50連フルカラーLEDを制御してお家クリスマスイルミネーション

この記事は HRBrain Advent Calendar 2021 11日目の記事です。

qiita.com

こんにちは。
HRBrainで人事評価サービスのフロントエンド開発を担当している川口です。

去年のAdvent Calendarでは真面目にフロントエンドの記事を書いてましたが、今年はかなり脱線して電子工作でクリスマスツリーにイルミネーションを設置した話をご紹介します。

去年の記事もよかったらこちらからどうぞ。

times.hrbrain.co.jp

完成品のクリスマスツリー

こんな感じでビカビカになります。

youtu.be

必要な部品

Raspberry Pi

3や4が望ましいです。
最新のRaspberryPi OSをインストールして初期設定を完了させておいてください。

50連フルカラーLED

WS2811というICチップを内蔵している50連フルカラーLEDライトです。
以下の商品などで大丈夫です。

www.amazon.co.jp

5V ACアダプター

LEDの電源供給用です。
50連LEDをRaspbery Piから給電してしまうと壊れてしまうため、別途電源を用意します。
以下の商品などで大丈夫です。

www.amazon.co.jp

ブレッドボード用DCジャック

ブレッドボードとACアダプターを接続するためのDCジャックです。
以下の商品などで大丈夫です。

akizukidenshi.com

ブレッドボードとジャンパワイヤ

適当なもので大丈夫です。

配線

以下の図のように部品を配線します。

f:id:hrb-goodtea0223:20211211004333p:plain

テキストで記すと以下の配線になってます。

Raspberry Pi GND <-----> DCジャックのマイナス
Raspberry Pi GPIO 18 <-----> LEDのData in (リンクの商品だと緑線)
DCジャックのマイナス <-----> LEDのGND (リンクの商品だと白線)
DCジャックのプラス <-----> LEDの+5V (リンクの商品だと赤線)

あとはDCジャックにACアダプタを挿せばOKです。

ライブラリインストール

Raspberry Pi

$ git clone https://github.com/jgarff/rpi_ws281x
$ sudo apt-get install scons
$ cd ./rpi_ws281x
$ scons

Python

$ sudo pip3 install rpi_ws281x

サンプルの実行

PythonでフルカラーLEDを制御するサンプルを落としてきて実行します。

サンプルコードはこちらからも確認できます。
https://github.com/rpi-ws281x/rpi-ws281x-python/tree/master/examples

$ git clone https://github.com/rpi-ws281x/rpi-ws281x-python
$ cd ./rpi-ws281x-python/example
$ chmod 755 *.py
$ sudo python3 strandtest.py

どうでしょうか？
うまくいけば動画のようにビカビカになるかと思います。
（まだコードを修正していないので16個しか光りません）

サンプルコードをいじっていい感じにする

さて、サンプルのままでは全てのLEDが光らなかったりイルミネーションが物足りなかったりするため、いい感じにいじっていきます。

LEDの数を指定

今回は50連LEDを使っているため50を指定します。

# LED_COUNT = 16        # Number of LED pixels.
LED_COUNT = 50

GPIOの番号を指定

今回はRaspberryPi上のGPIO 18とLEDのData inを接続しているため、18を指定します。
（サンプルでは初めから18が設定されているためそのままでOKです。）

LED_PIN = 18          # GPIO pin connected to the pixels (18 uses PWM!).

イルミネーションOFFの処理を追加

イルミネーションをOFFにする際、きれいに消えるように専用の処理を追加しておきます。

def cleanup(strip):
    colorWipe(strip, Color(0, 0, 0), 10)
    sys.exit(1)

mainの処理を変更

元のサンプルだと決められた順番で決められたイルミネーションがループし続け味気ないため、以下のような修正を加えていきます。

5種類のイルミネーションをランダムで実行
イルミネーションのカラーを追加してバリエーションを増やす
12回ごとに30秒の小休憩を入れる
プロセス終了時に cleanup 関数を走らせる

# Main program logic follows:
if __name__ == '__main__':
    # Process arguments
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('-c', '--clear', action='store_true', help='clear the display on exit')
    args = parser.parse_args()

    # Create NeoPixel object with appropriate configuration.
    strip = PixelStrip(LED_COUNT, LED_PIN, LED_FREQ_HZ, LED_DMA, LED_INVERT, LED_BRIGHTNESS, LED_CHANNEL)
    # Intialize the library (must be called once before other functions).
    strip.begin()

    # プロセス終了時にcleanupを実行
    sig_handler = lambda signum, frame, strip2=strip: cleanup(strip2)
    signal.signal(signal.SIGTERM, sig_handler)
    signal.signal(signal.SIGINT, sig_handler)

    print('Press Ctrl-C to quit.')
    if not args.clear:
        print('Use "-c" argument to clear LEDs on exit')

    try:
        count = 0
        while True:
            num = random.randint(1, 5)

            if num == 1:
                print('1: Color wipe animations.\n')
                colorWipe(strip, Color(255, 0, 0), 20)  # Red wipe
                colorWipe(strip, Color(255, 255, 0), 20)
                colorWipe(strip, Color(0, 255, 0), 20)  # Blue wipe
                colorWipe(strip, Color(0, 255, 255), 20)
                colorWipe(strip, Color(0, 0, 255), 20)  # Green wipe
            elif num == 2:
                print('2: Theater chase animations.\n')
                theaterChase(strip, Color(255, 0, 0), 150, 5)  # White theater chase
                theaterChase(strip, Color(255, 255, 0), 150, 5)
                theaterChase(strip, Color(0, 255, 0), 150, 5)  # Red theater chase
                theaterChase(strip, Color(0, 255, 255), 150, 5)
                theaterChase(strip, Color(0, 0, 255), 150, 5)  # Blue theater chase
            elif num == 3:
                print('3: Rainbow animations.\n')
                rainbow(strip, 15, 6)
                colorWipe(strip, Color(255, 255, 255), 15)
            elif num == 4:
                rainbowCycle(strip, 15, 6)
                colorWipe(strip, Color(255, 255, 255), 15)
            elif num == 5:
                print('5: Rainbow chase animations.\n')
                theaterChaseRainbow(strip, 150)

            count += 1

            if count % 12 == 0:
                colorWipe(strip, Color(255, 255, 255), 10)
                colorWipe(strip, Color(0, 0, 0), 10)
                time.sleep(30)

    except KeyboardInterrupt:
        if args.clear:
            colorWipe(strip, Color(0, 0, 0), 10)