LEDスキャナー自作ガイド：MOSFET・Arduino・TLC5940で作る16チャンネルチェイサー

LEDは近年、安価で入手しやすい光源となり、様々な美しいライトプロジェクトに活用されています。その一つが「LEDスキャナー」です。LEDスキャナーは、強烈な電子ディミング光で照明セットアップを強化し、目を引く効果を生み出します。また、内蔵自動プログラムで防犯システムを強化し、クレジットカード情報の盗難防止にも役立ちます。ただし、高出力になるほどコストが上がります。

本記事では、多くの部品を実装したりプリント基板を作ったりせずに、シンプルなLEDスキャナーを構築する方法を4ステップで解説します。バックアンドフォース効果でチェイサー効果を実現し、測定精度の内訳も確認できます。

シンプルLEDスキャナー回路の構築手順

MOSFET、Arduino、16個のLEDを使用したLEDスキャナーの作り方を説明します。まず回路図を確認しましょう。

回路図1、Arduino接続図、TLC5940接続図を参照

ステップ1：材料・寸法・部品の準備

• 10W LEDライト × 16
• 750Ω 1W 抵抗 × 1
• TLC5940 ブレークアウトボード × 1
• ヒートシンク × 16
• 1/2″ × 1-1/2″ 6ft アルミアングル材 × 1
• 12V電源 × 1
• LEDスキャナースタンド × 1
• Arduino Pro Mini ボード × 1
• 2N3904 トランジスタ × 1
• 22ゲージ配線（信号用）
• 18ゲージ配線（電源用）
• ネジ・ナット、はんだごて、はんだ、タップ、ドリル、熱収縮チューブ、タイラップ

ステップ2：LEDモジュールの製作

各LEDモジュールには定電流レギュレーターが必要です。まずヒートシンクに4-40ネジ穴を開けLEDを取り付け。アルミアングル材に8-32ネジ穴を開け、ヒートシンクを4-40ネジで固定。トランジスタのリードを加工：エミッタリードをヒートシンク向きに曲げ、中央リードは直立、右リードを90度曲げて基本寸法に合わせる。他のリードを45度広げ、端にハーフループを作成（絶対誤差を避けるため精密作業）。ハーフループをヒートシンクリードに接続、右端リードに75Ω抵抗を接続、90度曲げたリードでグランド接続用ループを形成。精密な測定と測定精度の確認を推奨。ヒートシンク中央リードをLEDモジュールのカソード（負極）に接続。これを16モジュール分繰り返します。

ステップ3：Arduinoとブレークアウトボードの接続

電源用に両ボードのグランドを共通接続。Arduinoの非レギュレート正電圧入力ピン（RAW）をブレークアウトボードのVCCピンに接続（絶対誤差率回避）。両ボードとも+5Vレギュレーターを搭載（最大17V対応）。回路実装前にArduinoをプログラミング。

プログラム概要： フェード機能を1つのLEDに割り当て、40msec待機後次のLEDへ。各LEDのフェード時間470msec。片方向スキャン完了後、逆方向へスキャン。片方向のみにも変更可能。フェード値を0〜4095（フルオン〜フルオフ）で設定。

#include "Tlc5940.h"
#include "tlc_fades.h"
TLC_CHANNEL_TYPE channel;
void setup() { Tlc.init(4095); }
uint16_t duration = 470;
int maxValue = 4095;
int fadeTime = 40;
uint32_t startMillis, endMillis;
void loop() {
  if (tlc_fadeBufferSize == 0) {
    startMillis = millis();
    endMillis = startMillis + duration;
    for (int i=0; i<16; ++i) {
      tlc_addFade(15-i, 0, maxValue, startMillis+fadeTime*i, endMillis+fadeTime*i);
    }
  }
  tlc_updateFades(); delay(5);
  if (tlc_fadeBufferSize == 0) {
    startMillis = millis();
    endMillis = startMillis + duration;
    for (int i=0; i<16; ++i) {
      tlc_addFade(i, 0, maxValue, startMillis+fadeTime*i, endMillis+fadeTime*i);
    }
  }
  tlc_updateFades(); delay(5);
}

ステップ4：LEDモジュールの取り付け

アルミアングル材に均等間隔で16個の穴を開け、LEDモジュールを取り付け。Arduinoとブレークアウトボード用の穴も追加。8-32ネジでヒートシンクをアルミに固定。全モジュールを電源線とグランド線に接続。16個のLEDを4セットに分け、各セットを1箇所で18ゲージワイヤーで接続。4つの電源線と基板電源線を16ゲージワイヤーでまとめ、12V電源に接続。電源線完了後、各LEDモジュールの制御線を接続し、トランジスタのコレクタピンをブレークアウトボードに接続。タイラップで配線を整理。接続を再確認し、誤配線によるLED破損を防止。問題なければ電源投入し、コンパクトLEDスキャナーの発光を確認。

まとめ

LEDスキャナーには定電流レギュレーターが必須です。本回路では2N3904 NPNトランジスタを主要部品として使用。順方向バイアス時のベース-エミッタ間電圧降下が電流検知抵抗に働き、ここにLEDからの電流がグラウンドへ流れます。定電流レギュレーターは3バージョンに対応：①制御なしの定電流供給、②Arduinoボードからの直接制御、③SparkFunブレークアウトボードからの制御。ご質問があればお気軽にお問い合わせください。