屋外対応DMX制御RGB LED投光器 – 低コスト・高性能・自作PCB

必要な部品と材料

Arduino Nano R3 × 1 (中央制御ユニット用)

Adafruit PCA9685 16ch PWMドライバー (I2C) × 1

自作PCB × 複数 (DMX受信基板、15ch PWM分配基板、3ch 350mA定電流ドライバー基板 × 5台分)

安価なIRリモコン付きRGB LED投光器 (10W級) × 5台 (約8€/台)

12V 3.5A 電源 × 1

12V→5V USB充電モジュール (スマホ用) × 1

ワイヤレスDMX受信機 × 1

D-Sub 9ピンコネクター & リボンケーブル × 5セット

防水ボックス、ホットグルー、シリコーンシーラント

使用ソフトウェア

• Arduino IDE
• Freestyler DMX制御ソフト (PC/モバイル)

プロジェクト概要

市販のDMX対応屋外RGB投光器は1台200〜300€と高価です。そこで、IRリモコン付きの安価なRGB LED投光器 (約8€/10W) を購入し、内部のLEDドライバーを自作のDMX対応3ch定電流ドライバー (350mA/ch) に置き換え、5台を中央のArduino Nano + PCA9685 (16ch PWM) で一括制御するシステムを構築しました。ワイヤレスDMX受信機を介してPC/スマホのFreestylerから全15ch (5台 × RGB) を個別制御可能。総費用約110€で実現しました。

システムアーキテクチャ

[Freestyler DMX] → [Wireless DMX TX] → [Wireless DMX RX] 
                                                    ↓
                                          [Arduino Nano + Custom DMX Shield (RS485)]
                                                    ↓ I2C
                                          [PCA9685 16ch PWM] 
                                                    ↓ PWM (15ch)
                              +---------------------+---------------------+
                              |                     |                     |
                        [3ch CC Driver]        [3ch CC Driver]        [3ch CC Driver]
                          (LED 1: R/G/B)         (LED 2: R/G/B)         (LED 3: R/G/B)
                              |                     |                     |
                        [3ch CC Driver]        [3ch CC Driver]        (LED 4, 5 同様)
                          (LED 4: R/G/B)         (LED 5: R/G/B)

ハードウェア詳細

1. 中央制御ボックス (防水)

• Arduino Nano 搭載ユニバーサルDMX基板: RS485トランシーバー (MAX485等) でDMX信号受信、I2C/PWMブレークアウト付き
• PCA9685モジュール: I2Cで16ch 12bit PWM生成 (4096段階)
• 12V電源 → 5V降圧でArduino/PCA9685駆動
• ワイヤレスDMX受信機 (バッテリー駆動可能)
• D-Sub 9ピン × 5 分配基板 (リボンケーブル接続)
• ホットグルー + シリコーンで完全防水 (3週間の豪雨で浸水なし)

2. LED投光器側 (各台)

• 元のIRドライバー基板を取り外し、自作 3ch 350mA 定電流ドライバー基板に交換
• 基板は投光器底部の小さなコンパートメントにジャストフィット
• D-Sub 9ピンケーブルで中央ボックスと接続 (PWM信号 + 12V電源 + GND)
• 各ch: 赤/緑/青 それぞれ 350mA 定電流駆動

3. 色補正 (ホワイトバランス調整)

赤色LEDが緑/青より大幅に明るいため、DMX値 0-255 を PWM 0-4095 にマッピングする際、赤chのみ上限を 1400 に制限してホワイトバランスを取っています。

// 赤chのみマッピング上限を下げる
channelOut[0] = map(channel[0], 0, 255, 0, 1400); // LED1 赤
channelOut[1] = map(channel[1], 0, 255, 0, 4095); // LED1 緑
channelOut[2] = map(channel[2], 0, 255, 0, 4095); // LED1 青
// LED2〜5 も同様

ソフトウェア (Arduinoスケッチ)

DMX版 (本番用)

#include <Conceptinetics.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();
#define DMX_SLAVE_CHANNELS 15
DMX_Slave dmx_slave(DMX_SLAVE_CHANNELS);

int channel[16], channelOut[16];

void setup() {
  Wire.begin();
  pwm.begin();
  pwm.setPWMFreq(120); // 最大PWM周波数
  #ifdef TWBR
    uint8_t twbrbackup = TWBR;
    TWBR = 12; // I2C 400kHz 高速化
  #endif
  
  dmx_slave.enable();
  dmx_slave.setStartAddress(200); // DMX開始アドレス
  
  // 全ch初期化 (LED消灯 = PWM High = 4096)
  for (int i = 0; i <= 14; i++) pwm.setPWM(i, 4096, 0);
}

void loop() {
  // DMX受信 (15ch)
  for (int j = 0; j <= 14; j++) channel[j] = dmx_slave.getChannelValue(j+1);
  
  // 色補正マッピング
  channelOut[0] = map(channel[0], 0, 255, 0, 1400); // R1
  channelOut[1] = map(channel[1], 0, 255, 0, 4095); // G1
  channelOut[2] = map(channel[2], 0, 255, 0, 4095); // B1
  // ... (ch3-14 も同様、赤chのみ1400上限)
  
  // PCA9685出力 (Active Low駆動想定)
  for (int i = 0; i <= 14; i++) {
    if (channelOut[i] == 0) pwm.setPWM(i, 4096, 0);
    else pwm.setPWM(i, 0, 4095 - channelOut[i]);
  }
}

USBデバッグ版 (シリアルから直接RGB指定)

// 形式: "LED番号(0-4), R(0-255), G(0-255), B(0-255)\n"
// 例: "0, 255, 128, 0\n" → LED1をオレンジに
// 完全なコードはプロジェクトページの Code セクションを参照

Freestyler 用フィクスチャ定義

Buzz Comments: "" Outdoor LED 3 0 0 RBG Outdoor.gif 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 3 Red Green Blue
Macros 2 0 0 0 1 0 0 255 0 0 0 0 0 0 255 0 255 0 255 0 255 0 255 0 255 0 255 0 255 0 0 0-0-0-0 -1 Sliders 0

PCB設計データ (Eagle形式)

• ユニバーサルNanoベース (DMX入力 + PWM/I2C出力): universaldmx.sch/.brd
• 5×3ch (15ch PWM) 分配基板: verteiler_dmx.sch/.brd
• 3ch 350mA/12V 定電流ドライバー: 3xksq_rework.sch/.brd

基板製造: platinenbelichter.de 推奨

コスト内訳 (5台分)

項目	費用 (概算)
RGB LED投光器 10W × 5	約 40€
Arduino Nano + PCA9685 + DMXトランシーバー	約 25€
自作PCB一式 (製造費込み)	約 30€
電源、コネクター、ケーブル、防水材料	約 15€
合計	約 110€ (市販品の 1/10 以下)

改良・拡張アイデア

• ESP32/ESP8266でWiFi/Art-Net/sACN対応化
• 各投光器にマイコン (ATtiny等) を搭載し、単体でも動作可能に
• 環境光センサーで自動調光
• DMXアドレスをディップスイッチ/EEPROMで可変に
• 防水コネクター (M12等) 採用で信頼性向上