注釈

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2.12 光を感じる

このレッスンでは、 フォトレジスター （光依存型抵抗器またはLDRとも呼ばれる）をRaspberry Pi Pico 2と共に使用して光の強度を測定する方法を学びます。フォトレジスターは受け取る光の量に基づいて抵抗値が変化します。明るい光では抵抗値が低くなり、周囲の光の変化を検出するのに理想的です。

必要なもの

このプロジェクトには、以下のコンポーネントが必要です。

全てのキットを購入するのが便利ですが、こちらがリンクです：

名前

このキットのアイテム

リンク

Newton Lab Kit

450以上

Newton Lab Kit

個別に購入することもできます。以下のリンクからどうぞ。

SN

コンポーネント

数量

リンク

1

Raspberry Pi Pico 2

1

購入

2

Micro USBケーブル

1

3

ブレッドボード

1

購入

4

ジャンパーワイヤー

数本

購入

5

抵抗器

1(10KΩ)

購入

6

フォトレジスター

1

購入

回路図

sch_photoresistor

この回路では、10Kの抵抗器とフォトレジスターが直列に接続され、電圧分割器を形成しています。GP28はフォトレジスターの電圧を読み取り、10Kの抵抗器は電流を制限することで保護します。

  • 明るい光: フォトレジスターの抵抗値が減少し、その電圧とGP28の読み取り値が低下します。強い光の下で、その抵抗値はほぼゼロに近づき、GP28はほぼ0を読み取ります。この時、10Kの抵抗器が保護役割を果たし、3.3VとGNDが短絡するのを防ぎます。

  • 暗闇: フォトレジスターの抵抗値が増加し、その電圧とGP28の値が上がります。完全な暗闇では、その抵抗値はほぼ無限大に近く（10Kの抵抗器は無視できます）、GP28はほぼ1023を読み取ります。

計算式は以下の通りです。

Digital Value = (Analog Voltage/3.3V) * 1023

配線図

wiring_photoresistor

コードの書き方

注釈

  • ファイル 2.12_feel_the_light.ino を newton-lab-kit/arduino/2.12_feel_the_light から開くことができます。

  • あるいは、このコードを Arduino IDE にコピーしてください。

  • Raspberry Pi Pico 2 ボードと正しいポートを選択し、「Upload」をクリックします。

const int sensorPin = 28;   // GP28（ADC2）に接続されたフォトレジスター

void setup() {
  Serial.begin(115200);    // シリアルモニターを初期化
}

void loop() {
  // フォトレジスターからアナログ値を読み取る
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // シリアルモニターにセンサー値を出力
  Serial.println(sensorValue);
  delay(500);  // 次の読み取り前に半秒待つ
}

コードが実行され、シリアルモニターが開かれている時：

  • センサー値の観察：

    フォトレジスターからのアナログ値を表す数字の流れが見えるはずです。

  • フォトレジスターとのインタラクション：

    • フラッシュライトやランプをフォトレジスターに当てると、センサー値は減少します（光が多いほど抵抗が減少するため）。

    • フォトレジスターを手で覆ったり、暗い場所に置くと、センサー値は増加します（光が少ないほど抵抗が増加するため）。

コードの理解

  1. センサーピンの定義：

    sensorPinをGPIO 28に割り当てます。これはアナログ入力に接続されています。

    const int sensorPin = 28;   // GP28（ADC2）に接続されたフォトレジスター

  2. シリアル通信の初期化：

    シリアル通信を開始し、シリアルモニターにメッセージを出力できるようにします。

    Serial.begin(115200);

  3. アナログ値の読み取り：

    sensorPinでアナログ電圧を読み取り、0から1023の間の値を返します。

    int sensorValue = analogRead(sensorPin);

  4. センサー値の出力：

    センサー値をシリアルモニターに出力します。

    Serial.println(sensorValue);

  5. ディレイの追加：

    次の読み取りまで500ミリ秒待ちます。

    delay(500);

電圧への変換

実際に読み取られる電圧値を見たい場合は、コードを以下のように修正できます：

const int sensorPin = 28;   // GP28（ADC2）に接続されたフォトレジスター

void setup() {
  Serial.begin(115200);    // シリアルモニターを初期化
}

 void loop() {
   int sensorValue = analogRead(sensorPin);
   // アナログ読み取りを電圧に変換
   float voltage = sensorValue * (3.3 / 1023.0);
   Serial.print("Sensor Value: ");
   Serial.print(sensorValue);
   Serial.print("  Voltage: ");
   Serial.print(voltage);
   Serial.println(" V");
   delay(500);
 }

さらなる探求

  • 光に基づいてLEDを制御する：

    フォトレジスターを使用して、光のレベルに基づいてLEDの明るさを制御するか、オン/オフします。

  • データログ：

    環境の変化を監視するために、時間とともに光の強度を記録します。

  • ナイトライトの作成：

    暗くなると自動的に点灯するライトを作成します。

まとめ

このレッスンでは、フォトレジスターをRaspberry Pi Picoと共に使用して光の強度を測定する方法を学びました。電圧分割回路からアナログ電圧を読み取ることにより、光のレベルの変化を検出し、この情報をプロジェクトに活用できます。