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1.9 NeoPixel LEDストリップ

はじめに

このプロジェクトでは、Raspberry Pi の SPI 通信を使用して、アドレサブル RGB LED ストリップ（NeoPixel）を制御する方法を学びます。NeoPixel は各 LED にドライバを内蔵した高機能な RGB LED で、チェーン接続された各 LED を個別に制御できます。このプロジェクトでは、基本的な色制御と、LED ストリップ全体をさまざまな色で点灯させる方法を紹介します。

必要なもの

このプロジェクトを完了するには、以下のコンポーネントが必要です。

COMPONENT	PURCHASE LINK
Circular WS2812 LED Module	-
ジャンパーワイヤー	購入
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

配線図

セットアップ手順

コードを実行する前に、必要なライブラリをインストールする必要があります。

このライブラリは、SPI 通信を使用して NeoPixel LED を制御するために必要な機能を提供します。
```
sudo pip3 install adafruit-circuitpython-neopixel-spi --break
```
このチュートリアルで使用するすべてのサンプルコードは、 ai-lab-kit ディレクトリに含まれています。以下の手順に従ってサンプルを実行してください。
```
cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 1.9_NeoPixel.py
```
このスクリプトを実行すると、WS2812 LED モジュールは 3 色の単色表示を順番に繰り返します。
- すべての LED が赤で 1 秒間点灯します
- すべての LED が緑で 1 秒間点灯します
- すべての LED が青で 1 秒間点灯します
各色を表示した後、LED は短時間消灯してから、再び同じサイクルを繰り返します。動作中は、現在の色名がターミナルに表示されます。

コード

以下の Python コードは、NeoPixel LED ストリップを制御し、さまざまな色を順番に表示します。

import time               # Used for delays
import board              # Provides board-specific pin definitions
import neopixel_spi as neopixel   # NeoPixel SPI driver

# Create an SPI object using the default SPI bus of the board
spi = board.SPI()

LED_COUNT = 12  # Number of LED pixels in the strip
PIXEL_ORDER = neopixel.GRB  # Color order used by the LEDs (Green, Red, Blue)

# Create a NeoPixel strip object over SPI
# auto_write=False means we must call strip.show() to update the LEDs
strip = neopixel.NeoPixel_SPI(spi, LED_COUNT, pixel_order=PIXEL_ORDER, auto_write=False)

time.sleep(0.01)   # Short delay to ensure the strip is ready

strip.fill(0)      # Turn all pixels off (color value 0 = off)
strip.show()       # Send the data to the LED strip

try:
   while True:
      print("RGB test")

      # Display red on all LEDs
      print("Red")
      strip.fill((255, 0, 0))  # Full red, no green, no blue
      strip.show()
      time.sleep(1)

      # Display green on all LEDs
      print("Green")
      strip.fill((0, 255, 0))  # Full green
      strip.show()
      time.sleep(1)

      # Display blue on all LEDs
      print("Blue")
      strip.fill((0, 0, 255))  # Full blue
      strip.show()
      time.sleep(1)

      # Turn all LEDs off
      # print("Off for 10 seconds")
      strip.fill((0, 0, 0))    # All channels 0 = off
      strip.show()
      time.sleep(1)

# Gracefully handle script termination (e.g., via KeyboardInterrupt)
except KeyboardInterrupt:
   pass

この Python スクリプトは、NeoPixel SPI ドライバを使用して、12 個の LED を備えた WS2812 リングの基本制御を行う例です。実行すると、次のように動作します。

スクリプトは SPI インターフェースを初期化し、WS2812 LED リングを使用できる状態にします。
すべての LED は、1 秒間隔で赤、緑、青の順に点灯します。
色が切り替わるたびに、その色名がデバッグ用としてコンソールに表示されます。
各サイクルの間に、LED は短時間消灯します。
プログラムは Ctrl+C で中断されるまで継続して実行されます。

コードの解説

ライブラリのインポート

このスクリプトでは、 neopixel_spi ライブラリを使用して、Raspberry Pi の SPI インターフェース経由で WS2812 LED を制御します。
```
import time
import board
import neopixel_spi as neopixel
```

SPI と NeoPixel の設定

SPI バスを初期化し、12 個の LED と必要な色順序（GRB）で NeoPixel リングを設定します。

spi = board.SPI()
LED_COUNT = 12
PIXEL_ORDER = neopixel.GRB

strip = neopixel.NeoPixel_SPI(
    spi,
    LED_COUNT,
    pixel_order=PIXEL_ORDER,
    auto_write=False
)

LED の初期化

短い待機時間を入れて LED の準備が整ったことを確認したあと、すべてのピクセルを消灯します。
```
time.sleep(0.01)
strip.fill(0)
strip.show()
```
メインの色切り替えループ

無限ループの中で、LED リング全体を赤、緑、青の単色で順番に点灯させます。各色は 1 秒間表示されます。
```
while True:
    strip.fill((255, 0, 0))  # Red
    strip.show()
    time.sleep(1)
    # Similar code for green and blue...
```

5. 色の形式

色は (red, green, blue) の RGB タプルで定義し、各値は 0〜255 の範囲で指定します。
strip.fill((0, 255, 0))  # Example: green

トラブルシューティング

LED リングが正しく点灯しない
- 原因: 配線ミス、または電源不足
- 解決方法: VCC が 5V であること、GND が共通であること、そしてデータ線が DIN（場合によっては RGB と表記）に接続されていることを確認してください。
色が正しく表示されない
- 原因: LED の色順序が一致していない
- 解決方法: neopixel.RGB や neopixel.GRBW など、別の pixel order を試してください。
SPI が動作しない
- 原因: SPI が無効になっている、またはハードウェア競合が発生している
- 解決方法: sudo raspi-config を使用して SPI を有効にしてください。
ライブラリのインポートに失敗する
- 原因: 依存ライブラリが不足している
- 解決方法:
sudo pip3 install adafruit-circuitpython-neopixel-spi --break

発展アイデア

特定の LED を異なる色で点灯させることで、簡単なパターンを作成したり、リング上の特定の位置を強調したりできます。
```
strip[0] = (255, 0, 0)
strip.show()
```
計算された RGB 値を順番に変化させることで、すべての LED に滑らかなレインボー遷移を作り出せます。
```
strip.fill(wheel(50))
strip.show()
```
1 つずつ LED を点灯させ、ほかを消灯したままにすることで、追いかけるようなアニメーション効果を作ることができます。
```
strip[i] = (0, 255, 0)
strip.show()
```
brightness 属性を調整することで、LED リング全体の明るさを下げたり上げたりできます。
```
strip.brightness = 0.3
```

まとめ

このサンプルでは、Raspberry Pi の SPI を使用して WS2812 の 12-LED リングを制御する方法を紹介しました。わずかなコードで色の切り替え、アニメーションの作成、各 LED の個別制御を実現できます。そのため、WS2812 リングはインジケーターライト、ロボティクス、装飾演出、インタラクティブなビジュアルプロジェクトに最適です。