注釈

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3.3 RGB LEDストリップの制御

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2 WとMicroPythonを使用して、 RGB LEDストリップ （具体的にはWS2812タイプ）の制御方法を学びます。

WS2812は、制御回路とRGBチップを5050サイズのLEDパッケージに統合したスマートLEDです。各LEDには独自のビルトインコントローラーがあり、単一のデータラインを使用して各LEDを個別に制御できます。これにより、ストリップ上の各LEDの色と明るさを独立して変更することができます。

必要なコンポーネント

このプロジェクトに必要なコンポーネントは以下の通りです。

全キットを購入するのが便利です。こちらがリンクです：

名前

このキットのアイテム

購入リンク

Pico 2 W Starter Kit

450+

Pico 2 W Kit

以下のリンクから個別に購入することもできます。

SN

コンポーネントの紹介

数量

購入リンク

1

Pico 2 Wの概要

1

2

マイクロUSBケーブル

1

3

ブレッドボード

1

買う

4

ジャンパーワイヤー

複数

買う

5

WS2812 RGB 8LEDストリップ

1

買う

回路図

sch_ws2812

配線

wiring_ws2812

電流の引き出しに注意してください。PicoのVBUSピンは少数のLED（例えば8個）に電力を供給できますが、より多くのLEDを使用する場合は、Picoを過負荷から守るために外部電源が必要になる場合があります。

コードの記述

注釈

  • ファイル 3.3_rgb_led_strip.ino を pico-2w-kit-main/arduino/3.3_rgb_led_strip のパスで開くことができます。

  • または、このコードを Arduino IDE にコピーします。

  • Raspberry Pi Picoボードと正しいポートを選択してから、アップロードボタンをクリックしてください。

  • ここでは Adafruit_NeoPixel ライブラリが使用されています。 ライブラリマネージャ からインストールできます。

    ../_images/lib_neopixel.png 
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PIXEL_PIN    0    // NeoPixelsに接続されたデジタルIOピン
#define PIXEL_COUNT  8    // NeoPixelsの数

// NeoPixelストリップオブジェクトを宣言
Adafruit_NeoPixel strip(PIXEL_COUNT, PIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  strip.begin();           // NeoPixelライブラリを初期化
  strip.show();            // できるだけ早くすべてのピクセルを消灯
}

void loop() {
  // 各ピクセルの色を設定
  strip.setPixelColor(0, strip.Color(255, 0, 0));   // 赤
  strip.setPixelColor(1, strip.Color(0, 255, 0));   // 緑
  strip.setPixelColor(2, strip.Color(0, 0, 255));   // 青
  strip.setPixelColor(3, strip.Color(255, 255, 0)); // 黄色
  strip.setPixelColor(4, strip.Color(0, 255, 255)); // シアン
  strip.setPixelColor(5, strip.Color(255, 0, 255)); // マゼンタ
  strip.setPixelColor(6, strip.Color(255, 255, 255)); // 白
  strip.setPixelColor(7, strip.Color(0, 0, 0));     // 消灯

  strip.show();  // ストリップを新しい内容で更新
  delay(1000);   // 1秒待つ

  // すべてのピクセルを消灯
  strip.clear();
  strip.show();
  delay(1000);   // 1秒待つ
}

コードをアップロードした後、LEDが異なる色で点灯し、1秒間点灯した後、1秒間消灯するのが確認できます。

コードの理解

  1. ライブラリを含む：

    #include <Adafruit_NeoPixel.h>

  2. 定数を定義：

    • PIXEL_PIN: LEDストリップのデータ入力に接続されたGPIOピン（GP0）。

    • PIXEL_COUNT: ストリップ上のLEDの数。

  3. ストリップを初期化：

    NEO_GRB + NEO_KHZ800: 色の順序と通信速度を指定します。

    Adafruit_NeoPixel strip(PIXEL_COUNT, PIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

  4. setup() 関数内：

    • strip.begin(): NeoPixelライブラリを初期化します。

    • strip.show(): すべてのピクセルが消灯されていることを確認します。

  5. loop() 関数内：

    • strip.setPixelColor(index, color): 特定のピクセルの色を設定します。

    • strip.Color(r, g, b): 赤、緑、青の成分（0-255）から24ビットの色値を作成します。

    • strip.show(): 更新された色データをストリップに送信します。

    • strip.clear(): メモリ内のピクセルデータをクリアします（次の show() でピクセルが消灯します）。

応用例：カラーワイプアニメーション

順番に各LEDが点灯するシンプルなアニメーションを作成しましょう。

  • colorWipe() 関数：指定された色で順番に各ピクセルを点灯させます。

  • 異なる色で colorWipe() を呼び出してアニメーションを作成します。

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PIXEL_PIN    0
#define PIXEL_COUNT  8

Adafruit_NeoPixel strip(PIXEL_COUNT, PIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  strip.begin();
  strip.show(); // すべてのピクセルをオフに初期化
}

void loop() {
  colorWipe(strip.Color(255, 0, 0), 50); // 赤
  colorWipe(strip.Color(0, 255, 0), 50); // 緑
  colorWipe(strip.Color(0, 0, 255), 50); // 青
}

void colorWipe(uint32_t color, int wait) {
  for(int i=0; i<strip.numPixels(); i++) {
    strip.setPixelColor(i, color);
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

コードをアップロードした後、LEDは赤、緑、青と順に点灯し、それぞれが1秒間続きます。

応用例：レインボーサイクルアニメーション

  • rainbowCycle() 関数：すべてのピクセルにわたって虹色のサイクルを実行します。

  • ネストされたループが色の滑らかな遷移を作り出します。

  • Wheel() 関数：0から255の位置にわたって虹色を生成します。

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PIXEL_PIN    0
#define PIXEL_COUNT  8

Adafruit_NeoPixel strip(PIXEL_COUNT, PIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  strip.begin();
  strip.show(); // すべてのピクセルをオフに初期化
}

void loop() {
  rainbowCycle(20); // ステップごとに20msの遅延でレインボーサイクル
}

void rainbowCycle(int wait) {
  uint16_t i, j;

  for(j = 0; j < 256 * 5; j++) { // 5回の全色サイクル
    for(i=0; i< strip.numPixels(); i++) {
      strip.setPixelColor(i, Wheel(((i * 256 / strip.numPixels()) + j) & 255));
    }
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

// 0から255の値を入力して色の値を取得します。
// 色はr - g - b - rへと戻る遷移です。
uint32_t Wheel(byte WheelPos) {
  if(WheelPos < 85) {
    return strip.Color(WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0);
  } else if(WheelPos < 170) {
    WheelPos -= 85;
    return strip.Color(255 - WheelPos * 3, 0, WheelPos * 3);
  } else {
    WheelPos -= 170;
    return strip.Color(0, WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3);
  }
}

コードをアップロードした後、LEDストリップはスムーズに色の虹を循環表示するはずです。

さらなる探求

  • カスタムアニメーションの作成：

    • 異なる色やアニメーションを試してみましょう。

    • 複数のアニメーション機能を組み合わせてみましょう。

  • センサーへの応答：

    センサーからの入力を使って、LEDの色やパターンを変更します。

  • ビジュアライザーの構築：

    音声入力に基づいてLEDを変化させる音楽ビジュアライザーを作成します。

電力に関する考慮事項

  • 電流の引き出し：

    • 各LEDは最大で60mAの電流を引き出すことができます。

    • 8個のLEDの場合、最大で480mAです。

    • 電源が必要な電流を供給できることを確認してください。

  • 外部電源：

    • より大きなストリップや高い明るさの場合は、外部の5V電源を使用してください。

    • 外部電源のグラウンドをPicoのグラウンドに接続します。

結論

このレッスンでは、Raspberry Pi PicoとAdafruit NeoPixelライブラリを使用してWS2812 RGB LEDストリップを制御する方法を学びました。個々のピクセルを操作することで、プロジェクトに素晴らしい視覚効果を作成できます。