Arduino 入門 Lesson 36 【RGB フルカラー LED SMD】

こにんちは、管理人のomoroyaです。

センサーや電子部品の使い方を学習する入門編。

 

 

世の中には、まだまだ色々なセンサーがあります。

これからも、色々なセンサーで遊んでいきます。

 

本記事はLesson 36 【RGB フルカラー LED SMD】です。

本Lessonで使用する電子部品はセンサではありません。

Lesson 04 【RGBダイオード制御編】の別バージョンのLEDと思ってもらえれば良いです。

 

普通のLEDと違い発光部分が平面になっているため綺麗に見える。

 

LEDには大きく3種類あります。

入門編のArduinoでよく使っている通常のLEDは「砲弾型」。

他に、「COB（チップオンボード）」、「SMD（表面実装）」とあります。

本Lessonで使用するのは、SMDと呼ばれるLED。

 

SMDの特長は以下。

• メリット：コンパクトなため同面積当たりの数を多くできる
• デメリット：1個当たりの輝度がそれほど高くない

 

LEDは砲弾型だけではないので、遊んでみましょう。

 

本Lessonで使用する「RGB フルカラー LED SMD」は以下と同じものになります。

在庫がAmazonにあって、すぐに入手できそうなものを掲載。

型番：「KY-009」

在庫が少ないですが・・・。

 

実装されているのは、型番「5050 RGB」

こんなものもあります。

複数個になると制御が少し面倒ですが、遊んでみても面白い。

 

Arduino入門編の解説にて使用しているArduinoは互換品です。

互換品とは言え、Arduinoはオープンソースであり複製して販売するのもライセンス的に問題なし。

そのため互換品の品質も悪くなく、それでいて値段は安いです。

正規品本体の値段程度で豊富な部品が多数ついています。

正規品（Arduino UNO R3）の本体単品がほしい方はこちらとなります。

 

Arduino入門編2では「Arduino UNO R4 Minima」「Arduino UNO R4 WIFI」にて遊ぶため今のところは正規品を使用。（まだ互換品が・・・ほぼない）

 

 

はじめに

本Lessonで使用する「RGB フルカラー LED SMD」の原理は下記サイトがとても分かりやすいです。

メリット、デメリット。

「砲弾型」「COB」「SMD」の違いまでわかります。

興味のあるかたは、参考に。

 

Lesson 36 目標

本Lessonの目標は以下です。

いつものように、遊ぶことが重要です。

 

「RGB フルカラー LED SMD」は色々な商品があります。

使い方がわかれば、色んなことに遊びで使えます。

 

基本は、Lesson 04 【RGBダイオード制御編】と同じです。

本Lessonを進める前に、下記を読んでいただくとより理解が深まります。

 

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

 

部品は「RGB フルカラー LED SMD」のみ。

実装されているSMD型番は「5050 RGB」。

 

必要なもの

• USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
  →管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
• UNO R3(以下UNO)、おすすめUNO互換品（ELEGOO）
• PCとUNOを接続するUSBケーブル
• ブレッドボード安価（大）、ブレッドボード安価（中）
  ※おすすめブレッドボード（大）、おすすめブレッドボード（中）
• RGB フルカラー LED SMD
• 330Ω 1本、200Ω 2本
  ※RED用：330Ω、GREEN、BLUE用：200Ω（もしくは220Ω）
• M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
• M-F Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

※ジャンパワイヤーは「M-M」「M-F」を必要に応じて使い分けてください。

 

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メス オス-オス メス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

短めが使いやすい場合も。

 

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

 

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

 

使用部品説明

RGB フルカラー LED SMDについて説明していきます。

実装されているSMD型番は「5050 RGB」。

 

RGB フルカラー LED SMD　実物写真

下の写真が「RGB フルカラー LED SMD」の実物写真です。

ピン配置は、右から「GND」「RED」「GREEN」「BLUE」。

搭載されているSMDは「5050 RGB」。

本Lessonで使用するものは、基板実装されたものです。

実装されているものはSMDのみのため電流制限用の抵抗が3本必要です。

RED、GREEN、BLUE用の3本です。

SMDを基板に実装したなら、抵抗も実装しておいてよと思う管理人・・・。

 

RGB フルカラー LED SMD 5050 仕様

5050 RGBの仕様を記載します。

RED、GREEN、BLUEで材料が違うため実は順電圧（VF）が異なります。

• RED     ：AlGaInP
• GREEN ：InGaN
• BLUE   ：InGaN

そのため順電流をあわせるためには電流制限用の抵抗値を変える必要があります。

まあ、気にしない人は同じでも良いです。

 

主要な項目のみ記載（下記は目安、使用するSMDのデータシートを確認ください）

項目	仕様
順電圧（RED）	1.8～2.4[V]
順電圧（GREEN）	2.8～3.6[V]
順電圧（BLUE）	2.8～3.6[V]
順電流	20[mA]
動作温度	-25℃～85℃

 

ここで必要な抵抗を計算。

本Lessonでは各LEDの順電流を10[mA]程度に抑えた状態で使用したいと考えます。

データシートから各色の電圧と電流の関係は以下。

RED	10[mA] @1.8[V]
GREEN	10[mA] @3.0[V]
BLUE	10[mA] @3.0[V]

320Ωの抵抗なんてないので、上記に近い抵抗でかまいません。

330Ω、220Ω、200Ωなどは手元にあるのでは。

 

実践 回路作成とコード作成

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、RGB フルカラー LED SMDを動かしていきましょう。

 

Arduinoのピン配置を確認したい方は番外編02を参照してください。

 

回路図

RGB フルカラー LED SMDが実装されたモジュール端子を接続していきます。

ArduinoはPWM制御可能なピンである3，5，6を使用。

あとは、GNDのみ。

 

回路図がこちら。

 

こちらがブレッドボード図。

 

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

 

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

部品は「RGB フルカラー LED SMD」と抵抗のみとなります。
※5050 RGBが実装されたモジュール

 

部品は4個、接続は簡単です。

RGB フルカラー LED SMDと接続するジャンパーワイヤーはF-Mを使用してます。

 

使用するポートはPWM制御可能なピンである3，5，6、GND。

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

 

コードの書き込み

接続が終わったら、USBケーブルを使用してUNOにプログラムを書き込んで行きましょう。

コードを書き終えたら、いつでも利用できるように「ファイル」⇒「名前を付けて保存」で保存しておきましょう。

 

コマンド説明

本Lessonでは、特に新しいコマンドはありません。

 

サンプルコード

本LessonのスケッチではPWM制御可能なピンである「3，5，6」を使用しています。

PWL制御については、下記を参考にしてください。

 

//Lesson 36 RGB フルカラー LED SMD
//フルカラーの表示
//https://omoroya.com/

const int RED   = 3;   //RED変数に3を設定
const int GREEN = 5;   //GREEN変数にを5設定
const int BLUE  = 6;   //BLUE変数に6を設定
int delayTime   = 10;  //変数に10を設定
int redValue;          //整数型で定義
int greenValue;        //整数型で定義
int blueValue;         //整数型で定義

void setup() {
  pinMode(RED, OUTPUT);      //RED（3番ピン）をOUTPUT定義
  pinMode(GREEN, OUTPUT);    //GREEN（5番ピン）をOUTPUT定義
  pinMode(BLUE, OUTPUT);     //BLUE（6番ピン）をOUTPUT定義
  digitalWrite(RED, HIGH);   //REDをON
  digitalWrite(GREEN, LOW);  //GREENをOFF
  digitalWrite(BLUE, LOW);   //BLUEをOFF
}

void loop()
{
  redValue   = 255; //REDのPWL初期値設定
  greenValue = 0;   //GREENのPWL初期値設定
  blueValue  = 0;   //BLUEのPWL初期値設定

  for (int i = 0; i < 255; i += 1) //0～255にインクリメント
  {
    redValue -= 1;                  //変数を－１
    greenValue += 1;                //変数を＋１
    analogWrite(RED, redValue);     //REDの輝度変更
    analogWrite(GREEN, greenValue); //GREENの輝度変更
    delay(delayTime);               //設定した時間だけ待つ
  }

  //以下基本は同じ。輝度を変えるLEDが異なるだけ。
  redValue = 0;     //REDのPWL初期値設定
  greenValue = 255; //GREENのPWL初期値設定
  blueValue = 0;    //BLUEのPWL初期値設定

  for (int i = 0; i < 255; i += 1)
  {
    greenValue -= 1;                //変数を－１
    blueValue += 1;                 //変数を＋１
    analogWrite(GREEN, greenValue); //GREENの輝度変更
    analogWrite(BLUE, blueValue);   //BLUEの輝度変更
    delay(delayTime);               //設定した時間だけ待つ
  }

  //以下基本は同じ。輝度を変えるLEDが異なるだけ。
  redValue = 0;    //REDのPWL初期値設定
  greenValue = 0;  //GREENのPWL初期値設定
  blueValue = 255; //BLUEのPWL初期値設定

  for (int i = 0; i < 255; i += 1)
  {
    blueValue -= 1;               //変数を－１
    redValue += 1;                //変数を＋１
    analogWrite(BLUE, blueValue); //BLUEの輝度変更
    analogWrite(RED, redValue);   //REDの輝度変更
    delay(delayTime);             //設定した時間だけ待つ
  }
}

 

動作確認　SMD　フルカラー

では、さっそく動作を確認していきます。

わかりやすいようにgifにしてみました。
※軽くするために画像は粗目

 

RGB フルカラー LED SMDが色が変化しているのがわかります。

赤、緑、青の組み合わせで色が表現されています。

よくよく見ると、3つのLEDの輝度が変わることで色が変わっていることがわかります。

 

まとめ

本Lessonは、以下を目標としました。

 

SMD単体だと制御が簡単です。

まずは、単体で動作を確認して次は複数個に挑戦しましょう。

下記２タイプがあります。

1. 単純にLEDのRGB個別電源ラインに対して電源供給の制御を行うタイプ
2. コントロール用の専用LSI（シリアルLED　IC)が搭載され、SPI通信などて制御を行うタイプ

 

1番は制御が単純ですが、電圧、電流の供給を考える必要があります。

2番は制御が多少面倒です。

SPI通信に興味があるかたは下記を参照ください。

 

Lesson 36【RGB フルカラー LED SMD】 はここまで。

まず一つのSMDで制御方法を理解。

次は複数個に挑戦。

ぜひ、遊んでみてください。

これなんか制御して遊んだら面白そうですよね。

 

疑問点、質問などありましたら気軽にコメントください。

 

次回、Lesson 37は【磁気 リードスイッチ】。

このセンサ。

使用用途の広い便利なセンサです。

Arduino 入門 Lesson 37 【磁気 リードスイッチ】

本記事はLesson 37 【磁気 リードスイッチ】です。本Lessonで使用する「磁気 リードスイッチ」は「MAGNETIC REED SWITCH」「磁気リードスイッチセンサ」とも呼ばれます。スイッチですが、磁界を検知できるセンサとして…

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