE_INTERVAL) {
    lastDistanceRead = now;
    int distanceValue = analogRead(A2);
    Serial.print("距離: ");
    Serial.println(distanceValue);
  }

  // delay()を使わないので、loop()は常にぐるぐる回り続ける
}

06配線・電源面の注意点

センサーが増えると、ソフトだけでなく「配線」と「電源」にも気を配る必要が出てきます。

07応用：同じI2Cセンサーを複数つなぐには

OLEDディスプレイやジャイロセンサーなどで使われるI2C通信は、複数台つなぐ際に特有の注意点があります。

解決策①：アドレスを変更できるセンサーを使う

センサーによっては、基板上のジャンパー（はんだブリッジ）やピンの接続を変えることで、I2Cアドレスを切り替えられる機種があります。この場合は、配線の変更だけで複数台を見分けられるようになります。

解決策②：I2Cマルチプレクサ（TCA9548Aなど）を使う

アドレスを変更できないセンサーの場合は、「TCA9548A」のようなI2Cマルチプレクサ（複数の回線を切り替える部品）を使います。Arduinoから見ると、マルチプレクサの8つの「チャンネル」それぞれに、同じアドレスのセンサーを1個ずつつないでおき、プログラム側で「今はチャンネル0と話す」「次はチャンネル1と話す」と切り替えながら通信します。

#include <Wire.h>

#define TCA9548A_ADDR 0x70  // マルチプレクサ自体のアドレス（代表的な例）

void selectChannel(uint8_t channel) {
  Wire.beginTransmission(TCA9548A_ADDR);
  Wire.write(1 << channel); // 指定したチャンネルだけを有効にする
  Wire.endTransmission();
}

void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  for (uint8_t ch = 0; ch < 2; ch++) {  // チャンネル0と1に同じセンサーがある例
    selectChannel(ch);
    // ここで、通常どおりそのセンサー用のライブラリ関数を呼び出す
    // 例：float temp = sensor.readTemperature();
    delay(10);
  }
}

なお、TCA9548Aのアドレス（0x70など）は製品や配線（A0〜A2ピンの接続）によって変わることがあるため、お使いの機種のデータシートで必ず確認してください。

08よくあるトラブルQ&A

複数センサーを扱うときに、よく起きるトラブルをまとめました。

09まとめ：複数センサー設計の基本方針

複数センサーをうまく扱えるようになると、Arduinoでできることの幅は一気に広がります。まずは2〜3個の簡単なセンサーから、配列とmillis()の組み合わせを練習してみてください。