Raspberry PiとArduinoで作るWeb駆動型LEDアニメーション

部品と材料

部品	数量	備考
Raspberry Pi 3 Model B	1
Arduino UNO	1	Nanoも可。大量LED駆動ならMega推奨
NeoPixelストリップ (WS2812B等)	1	任意のWS2812系LEDストリップ

使用アプリ・サービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

プロジェクト概要

Arduino Light Animation (ALA) は、最小限の労力でLEDを制御し、カラフルなアニメーションを実行するArduinoライブラリです。30種類以上のプリセットアニメーションと複数のカラーパレットを提供。詳細はブログを参照。

本プロジェクトではRaspberry Pi 3を追加し、スマホやPCのWebブラウザからアニメーション・色・速度を制御できるWebページを提供します。AlaWebのデモ動画をご覧ください。

必要な主要コンポーネントは3つ：

• WS2812 RGB LEDストリップ：個別にアドレス指定可能な1線式インターフェースで、各RGB LEDの色を完全制御
• Arduino：ALAライブラリでLEDストリップを駆動、Raspberry PiからUSBシリアルでコマンド受信。Uno、Nano、Mega対応
• Raspberry Pi：照明・アニメーション・パラメータを制御するWebページを提供する小型PC

ArduinoとRaspberry Piに慣れていればシンプルなプロジェクトです。セットアップ手順を2ステップに分けて解説します。

配線

WS2812 LEDストリップの接続は簡単。全LEDを駆動する十分な電源が必要です。非常に短いストリップ（10個以下）ならUSBポートから直接給電可能ですが、長い場合は適切な電源を用意してください。まずはArduino 5Vピンから給電する方法を推奨（動画参照）。

• Arduino GND → WS2812 GND
• Arduino 5V → WS2812 5V
• Arduino ピン6 → WS2812 Ctrl/Din

より多くのピクセルを駆動する場合は外部電源必須。計算式：各RGB LEDは全点灯白で60mA消費。例：2m、60LED/mのストリップなら 2 × 60 × 60mA = 7.2A の5V電源が必要。

• 電源GND → Arduino GND および WS2812 GND
• 電源5V → Arduino 5Vピン および WS2812 5V
• Arduino ピン6 → WS2812 CTRLピン

※ Arduino 5Vピンに給電すると電圧レギュレーターと保護回路をバイパスするため注意。詳細はこのガイド参照。WS2812配線の詳細はこちら。

Arduinoセットアップ

1. ArduinoをPCのUSBポートに接続
2. Arduino IDEでライブラリ・マネージャ（スケッチ＞ライブラリをインクルード＞ライブラリを管理）を開き、最新のALAライブラリをインストール
3. RgbStripSerial例を開く（ファイル＞スケッチ例＞ALA＞RgbStripSerial）し、NUM_PIXELS定数が手元のLED数と一致するか確認。10個超の場合は改良版配線を使用
4. Ctrl+Uまたはスケッチ＞アップロードで書き込み。問題時はツール＞ボード/ポートを確認
5. シリアル・モニタ（ツール＞シリアル・モニタ）を開くとウェルカム・メッセージ表示

動作テスト（シリアル・モニタからコマンド送信）

スペースなしで以下を入力：

• A=101 - LED点灯
• A=251 - 「ラーソン・スキャナー」アニメーション実行
• P=2 - レインボー・パレット設定
• A=242 - 別のアニメーション

面白いですよね？ 以下のコマンド・リファレンスで様々な組み合わせを試せます：

• A=[アニメーション・コード] - アニメーション設定（コードは AlaLed.h に定義）
• B=[輝度] - 輝度設定（0-100範囲）
• D=[周期] - アニメーション・サイクル期間（ミリ秒、標準500-5000）
• C=[色] - 色設定（16進RGB表記、例：E8A240）
• P=[パレット] - パレット設定（0-5範囲）

では、スマホから制御してみましょう。

Raspberry Piセットアップ

Raspberry Piで小型Webサーバーを稼働し、WebブラウザからLEDストリップを制御できるようにします。同じアプリケーションはPython 3が入った任意のPCでも動作します。

前提条件：Raspberry Piが最新Raspbian OS（Stretchでテスト済み）で稼働中、インターネット接続済み。

Pythonライブラリ・インストール

sudo pip3 install pyserial flask

プロジェクト・ディレクトリ作成とコード取得

mkdir /home/pi/AlaWeb
cd /home/pi/AlaWeb
wget https://github.com/bportaluri/AlaWeb/archive/master.zip
unzip master.zip

実行

ArduinoのUSBポートをRaspberry Piに接続。AlaWebアプリがUSBシリアルでArduinoと通信します。

cd AlaWeb-master
sudo python3 AlaWeb.py

AlaWebは全USBシリアル・ポートを列挙し、Arduinoを自動検出。ループする場合は中断し、ポート名を指定：

sudo python3 AlaWeb.py /dev/ttyACM0

成功時の出力例：

表示されたURLをWebブラウザで開くと、LEDストリップを制御するボタン満載のWebページが表示されます。

Enjoy!

コード

• AlaWeb：Python+Flaskで書かれた小型Webサーバー。GitHub
• ALA：Arduino用ライト・アニメーション・ライブラリ。詳細ページ / GitHub

回路図