koji – 計測・解析ラボ

細胞型ジグソーパズル図案生成プログラム

Processingで作成した細胞型のジグソーパズル図案を自動生成するプログラムを公開します。レーザー加工用の切断パスとして使用できます。

Processing 3で数年前に作成したものですが、最新のProcessing 4.3で動作を確認しました。ボロノイ図形をベースにPDFファイル”my_PzlPiece_.pdf”を自動的に新規、あるいは上書きで作成します。生成結果を見てパズル図案として使いたい出力の時にはファイル名を変更してください。細胞の核をイメージした円の中心をボロノイ点として細胞領域を作成します。円は書かない様に設定することもできます。

プログラムの最初の方でパラメータを設定します。

// design constant
final float artboardWidth_mm = 210; //PDF書類の幅をmmで指定します
final float artboardHeight_mm=148; //PDF書類の高さをmmで指定します
final float finishWidth_mm=210; //図案領域の幅をmmで指定します
final float finishHeight_mm=148; //図案領域の高さをmmで指定します
final float FRAME_X_mm=15; //図案領域の中で余白をmmで指定します
final float FRAME_Y_mm=15; //図案領域の中で余白をmmで指定します

final float CellSize_mm=20; //細胞の概略の大きさをmmで指定します
final float minEdgeLength_mm =7; //細胞壁の長さの最小値をmmで指定
final boolean draw_nucleous=true; // true/falseで円を描くかどうか指定
final float NucleusDiam_mm=8; //円の直径
// end design constant

//This program automatically generates cut paths for jigsaw puzzles.
//Koji Ohashi 2024.12.10
//Morioka Japan


import megamu.mesh.*;
import processing.pdf.*;


// design constant
final float artboardWidth_mm = 210;
final float artboardHeight_mm=148;
final float finishWidth_mm=210;
final float finishHeight_mm=148;
final float FRAME_X_mm=15;
final float FRAME_Y_mm=15;

final float CellSize_mm=20;
final float minEdgeLength_mm =7;
final boolean draw_nucleous=true; // true or false
final float NucleusDiam_mm=8;
// end design constant



final float pixConv=72/25.4;
final float artboardWidth=artboardWidth_mm*pixConv;//(mm)
final float artboardHeight=artboardHeight_mm*pixConv;//(mm)
final float finishWidth=finishWidth_mm*pixConv;//(mm)
final float finishHeight=finishHeight_mm*pixConv;//(mm)
final float FRAME_X=FRAME_X_mm*pixConv ;
final float FRAME_Y=FRAME_Y_mm*pixConv ;
final float WIDTH = finishWidth-FRAME_X*2;
final float HEIGHT = finishHeight-FRAME_Y*2;

int voronoiCells = 150;
final float diskRadius=CellSize_mm*pixConv;
final float NucleusDiam=NucleusDiam_mm*pixConv;
final float minEdgeLength =minEdgeLength_mm*pixConv;
final float tightness=0.7;



final float strokeWidth = 0.313;//( 0.25pt ==> 0.313pxcel)

float[][] nucleus = new float[voronoiCells][2];
MPolygon[] Poly, mPoly;

float cross_x, cross_y;
int[] corner= new int[4];
float[][] cpos = {{0, 0},{WIDTH, 0},{0, HEIGHT},{WIDTH, HEIGHT}};

float[][] edgeInfo;

int all_edge;
float xs,xl,ys,yl;


void settings(){
  int docWidth=(int)artboardWidth;
  int docHeight=(int)artboardHeight;
  println("docWidth: ",docWidth,"docHeight: ",docHeight);
  size(docWidth,docHeight);

  //loadNucleus();  //set nucleus( x, y)
  
  diskNucleusPutRemove(diskRadius);
  saveNucleus();
}

void setup(){
  
  beginRecord(PDF, "my_PzlPiece_.pdf");
  background(255,255,255);
  noFill();
  strokeWeight(strokeWidth);
  //stroke(0, 0, 0);//Black
  stroke(255, 0, 0);//Red
  noLoop();  // Run once and stop
  
}

void draw(){
  translate((artboardWidth-finishWidth)/2,(artboardHeight-finishHeight)/2);
  translate(FRAME_X,FRAME_Y);
  Voronoi volonoiPiece = new Voronoi(nucleus);
  Poly = volonoiPiece.getRegions();
  mPoly=new MPolygon[Poly.length];
  
  findCornerCell(); // Cell number of corner(4) --> corner[i]
  trimOutside();
  addCorners();
  
  edgeInfoArray();// before edge deletion
  deleteShortEdge();// edge deletion
  
  edgeInfoArray();// after edge deletion
  DrawFinalSetup1();
  DrawFinalSetup2();
  DrawFinal(tightness);
  if(draw_nucleous){
    drawNucleus(NucleusDiam);
  }
  //translate(-FRAME_X,-FRAME_Y);
  //translate(-(artboardWidth-finishWidth)/2,-(artboardHeight-finishHeight)/2);
  //stroke(255, 0, 0);
  //antiBend();
  
  //stroke(0, 0, 255);
  //finish();
  endRecord();
}

//   ---------------function----------------------

void antiBend(){
  int lineCount=20;
  float pitch=finishHeight/(lineCount+1);
  float x0=0;
  float x1=finishWidth-FRAME_X;
  for(int i=0;i<lineCount;i++){
    line(x0+2.5*pixConv,pitch*(i+1),x0+7.5*pixConv,pitch*(i+1));
  }
  for(int i=0;i<lineCount;i++){
    line(x1+2.5*pixConv,pitch*(i+1),x1+7.5*pixConv,pitch*(i+1));
  }
}

void drawFrame(){
  line(0,0,WIDTH,0);
  line(WIDTH,0,WIDTH,HEIGHT);
  line(WIDTH,HEIGHT,0,HEIGHT);
  line(0,HEIGHT,0,0);
}

void finish(){
  line(0,0,finishWidth,0);
  line(finishWidth,0,finishWidth,finishHeight);
  line(finishWidth,finishHeight,0,finishHeight);
  line(0,finishHeight,0,0);
}

void diskNucleusPutRemove(float r){
  boolean[] remove = new boolean [voronoiCells];
  float [][] rnd_point =new float [voronoiCells][2];
  float [][] scattered =new float [voronoiCells][2];
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    rnd_point[i][0] = random(r/2, WIDTH-r/2);
    rnd_point[i][1] = random(r/2, HEIGHT-r/2);
    remove[i]=false;
  }
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    for(int j=0;j<voronoiCells;j++){
      if((i!=j)&&(remove[i]!=true)&&(remove[i]!=true)){
        float dist=sqrt(sq(rnd_point[j][0]-rnd_point[i][0])+sq(rnd_point[j][1]-rnd_point[i][1]));
        if(dist<r){
          remove[j]=true;
        }
      }
    }
  }
  int tempCells=0;
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    if(remove[i]!=true){
      scattered[tempCells][0]=rnd_point[i][0];scattered[tempCells][1]=rnd_point[i][1];
      tempCells++;
    }
  }
  voronoiCells=tempCells;
  nucleus = new float[voronoiCells][2];
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    nucleus[i][0]=scattered[i][0];nucleus[i][1]=scattered[i][1];
  }
  println("voronoiCells: ",voronoiCells);
}



void DrawFinalSetup1(){
  int edge_index=0;
  int neighbor;
  for(int cell=0;cell<voronoiCells;cell++){
    int n=mPoly[cell].count();
    for(int i=0;i<n;i++){
      if((edgeInfo[edge_index][6]!=-1)&&(edgeInfo[edge_index][9]==-1)){
        neighbor=(int)edgeInfo[edge_index][8];
        if(random(0,1)>=0.5){
          edgeInfo[edge_index][9]=1;
          edgeInfo[neighbor][9]=0;
        } else{
          edgeInfo[edge_index][9]=0;
          edgeInfo[neighbor][9]=1;
        }
      }
      edge_index++;
    }
  }
}

void DrawFinalSetup2(){
  for(int edge_index=0;edge_index<all_edge;edge_index++){
    if(edgeInfo[edge_index][6]==-1){
      edgeInfo[edge_index][9]=0;
    }
    //print(edge_index,", ",edgeInfo[edge_index][0],", ",edgeInfo[edge_index][1],", ",edgeInfo[edge_index][2],", ",edgeInfo[edge_index][3],", ");
    //println(edgeInfo[edge_index][4],", ",edgeInfo[edge_index][5],", ",edgeInfo[edge_index][6],", ",edgeInfo[edge_index][7],", ",edgeInfo[edge_index][8],", ",edgeInfo[edge_index][9]);
  }
}

void DrawFinal(float t){
  curveTightness(t);
  int edge_index=0;
  for(int cell=0;cell<voronoiCells;cell++){
    float[][] AXY = mPoly[cell].getCoords();
    int n=mPoly[cell].count();
    for(int i=0;i<n;i++){
      if(edgeInfo[edge_index][9]==1){
        curve(AXY[(i-1+n)%n][0],AXY[(i-1+n)%n][1],AXY[i][0],AXY[i][1],AXY[(i+1)%n][0],AXY[(i+1)%n][1],AXY[(i+2)%n][0],AXY[(i+2)%n][1]);
      }
      edge_index++;
      //ellipse(AXY[i][0],AXY[i][1], 10, 10);//draw edge points
    }
  }
  drawFrame();
}




void edgeInfoArray(){
  all_edge=0;
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    int count=mPoly[i].count();
    all_edge=all_edge + count;
  }
  edgeInfo=new float [all_edge][12];
  //println("all_edge: ",all_edge);
  int edge_index=0;
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    float[][] AXY = mPoly[i].getCoords();
    int count=mPoly[i].count();
    for(int j=0;j<count;j++){
      edgeInfo[edge_index][0]=AXY[j][0]; edgeInfo[edge_index][1]=AXY[j][1];
      edgeInfo[edge_index][2]=AXY[(j+1)%count][0]; edgeInfo[edge_index][3]=AXY[(j+1)%count][1];
      edgeInfo[edge_index][4]=i;edgeInfo[edge_index][5]=j;
      edgeInfo[edge_index][6]=-1;edgeInfo[edge_index][7]=-1;//
      edgeInfo[edge_index][8]=-1;edgeInfo[edge_index][9]=-1;
      edgeInfo[edge_index][10]= sqrt(sq(AXY[(j+1)%count][0]-AXY[j][0])+sq(AXY[(j+1)%count][1]-AXY[j][1]));
      edgeInfo[edge_index][11]=-1;
      if(edgeInfo[edge_index][10]<minEdgeLength){
        int pos=judgePos(AXY[j][0], AXY[j][1])+judgePos(AXY[(j+1)%count][0], AXY[(j+1)%count][1]);
        if(pos==4){edgeInfo[edge_index][11]=2;}
        if(pos==3){edgeInfo[edge_index][11]=1;}
        if(pos==2){edgeInfo[edge_index][11]=0;}
      }
      edge_index++;
    }
  }
  float x0,y0,x1,y1,x2,y2,x3,y3;
  for(int i=0;i<all_edge;i++){
    x0=edgeInfo[i][0]; y0=edgeInfo[i][1];
    x1=edgeInfo[i][2]; y1=edgeInfo[i][3];
    for(int j=0;j<all_edge;j++){
      if(i!=j){
        x2=edgeInfo[j][0]; y2=edgeInfo[j][1];
        x3=edgeInfo[j][2]; y3=edgeInfo[j][3];
        if(((((abs(x0-x2)<1)&&(abs(y0-y2)<1))&&(abs(x1-x3)<1)&&(abs(y1-y3)<1))||(((abs(x0-x3)<1)&&(abs(y0-y3)<1))&&(abs(x1-x2)<1)&&(abs(y1-y2)<1)))){
          edgeInfo[i][6]=edgeInfo[j][4];edgeInfo[i][7]=edgeInfo[j][5];
          edgeInfo[i][8]=j;
        }
      }
    }
    //print(i,", ",edgeInfo[i][0],", ",edgeInfo[i][1],", ",edgeInfo[i][2],", ",edgeInfo[i][3],", ");
    //print(edgeInfo[i][4],", ",edgeInfo[i][5],", ",edgeInfo[i][6],", ",edgeInfo[i][7]);
    //println(", ",edgeInfo[i][8],", ",edgeInfo[i][9],", ",edgeInfo[i][10],", ",edgeInfo[i][11]);
  }
}
/*
0:x0, 1:y0, 2:x1, 3:y1, 4:this cell, 5:edge Num, 6:neibor cell, 7:edge Num, 8:row, 9:draw/not draw, 10:edge length, 11:edge position
*/


void deleteShortEdge(){
  for(int i=0;i<all_edge;i++){
    if(edgeInfo[i][11]>=0){
      int sameEdge = (int)edgeInfo[i][8];
      if(sameEdge>=0){
        edgeInfo[sameEdge][11]=-1;
      }
    }
    if(edgeInfo[i][11]==0){
      changeCellPoint(edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1],edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3]);
    }
    if(edgeInfo[i][11]==1){
      if(judgePos(edgeInfo[i][0], edgeInfo[i][1])!=2){
        changeCellPoint(edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1],edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3]);
      } else{
        changeCellPoint(edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3],edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1]);
      }
    }
    if(edgeInfo[i][11]==2){
      changeCellPoint(edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1],edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3]);
    }
  }
}


void changeCellPoint(float delPx,float delPy,float repPx,float repPy){
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    float[][] AXY = mPoly[i].getCoords();
    int delP=-1;
    int repP=-1;
    int count=-1;
    for(int j=0;j<mPoly[i].count();j++){
      if((AXY[j][0]==delPx) && (AXY[j][1]==delPy)){
        delP=j;
      }
      if((AXY[j][0]==repPx) && (AXY[j][1]==repPy)){
        repP=j;
      }
    }
    if(delP>=0 && repP==-1){
      count=mPoly[i].count();
      AXY[delP][0]=repPx; AXY[delP][1]=repPy;
    }
    if(delP>=0 && repP>=0){
      count=mPoly[i].count()-1;
      for(int j=delP;j<count;j++){
        AXY[j][0]=AXY[j+1][0]; AXY[j][1]=AXY[j+1][1];
      }
    }
    if (count>0){
      mPoly[i]=new MPolygon(count);
      for(int j=0;j<count;j++){
        mPoly[i].add(AXY[j][0],AXY[j][1]);
      }
    }
  }
}


void addCorners(){
  for(int i=0;i<4;i++){
    int ins_pos=-1;
    int cn=corner[i];
    float[][] AXY = mPoly[cn].getCoords();
    int points=mPoly[cn].count();
    // find corner point
    for(int j=0;j<points;j++){
      if(judgePos(AXY[j][0],AXY[j][1])==2 && judgePos(AXY[(j+1)%points][0],AXY[(j+1)%points][1])==2){
        ins_pos=j;
      }
    }
    int newCount=points+1;
    mPoly[cn]=new MPolygon(newCount);
    for(int j=0;j<newCount-1;j++){
      if(j==ins_pos){
        mPoly[cn].add(AXY[j][0],AXY[j][1]);
        mPoly[cn].add(cpos[i][0],cpos[i][1]);
      }
      else{
        mPoly[cn].add(AXY[j][0],AXY[j][1]);
      }
    }
  }
}


void trimOutside(){
  for(int i=0;i<Poly.length;i++){
    float[][] AXY = Poly[i].getCoords();
    int count=Poly[i].count();
    float[][] temp_AXY =new float[count+1][2];//+1 means : cross 2 points when single point outside 
    int mp_count=0;
    for(int j=0;j<count; j++){
      //if(i==5){println("5: x=",AXY[j][0],", y=",AXY[j][1]);}
      if(judgePos(AXY[j][0],AXY[j][1])>0){
        temp_AXY[mp_count][0]=AXY[j][0];temp_AXY[mp_count][1]=AXY[j][1];
        mp_count=mp_count+1;
      }
      //if(i==5){println("5: mp_count= ",mp_count);}
      if(checkCross( AXY[j][0],AXY[j][1],AXY[(j+1)%count][0],AXY[(j+1)%count][1] )){
        temp_AXY[mp_count][0]=cross_x;temp_AXY[mp_count][1]=cross_y;
        mp_count=mp_count+1;
      }
    }
    mPoly[i]=new MPolygon(mp_count);
    for(int j=0;j<mp_count;j++){
      mPoly[i].add(temp_AXY[j][0],temp_AXY[j][1]);
    }
  }
}

void drawNucleus(float r){
  //fill(255,0,0);
  //stroke(255,0,0);
  for(int i=0;i<voronoiCells;i++){
    ellipse(nucleus[i][0], nucleus[i][1], r, r);
  }
}


void findCornerCell(){
  for(int i=0;i<4;i++){
    corner[i]=closestCell(cpos[i][0], cpos[i][1]);
  }
}


int closestCell(float x, float y){
  float closestDist=10000000;
  int closestPoint=-1;
  for(int i=0;i<voronoiCells; i++){
    float dist=sqrt((nucleus[i][0]-x)*(nucleus[i][0]-x)+(nucleus[i][1]-y)*(nucleus[i][1]-y));
    if(dist<closestDist){
      closestDist=dist;
      closestPoint=i;
    }
  }
  return closestPoint;
}


boolean checkCross(float x0,float y0,float x1,float y1){
  float xs,xl,ys,yl,cr;
  if((judgePos(x0, y0)>0) == (judgePos(x1, y1)>0)){
    return false;}
  if((judgePos(x0, y0)==2) || (judgePos(x1, y1)==2)){
    return false;}
  
  if (x0>x1){xs=x1;xl=x0;
  } else{xs=x0;xl=x1;}
  if (y0>y1){ys=y1;yl=y0;
  } else{ys=y0;yl=y1;}
  
  float a=(y1-y0)/(x1-x0);
  cr=(-y0)/a+x0;
  if(cr>=xs && cr<= xl && cr>=0 && cr<=WIDTH){
    cross_x=cr; cross_y=0.0; return true;
  }
  cr=(HEIGHT-y0)/a+x0;
  if(cr>=xs && cr<= xl && cr>=0 && cr<=WIDTH){
    cross_x=cr; cross_y=HEIGHT; return true;
  }
  cr=(-x0)*a+y0;
  if(cr>=ys && cr<= yl && cr>=0 && cr<=HEIGHT){
    cross_x=0.0; cross_y=cr; return true;
  }
  cr=(WIDTH-x0)*a+y0;
  if(cr>=ys && cr<= yl && cr>=0 && cr<=HEIGHT){
    cross_x=WIDTH; cross_y=cr; return true;
  }
  //println("cross_error");
  return false;
}

int judgePos(float x, float y){
  int judge=-1;
  if(x>=0 && x<=WIDTH && y>=0 && y<=HEIGHT){
    judge=1;
    if(x==0 || x==WIDTH || y==0 || y==HEIGHT){
      judge=2;
    }
  }
  return judge;
}

void loadNucleus(){
  String[] lines;
  lines = loadStrings("Nucleus.txt");
  for (int row = 0; row < lines.length; row++){
    String[] pieces = split(lines[row], '\t');
    nucleus[row][0]=float(pieces[0]);
    nucleus[row][1]=float(pieces[1]);
  }
}

void saveNucleus(){
  String[] lines=new String[voronoiCells];
  for (int row = 0; row < voronoiCells; row++){
    lines[row]=str(nucleus[row][0])+'\t'+str(nucleus[row][1]);
  }
  saveStrings("Nucleus.txt",lines);
}

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//This program automatically generates cut paths for jigsaw puzzles.

//Koji Ohashi 2024.12.10

//Morioka Japan

import megamu.mesh.*;

import processing.pdf.*;

// design constant

final float artboardWidth_mm = 210;

final float artboardHeight_mm=148;

final float finishWidth_mm=210;

final float finishHeight_mm=148;

final float FRAME_X_mm=15;

final float FRAME_Y_mm=15;

final float CellSize_mm=20;

final float minEdgeLength_mm =7;

final boolean draw_nucleous=true; // true or false

final float NucleusDiam_mm=8;

// end design constant

final float pixConv=72/25.4;

final float artboardWidth=artboardWidth_mm*pixConv;//(mm)

final float artboardHeight=artboardHeight_mm*pixConv;//(mm)

final float finishWidth=finishWidth_mm*pixConv;//(mm)

final float finishHeight=finishHeight_mm*pixConv;//(mm)

final float FRAME_X=FRAME_X_mm*pixConv ;

final float FRAME_Y=FRAME_Y_mm*pixConv ;

final float WIDTH = finishWidth-FRAME_X*2;

final float HEIGHT = finishHeight-FRAME_Y*2;

int voronoiCells = 150;

final float diskRadius=CellSize_mm*pixConv;

final float NucleusDiam=NucleusDiam_mm*pixConv;

final float minEdgeLength =minEdgeLength_mm*pixConv;

final float tightness=0.7;

final float strokeWidth = 0.313;//( 0.25pt ==> 0.313pxcel)

float[][] nucleus = new float[voronoiCells][2];

MPolygon[] Poly, mPoly;

float cross_x, cross_y;

int[] corner= new int[4];

float[][] cpos = {{0, 0},{WIDTH, 0},{0, HEIGHT},{WIDTH, HEIGHT}};

float[][] edgeInfo;

int all_edge;

float xs,xl,ys,yl;

void settings(){

int docWidth=(int)artboardWidth;

int docHeight=(int)artboardHeight;

println("docWidth: ",docWidth,"docHeight: ",docHeight);

size(docWidth,docHeight);

//loadNucleus(); //set nucleus( x, y)

diskNucleusPutRemove(diskRadius);

saveNucleus();

}

void setup(){

beginRecord(PDF, "my_PzlPiece_.pdf");

background(255,255,255);

noFill();

strokeWeight(strokeWidth);

//stroke(0, 0, 0);//Black

stroke(255, 0, 0);//Red

noLoop(); // Run once and stop

}

void draw(){

translate((artboardWidth-finishWidth)/2,(artboardHeight-finishHeight)/2);

translate(FRAME_X,FRAME_Y);

Voronoi volonoiPiece = new Voronoi(nucleus);

Poly = volonoiPiece.getRegions();

mPoly=new MPolygon[Poly.length];

findCornerCell(); // Cell number of corner(4) --> corner[i]

trimOutside();

addCorners();

edgeInfoArray();// before edge deletion

deleteShortEdge();// edge deletion

edgeInfoArray();// after edge deletion

DrawFinalSetup1();

DrawFinalSetup2();

DrawFinal(tightness);

if(draw_nucleous){

drawNucleus(NucleusDiam);

}

//translate(-FRAME_X,-FRAME_Y);

//translate(-(artboardWidth-finishWidth)/2,-(artboardHeight-finishHeight)/2);

//stroke(255, 0, 0);

//antiBend();

//stroke(0, 0, 255);

//finish();

endRecord();

}

// ---------------function----------------------

void antiBend(){

int lineCount=20;

float pitch=finishHeight/(lineCount+1);

float x0=0;

float x1=finishWidth-FRAME_X;

for(int i=0;i<lineCount;i++){

line(x0+2.5*pixConv,pitch*(i+1),x0+7.5*pixConv,pitch*(i+1));

}

for(int i=0;i<lineCount;i++){

line(x1+2.5*pixConv,pitch*(i+1),x1+7.5*pixConv,pitch*(i+1));

}

void drawFrame(){

line(0,0,WIDTH,0);

line(WIDTH,0,WIDTH,HEIGHT);

line(WIDTH,HEIGHT,0,HEIGHT);

line(0,HEIGHT,0,0);

}

void finish(){

line(0,0,finishWidth,0);

line(finishWidth,0,finishWidth,finishHeight);

line(finishWidth,finishHeight,0,finishHeight);

line(0,finishHeight,0,0);

}

void diskNucleusPutRemove(float r){

boolean[] remove = new boolean [voronoiCells];

float [][] rnd_point =new float [voronoiCells][2];

float [][] scattered =new float [voronoiCells][2];

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

rnd_point[i][0] = random(r/2, WIDTH-r/2);

rnd_point[i][1] = random(r/2, HEIGHT-r/2);

remove[i]=false;

}

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

for(int j=0;j<voronoiCells;j++){

if((i!=j)&&(remove[i]!=true)&&(remove[i]!=true)){

float dist=sqrt(sq(rnd_point[j][0]-rnd_point[i][0])+sq(rnd_point[j][1]-rnd_point[i][1]));

if(dist<r){

remove[j]=true;

}

int tempCells=0;

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

if(remove[i]!=true){

scattered[tempCells][0]=rnd_point[i][0];scattered[tempCells][1]=rnd_point[i][1];

tempCells++;

}

voronoiCells=tempCells;

nucleus = new float[voronoiCells][2];

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

nucleus[i][0]=scattered[i][0];nucleus[i][1]=scattered[i][1];

}

println("voronoiCells: ",voronoiCells);

}

void DrawFinalSetup1(){

int edge_index=0;

int neighbor;

for(int cell=0;cell<voronoiCells;cell++){

int n=mPoly[cell].count();

for(int i=0;i<n;i++){

if((edgeInfo[edge_index][6]!=-1)&&(edgeInfo[edge_index][9]==-1)){

neighbor=(int)edgeInfo[edge_index][8];

if(random(0,1)>=0.5){

edgeInfo[edge_index][9]=1;

edgeInfo[neighbor][9]=0;

} else{

edgeInfo[edge_index][9]=0;

edgeInfo[neighbor][9]=1;

}

edge_index++;

}

void DrawFinalSetup2(){

for(int edge_index=0;edge_index<all_edge;edge_index++){

if(edgeInfo[edge_index][6]==-1){

edgeInfo[edge_index][9]=0;

}

//print(edge_index,", ",edgeInfo[edge_index][0],", ",edgeInfo[edge_index][1],", ",edgeInfo[edge_index][2],", ",edgeInfo[edge_index][3],", ");

//println(edgeInfo[edge_index][4],", ",edgeInfo[edge_index][5],", ",edgeInfo[edge_index][6],", ",edgeInfo[edge_index][7],", ",edgeInfo[edge_index][8],", ",edgeInfo[edge_index][9]);

}

void DrawFinal(float t){

curveTightness(t);

int edge_index=0;

for(int cell=0;cell<voronoiCells;cell++){

float[][] AXY = mPoly[cell].getCoords();

int n=mPoly[cell].count();

for(int i=0;i<n;i++){

if(edgeInfo[edge_index][9]==1){

curve(AXY[(i-1+n)%n][0],AXY[(i-1+n)%n][1],AXY[i][0],AXY[i][1],AXY[(i+1)%n][0],AXY[(i+1)%n][1],AXY[(i+2)%n][0],AXY[(i+2)%n][1]);

}

edge_index++;

//ellipse(AXY[i][0],AXY[i][1], 10, 10);//draw edge points

}

drawFrame();

}

void edgeInfoArray(){

all_edge=0;

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

int count=mPoly[i].count();

all_edge=all_edge + count;

}

edgeInfo=new float [all_edge][12];

//println("all_edge: ",all_edge);

int edge_index=0;

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

float[][] AXY = mPoly[i].getCoords();

int count=mPoly[i].count();

for(int j=0;j<count;j++){

edgeInfo[edge_index][0]=AXY[j][0]; edgeInfo[edge_index][1]=AXY[j][1];

edgeInfo[edge_index][2]=AXY[(j+1)%count][0]; edgeInfo[edge_index][3]=AXY[(j+1)%count][1];

edgeInfo[edge_index][4]=i;edgeInfo[edge_index][5]=j;

edgeInfo[edge_index][6]=-1;edgeInfo[edge_index][7]=-1;//

edgeInfo[edge_index][8]=-1;edgeInfo[edge_index][9]=-1;

edgeInfo[edge_index][10]= sqrt(sq(AXY[(j+1)%count][0]-AXY[j][0])+sq(AXY[(j+1)%count][1]-AXY[j][1]));

edgeInfo[edge_index][11]=-1;

if(edgeInfo[edge_index][10]<minEdgeLength){

int pos=judgePos(AXY[j][0], AXY[j][1])+judgePos(AXY[(j+1)%count][0], AXY[(j+1)%count][1]);

if(pos==4){edgeInfo[edge_index][11]=2;}

if(pos==3){edgeInfo[edge_index][11]=1;}

if(pos==2){edgeInfo[edge_index][11]=0;}

}

edge_index++;

}

float x0,y0,x1,y1,x2,y2,x3,y3;

for(int i=0;i<all_edge;i++){

x0=edgeInfo[i][0]; y0=edgeInfo[i][1];

x1=edgeInfo[i][2]; y1=edgeInfo[i][3];

for(int j=0;j<all_edge;j++){

if(i!=j){

x2=edgeInfo[j][0]; y2=edgeInfo[j][1];

x3=edgeInfo[j][2]; y3=edgeInfo[j][3];

if(((((abs(x0-x2)<1)&&(abs(y0-y2)<1))&&(abs(x1-x3)<1)&&(abs(y1-y3)<1))||(((abs(x0-x3)<1)&&(abs(y0-y3)<1))&&(abs(x1-x2)<1)&&(abs(y1-y2)<1)))){

edgeInfo[i][6]=edgeInfo[j][4];edgeInfo[i][7]=edgeInfo[j][5];

edgeInfo[i][8]=j;

}

//print(i,", ",edgeInfo[i][0],", ",edgeInfo[i][1],", ",edgeInfo[i][2],", ",edgeInfo[i][3],", ");

//print(edgeInfo[i][4],", ",edgeInfo[i][5],", ",edgeInfo[i][6],", ",edgeInfo[i][7]);

//println(", ",edgeInfo[i][8],", ",edgeInfo[i][9],", ",edgeInfo[i][10],", ",edgeInfo[i][11]);

}

0:x0, 1:y0, 2:x1, 3:y1, 4:this cell, 5:edge Num, 6:neibor cell, 7:edge Num, 8:row, 9:draw/not draw, 10:edge length, 11:edge position

void deleteShortEdge(){

for(int i=0;i<all_edge;i++){

if(edgeInfo[i][11]>=0){

int sameEdge = (int)edgeInfo[i][8];

if(sameEdge>=0){

edgeInfo[sameEdge][11]=-1;

}

if(edgeInfo[i][11]==0){

changeCellPoint(edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1],edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3]);

}

if(edgeInfo[i][11]==1){

if(judgePos(edgeInfo[i][0], edgeInfo[i][1])!=2){

changeCellPoint(edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1],edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3]);

} else{

changeCellPoint(edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3],edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1]);

}

if(edgeInfo[i][11]==2){

changeCellPoint(edgeInfo[i][0],edgeInfo[i][1],edgeInfo[i][2],edgeInfo[i][3]);

}

void changeCellPoint(float delPx,float delPy,float repPx,float repPy){

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

float[][] AXY = mPoly[i].getCoords();

int delP=-1;

int repP=-1;

int count=-1;

for(int j=0;j<mPoly[i].count();j++){

if((AXY[j][0]==delPx) && (AXY[j][1]==delPy)){

delP=j;

}

if((AXY[j][0]==repPx) && (AXY[j][1]==repPy)){

repP=j;

}

if(delP>=0 && repP==-1){

count=mPoly[i].count();

AXY[delP][0]=repPx; AXY[delP][1]=repPy;

}

if(delP>=0 && repP>=0){

count=mPoly[i].count()-1;

for(int j=delP;j<count;j++){

AXY[j][0]=AXY[j+1][0]; AXY[j][1]=AXY[j+1][1];

}

if (count>0){

mPoly[i]=new MPolygon(count);

for(int j=0;j<count;j++){

mPoly[i].add(AXY[j][0],AXY[j][1]);

}

void addCorners(){

for(int i=0;i<4;i++){

int ins_pos=-1;

int cn=corner[i];

float[][] AXY = mPoly[cn].getCoords();

int points=mPoly[cn].count();

// find corner point

for(int j=0;j<points;j++){

if(judgePos(AXY[j][0],AXY[j][1])==2 && judgePos(AXY[(j+1)%points][0],AXY[(j+1)%points][1])==2){

ins_pos=j;

}

int newCount=points+1;

mPoly[cn]=new MPolygon(newCount);

for(int j=0;j<newCount-1;j++){

if(j==ins_pos){

mPoly[cn].add(AXY[j][0],AXY[j][1]);

mPoly[cn].add(cpos[i][0],cpos[i][1]);

}

else{

mPoly[cn].add(AXY[j][0],AXY[j][1]);

}

void trimOutside(){

for(int i=0;i<Poly.length;i++){

float[][] AXY = Poly[i].getCoords();

int count=Poly[i].count();

float[][] temp_AXY =new float[count+1][2];//+1 means : cross 2 points when single point outside

int mp_count=0;

for(int j=0;j<count; j++){

//if(i==5){println("5: x=",AXY[j][0],", y=",AXY[j][1]);}

if(judgePos(AXY[j][0],AXY[j][1])>0){

temp_AXY[mp_count][0]=AXY[j][0];temp_AXY[mp_count][1]=AXY[j][1];

mp_count=mp_count+1;

}

//if(i==5){println("5: mp_count= ",mp_count);}

if(checkCross( AXY[j][0],AXY[j][1],AXY[(j+1)%count][0],AXY[(j+1)%count][1] )){

temp_AXY[mp_count][0]=cross_x;temp_AXY[mp_count][1]=cross_y;

mp_count=mp_count+1;

}

mPoly[i]=new MPolygon(mp_count);

for(int j=0;j<mp_count;j++){

mPoly[i].add(temp_AXY[j][0],temp_AXY[j][1]);

}

void drawNucleus(float r){

//fill(255,0,0);

//stroke(255,0,0);

for(int i=0;i<voronoiCells;i++){

ellipse(nucleus[i][0], nucleus[i][1], r, r);

}

void findCornerCell(){

for(int i=0;i<4;i++){

corner[i]=closestCell(cpos[i][0], cpos[i][1]);

}

int closestCell(float x, float y){

float closestDist=10000000;

int closestPoint=-1;

for(int i=0;i<voronoiCells; i++){

float dist=sqrt((nucleus[i][0]-x)*(nucleus[i][0]-x)+(nucleus[i][1]-y)*(nucleus[i][1]-y));

if(dist<closestDist){

closestDist=dist;

closestPoint=i;

}

return closestPoint;

}

boolean checkCross(float x0,float y0,float x1,float y1){

float xs,xl,ys,yl,cr;

if((judgePos(x0, y0)>0) == (judgePos(x1, y1)>0)){

return false;}

if((judgePos(x0, y0)==2) || (judgePos(x1, y1)==2)){

return false;}

if (x0>x1){xs=x1;xl=x0;

} else{xs=x0;xl=x1;}

if (y0>y1){ys=y1;yl=y0;

} else{ys=y0;yl=y1;}

float a=(y1-y0)/(x1-x0);

cr=(-y0)/a+x0;

if(cr>=xs && cr<= xl && cr>=0 && cr<=WIDTH){

cross_x=cr; cross_y=0.0; return true;

}

cr=(HEIGHT-y0)/a+x0;

if(cr>=xs && cr<= xl && cr>=0 && cr<=WIDTH){

cross_x=cr; cross_y=HEIGHT; return true;

}

cr=(-x0)*a+y0;

if(cr>=ys && cr<= yl && cr>=0 && cr<=HEIGHT){

cross_x=0.0; cross_y=cr; return true;

}

cr=(WIDTH-x0)*a+y0;

if(cr>=ys && cr<= yl && cr>=0 && cr<=HEIGHT){

cross_x=WIDTH; cross_y=cr; return true;

}

//println("cross_error");

return false;

}

int judgePos(float x, float y){

int judge=-1;

if(x>=0 && x<=WIDTH && y>=0 && y<=HEIGHT){

judge=1;

if(x==0 || x==WIDTH || y==0 || y==HEIGHT){

judge=2;

}

return judge;

}

void loadNucleus(){

String[] lines;

lines = loadStrings("Nucleus.txt");

for (int row = 0; row < lines.length; row++){

String[] pieces = split(lines[row], '\t');

nucleus[row][0]=float(pieces[0]);

nucleus[row][1]=float(pieces[1]);

}

void saveNucleus(){

String[] lines=new String[voronoiCells];

for (int row = 0; row < voronoiCells; row++){

lines[row]=str(nucleus[row][0])+'\t'+str(nucleus[row][1]);

}

saveStrings("Nucleus.txt",lines);

}

ESP32のMiroPythonと4×4シリアルLEDで焚き火ランプ（リメイク）

2022年の夏から2023年の春にかけて「ハンドクラフトの素材としての電子工作 “超” 入門」講習会を企画実施していました。木工などのクラフトを簡単にテーブルランプにできる照明ユニットを作る講習会ですが、このブログにはまったく記録に残していませんでした。今回はMicroPythonを使ってリメイクすることにしました。

照明ユニットは下の写真のケースにESP32 MH-ET Live Mini Kitに4×4シリアルフルカラーLEDをつけてユニットを作ります。

木工などのクラフトの下に置くと簡単にテーブルランプにできます。Arduino IDEで書いたプログラムで、写真は焚き火をモチーフにしたものですが、WiFiアクセスポイントからカラーセットを変更する機能もついていました。

今回はWaveshare RP2040-Zeroと8x8LEDで作ったプログラムをベースにリメイクすることにしました。MicroPythonでESP32を使うときにはThonny IDEを使ってESP32用のMicroPythonをインストールします。特に難しいこともなく終了しますが、ESP32用のneopixelライブラリはMicroPythonファームウェアに含まれているのでそれを使います。PicoやWaveshare RP2040-Zeroで使っているライブラリとは違うので、関数名NeopixelをNeoPixelに変更したり、Brightnessの機能を自分で作らないといけません。

また、4×4マトリクスは０行目は右、1行目は左、2行目は右、3行目は左とジグザグなLED番号なので変更しました。

パーリンノイズはMicroPython用のライブラリ “perlin.py” が公開されています。このライブラリをダウンロードしてマイコンのメモリに保存します。

# For ESP32 MicroPython
# Koji Ohashi 20241122
# perlin lib:https://github.com/sjaak31367/micropython_perlin
import perlin
from neopixel import NeoPixel
import time, machine
numpix = 16
led_pin = 16
led = NeoPixel(machine.Pin(led_pin), numpix)


def led_xy_to_count(x, y):
    if (y % 2 == 0):
        count = (y * 4) + x
    else:
        count = (y * 4) + (3 - x)
    return count


def in_range(x):
    if x < 0:
        x = 0
    elif x > 255:
        x = 255
    return(x)

def heatmap(n, brightness): #n 0-255 brightness 0 to 1.0
    red = int(in_range(3 * n) * brightness)
    green = int(in_range(3 * (n - 85)) * brightness)
    blue = int(in_range(3 * (n - 170)) * brightness)
    return((red, green, blue))

def heat_tuple(brightness):
    palette = []    
    for i in range (256):
        palette.append(heatmap(i, brightness))
    heat_color = tuple(palette)
    del palette
    return(heat_color)

def generate_intensity(): #generate intensity coefficients between 0.55-1.0
    y,z,octave = 0.5, 0.7 ,3 #default value
    for i in range (100):
        x = i
        intensity[i] = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)
    min_intensity = min(intensity)
    max_intensity = max(intensity)
    for i in range (100):
        intensity[i] = ((intensity[i] - min_intensity) / (max_intensity - min_intensity)) * 0.45 + 0.55


intensity = [0.0] * 100
led_heat = [0.0]*16

led_base = [10, 20, 20, 10,
            20, 60, 60, 20,
            20, 60, 60, 20,
            10, 20, 20, 10,] # led_base/100

list_led = [0, 1, 2, 3,
            7, 6, 5, 4,
            8, 9, 10, 11,
            15, 14, 13, 12,]
            
brightness = 0.5

color = heat_tuple(brightness)
perlin.reseed(time.ticks_ms())

generate_intensity()
intensity_index = 0
while True:
    for y in range (4):
        for x in range (4):
            z = 0.7
            octave = 3
            list_count = y * 4 + x
            led_count = led_xy_to_count(x, y)
            
            heat_noise = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)
            led_heat[list_count] = heat_noise * led_base[list_count] / 100
    minimum = min(led_heat)
    maximum = max(led_heat)
    for list_count in range (16):
        heat_index = int((led_heat[list_count] - minimum) / (maximum - minimum) * 170 * intensity[intensity_index])
        led[list_led[list_count]] = color[heat_index]

    led.write()
    time.sleep(0.05)
    perlin.reseed(time.ticks_ms())
    
    intensity_index = intensity_index + 1
    if intensity_index >=100:
        generate_intensity()
        intensity_index = 0

# For ESP32 MicroPython

# Koji Ohashi 20241122

# perlin lib:https://github.com/sjaak31367/micropython_perlin

import perlin

from neopixel import NeoPixel

import time, machine

numpix = 16

led_pin = 16

led = NeoPixel(machine.Pin(led_pin), numpix)

def led_xy_to_count(x, y):

if (y % 2 == 0):

count = (y * 4) + x

else:

count = (y * 4) + (3 - x)

return count

def in_range(x):

if x < 0:

x = 0

elif x > 255:

x = 255

return(x)

def heatmap(n, brightness): #n 0-255 brightness 0 to 1.0

red = int(in_range(3 * n) * brightness)

green = int(in_range(3 * (n - 85)) * brightness)

blue = int(in_range(3 * (n - 170)) * brightness)

return((red, green, blue))

def heat_tuple(brightness):

palette = []

for i in range (256):

palette.append(heatmap(i, brightness))

heat_color = tuple(palette)

del palette

return(heat_color)

def generate_intensity(): #generate intensity coefficients between 0.55-1.0

y,z,octave = 0.5, 0.7 ,3 #default value

for i in range (100):

x = i

intensity[i] = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)

min_intensity = min(intensity)

max_intensity = max(intensity)

for i in range (100):

intensity[i] = ((intensity[i] - min_intensity) / (max_intensity - min_intensity)) * 0.45 + 0.55

intensity = [0.0] * 100

led_heat = [0.0]*16

led_base = [10, 20, 20, 10,

20, 60, 60, 20,

10, 20, 20, 10,] # led_base/100

list_led = [0, 1, 2, 3,

7, 6, 5, 4,

8, 9, 10, 11,

15, 14, 13, 12,]

brightness = 0.5

color = heat_tuple(brightness)

perlin.reseed(time.ticks_ms())

generate_intensity()

intensity_index = 0

while True:

for y in range (4):

for x in range (4):

z = 0.7

octave = 3

list_count = y * 4 + x

led_count = led_xy_to_count(x, y)

heat_noise = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)

led_heat[list_count] = heat_noise * led_base[list_count] / 100

minimum = min(led_heat)

maximum = max(led_heat)

for list_count in range (16):

heat_index = int((led_heat[list_count] - minimum) / (maximum - minimum) * 170 * intensity[intensity_index])

led[list_led[list_count]] = color[heat_index]

led.write()

time.sleep(0.05)

perlin.reseed(time.ticks_ms())

intensity_index = intensity_index + 1

if intensity_index >=100:

generate_intensity()

intensity_index = 0

MiroPythonと8×8シリアルLEDで焚き火ランプ

焚き火の炎は予測不能な変化があって飽きることなく見ていられますね。予測不能でも完全な乱数とは違って、滑らかな変化の中に期待を裏切る変化が混じる点が飽きさせないのだろうと思います。8×8シリアルLEDが比較的安価に手に入るようになったのでMicroPythonで焚き火風な卓上ランプを作ることにしました。

動画

使用するマイコンボードはRaspberry Pi Picoと同じRP2040マイコンを使っているWaveshare RP2040-zeroです。後継のRP2350マイコンが出てきたので探せばさらに安価に入手できるようになりました。

パーリンノイズは、コンピュータグラフィックスで炎や煙や雲を表現するのによく使われていると、wikipediaに書かれていて、MicroPython用のライブラリ “perlin.py” が公開されています。このライブラリをダウンロードしてマイコンのメモリに保存します。

シリアルLED用のライブラリ “neopixel.py”もダウンロードしてマイコンのメモリに保存します。

作成したプログラムではパーリンノイズで8×8のLEDの場所の温度が2次元的に変化するのですが、 (1)温度が上がるにつれて赤→黄→白に変化する256色のカラーパレット（heat_color）と、(2)8×8 LEDの中心ほど熱くなる(led_base)、(3)時間的にも明るさが変化する(intensity)という細工を入れています。

なお、今回使用した8×8 LEDは左上が0番で右上が7番、一行下が8番から15番というようにシンプルに配線されていて、X列Y行のLED番号は(Y x 8) + X で指定できます。LEDの信号ピンは29pinです。

import perlin
from neopixel import Neopixel
import time, random
numpix = 64
led_pin = 29
led = Neopixel(numpix, 0, led_pin, "GRB")
led.brightness(100)
x,y,z = 0.5, 0.5, 0.7
octave = 3
perlin.reseed(time.ticks_ms())
intensity = [0.0]*100
led_heat = [0.0]*64
led_base = [10, 10, 10, 20, 20, 10, 10, 10,
            10, 15, 20, 35, 35, 20, 15, 10,
            10, 20, 40, 40, 40, 40, 20, 10,
            15, 35, 40, 60, 60, 40, 35, 15,
            15, 35, 40, 60, 60, 40, 35, 15,
            10, 20, 40, 40, 40, 40, 20, 10,
            10, 15, 20, 35, 35, 20, 15, 10,
            10, 10, 10, 20, 20, 10, 10, 10,]
def in_range(x):
    if x < 0:
        x = 0
    elif x > 255:
        x = 255
    return(x)

def heatmap(n): #n 0-255
    red = in_range(3 * n)
    green = in_range(3 * (n - 85))
    blue = in_range(3 * (n - 170))
    return((red, green, blue))

def heat_tuple():
    palette = []    
    for i in range (256):
        palette.append(heatmap(i))
    heat_color = tuple(palette)
    del palette
    return(heat_color)

def generate_intensity(): #generate intensity coefficients between 0.6-1.0
    for i in range (100):
        x = i
        intensity[i] = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)
    min_intensity = min(intensity)
    max_intensity = max(intensity)
    for i in range (100):
        intensity[i] = ((intensity[i] - min_intensity) / (max_intensity - min_intensity)) * 0.45 + 0.55

color = heat_tuple()
generate_intensity()
intensity_index = 0
while True:
    for y in range (8):
        for x in range (8):
            count = y * 8 + x
            heat_noise = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)
            led_heat[count] = heat_noise * (led_base[count] /100)
    minimum = min(led_heat)
    maximum = max(led_heat)
    for count in range (64):
        heat_index = int((led_heat[count] - minimum) * 200 * intensity[intensity_index] / (maximum - minimum))
        led.set_pixel(count, color[heat_index])
    led.show()
    perlin.reseed(time.ticks_ms())
    
    intensity_index = intensity_index + 1
    if intensity_index >=100:
        generate_intensity()
        intensity_index = 0

import perlin

from neopixel import Neopixel

import time, random

numpix = 64

led_pin = 29

led = Neopixel(numpix, 0, led_pin, "GRB")

led.brightness(100)

x,y,z = 0.5, 0.5, 0.7

octave = 3

perlin.reseed(time.ticks_ms())

intensity = [0.0]*100

led_heat = [0.0]*64

led_base = [10, 10, 10, 20, 20, 10, 10, 10,

10, 15, 20, 35, 35, 20, 15, 10,

10, 20, 40, 40, 40, 40, 20, 10,

15, 35, 40, 60, 60, 40, 35, 15,

10, 20, 40, 40, 40, 40, 20, 10,

10, 15, 20, 35, 35, 20, 15, 10,

10, 10, 10, 20, 20, 10, 10, 10,]

def in_range(x):

if x < 0:

x = 0

elif x > 255:

x = 255

return(x)

def heatmap(n): #n 0-255

red = in_range(3 * n)

green = in_range(3 * (n - 85))

blue = in_range(3 * (n - 170))

return((red, green, blue))

def heat_tuple():

palette = []

for i in range (256):

palette.append(heatmap(i))

heat_color = tuple(palette)

del palette

return(heat_color)

def generate_intensity(): #generate intensity coefficients between 0.6-1.0

for i in range (100):

x = i

intensity[i] = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)

min_intensity = min(intensity)

max_intensity = max(intensity)

for i in range (100):

intensity[i] = ((intensity[i] - min_intensity) / (max_intensity - min_intensity)) * 0.45 + 0.55

color = heat_tuple()

generate_intensity()

intensity_index = 0

while True:

for y in range (8):

for x in range (8):

count = y * 8 + x

heat_noise = perlin.octave_perlin(x,y,z,octave)

led_heat[count] = heat_noise * (led_base[count] /100)

minimum = min(led_heat)

maximum = max(led_heat)

for count in range (64):

heat_index = int((led_heat[count] - minimum) * 200 * intensity[intensity_index] / (maximum - minimum))

led.set_pixel(count, color[heat_index])

led.show()

perlin.reseed(time.ticks_ms())

intensity_index = intensity_index + 1

if intensity_index >=100:

generate_intensity()

intensity_index = 0

電子工作用ブロック言語 Piper Make について

最近はコンパイル無しで気軽にプログラミングができるMicroPythonを使うことが多いのですが、小中学生に自由に試行錯誤しながらプログラミングの楽しさを体験してもらうには、MicroPythonでもまだもう一段ハードルがあるような気がしています。

先日、二人の中学生にMicroBitを使ったロボットカーのプログラミングを体験してもらいました。Scratchでブロック言語にはなじんでいるようで、特に使い方を説明することなくロボットカーの衝突回避動作を2時間ぐらいで完成させていました。MicroBitも良いのですが、基板が大きいことと、ブレッドボードでは使いにくいこと、さらに値段が安くないことなどがあって講習会用の機材としては使いづらいと感じています。

電子工作向きの、できればMicroPythonへのステップになるようなブロック言語はないものかと検索してみると、Piper Makeを試してみたよ、というようなレポートが何件か見つかりました。

Piper Makeのホームページ

ホームページの他に有力な情報は
SunFounder
Amazonでキットも販売しています。

Piper Makeはいわゆるブロック言語です。シンプルなLEDのON-OFFを試してみます。Pico Wの15ピンにLEDを接続して適当な抵抗を介してGNDに戻します。

pin 15を1秒間隔でOn-Offしています。Scratchを使ったことがある人であればほとんど違和感は感じないでしょう。

ウィンドウの下部には四つのタブがあって”DIGITAL VIEW”ではPicoのイラストで15pinが色が赤と黄色に変化します。
“CONSOLE”はPicoからの応答が表示されます。”DATA”は今のところ”？”です。

“PYTHON”はブロックコードをPythonコードに変換したものを見ることができます。3行目に”from piper_blockly import *”と書いてあることを覚えておいてください。

さて、USBメモリのようにCIRCUITPYというドライブが接続されています。boot_out.txtを見るとAdafruitのCircuitPythonのバージョン7.0.0-115がインストールされているようです。CircuitPythonの最新バージョンは9.1.4ですから2年前の古いまま使っていることになります。きっと定期的に更新をするのでしょう。

2024.12.15時点ではCircuitPythonのバージョン9.0.0(2024-10-04)になっていました。新しいPico2(rp2350マイコン)への対応を準備しているようですが、Pico2にはまだPiper MakeからCONNECTして使うことはできないようです。

ここまでで理解できたことは、WebブラウザのブロックコードをCircuitPythonに変換してシリアル通信でPicoのCircuitPythonに1行づつ送っているようです。Piper Make特有のコマンドはライブラリ”piper_blockly”は、CIRCUITPYドライブでは見えないCircuitPythonのファームウェアの近くに置かれているのだろうと思います。

さて、コードを自動実行する方法は、CircuitPythonではcode.pyに書けば良いとのことです。オリジナルのcode.pyはファイル名を”_code.py”と変更しておいて、PYTHONタブのコードを”code.py”として保存すればOKです。

ここまでで”Piper Make”にかなり親しみを感じることができました。

プログラムの保存はかなりクールです。

名前をつけてDOWNLOADボタンを押すとブロックコードのPNG画像ファイルとして保存されます。

PIN形式の仕様で独自のチャンクを書き込むことができるのですが、おそらくPythonコードを埋め込んでいるのでしょう。”import project”でPNGファイルを読み込むと実際にプログラムが動きます。

<<<関数>>>

関数も使うことができます。ラズパイPicoと同じマイコンrp2040を使っているWaveshare RP2040 ZeroというマイコンボードでもPiper Makeを使うことができますので、Waveshare RP2040 ZeroにフルカラーLEDマトリクス（4x４）を接続した例で関数を使った例を示します。

フルカラーLEDマトリクス（4x４）はシリアル接続なので、下の図のような順番で並んでいます。このままでは思った場所のLEDを点灯することが難しいので、左上を(0,0)とした2次元座標で指定できる関数を作ります。関数にxとyを入力するとLEDの番号（count）を返します。

xが０の時には、count = 4 – y
xが1の時には、count = 5 + y
xが2の時には、count = 12 – y
xが3の時には、count = 13 + y

4×4だけなら四つの場合分けでも、そんなに煩雑ではありませんが、将来8×8のマトリクスを使いたいので、xが偶数と奇数に分けます。

xが偶数の時は、count = x*4 +(4- y)
xが奇数の時は、count = x*4 + (y+1)

## ---- Imports ---- ##
import board
from piper_blockly import *
import time

## ---- Definitions ---- ##
x = None
y = None
s = None
led_n = None
neopixels = piperNeoPixels(board.GP14, "GP14", 16)

try:
  set_digital_view(True)
except:
  pass

# Describe this function...
def count(x, y):
  global s, led_n
  if x % 2 == 1:
    s = x * 4 + y
  else:
    s = x * 4 + (3 - y)
  s = s + 1
  return s


## ---- Code ---- ##
while True:
  for y in range(4):
    for x in range(4):
      led_n = count(x, y)
      neopixels.pixels[led_n - 1] = ((0, 255, 0))
      neopixels.show()
      time.sleep(0.2)
      neopixels.pixels[led_n - 1] = ((0, 0, 0))
      neopixels.show()

## ---- Imports ---- ##

import board

from piper_blockly import *

import time

## ---- Definitions ---- ##

x = None

y = None

s = None

led_n = None

neopixels = piperNeoPixels(board.GP14, "GP14", 16)

try:

set_digital_view(True)

except:

pass

# Describe this function...

def count(x, y):

global s, led_n

if x % 2 == 1:

s = x * 4 + y

else:

s = x * 4 + (3 - y)

s = s + 1

return s

## ---- Code ---- ##

while True:

for y in range(4):

for x in range(4):

led_n = count(x, y)

neopixels.pixels[led_n - 1] = ((0, 255, 0))

neopixels.show()

time.sleep(0.2)

neopixels.pixels[led_n - 1] = ((0, 0, 0))

neopixels.show()

一応希望通りの関数を作ることができますが、変数がグローバルで指定されている点に注意です。Piper MakeのシリアルLEDの番号付けは１から始まるのでPythonコードでは1を引いています。

<<マイクで音声認識>>

マイク用のブロックがあるのでPicoにマイクを接続するのかと想像しましたが、PCのマイクにアクセスして音声認識ができます。

きっと、カメラでのジェスチャー認識もPC側のカメラを使うのだろうと思います。

<<Pythonコード>>

ブロックコードが面倒な時にはPythonのコードを直接記述することができます。

4×4 LEDマトリクスに表示するデータをリストで与えます。

code_list_imageという名前でブロックコードになりました。

custum python codeのブロックがあるおかげで柔軟に対応できそうな気がします。

とりあえずこんな感じで理解してみました。（2024.10.1）

さらに気がついたことのメモ

ブロックをコピーして他のプロジェクトにペーストすることができる。

neopixelのセットアップでは255個までしか設定できないけれど、別のピン番号で256個定義するパイソンコードを作れば動く。

メインのプログラムでセットされていない変数は、関数内でローカル変数として使える。

PYTHONタブの右上のアイコンをクリックするとPythonコードがマイコンに保存され、電源投入時およびPimerMake停止時に自動起動する。

第1回 LabVIEW Knowledge Exchange（2024年9月20日）

日本LabVIEWユーザー会とNIが協力してユーザーが参加する新しいかたちのイベントを始めました。

第１回目のイベントの様子は次のリンクにまとめられています。各セッションで使用したスライド / 資料のリンクもありますので、当日の様子をさらに詳しく知ることができます。

2024年9月20日第1回 LabVIEW Knowledge Exchange開催報告

私が話させていただいた内容は、関連プログラムも含めてダウンロードすることができます。

MicroPythonでLabVIEWをもっと楽しもう

ESP32と8x32LEDモジュールでNTP時計を作る（MicroPython）

大型NTP時計の初代がまた不調になったので、あきらめて新しく作ることにしました。

ESP32用のMicroPythonを使ったのが新しい点で、ntpの時刻でrtcをセットするのがとても簡単で感心しました。プログラムが書きやすいので、フォントデータの作り方をシンプルにできました。Apple2のフォントデータを使いました。

# wallClock4-240626.py Koji Ohashi 20240626
# Thanks to 
# https://www.microfan.jp/2023/10/esp32-net-micropython/

# VCC, GND, IO16

import network, ntptime, utime, time
import machine, neopixel
import random
from machine import RTC

ssid = '****************'
passwd = '*****************'
JST_OFFSET = 9 * 60 * 60 # 9時間（32400秒)

WIDTH = 32
HEIGHT = 8
LED_COUNT = 256
DAY_START = 7
DAY_END = 20
LED_BLACK = ( 0, 0, 0)
NIGHT_COLOR = ( 10, 5, 0)

font_pos = ( 0, 7, 13, 18, 25)
rtc_flag = True

rtc = RTC()
np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(16), LED_COUNT)

# Apple 2 font
# https://github.com/Michaelangel007/apple2_hgr_font_tutorial
NumFont0 = (
    ( 0x1C, 0x22, 0x32, 0x2A, 0x26, 0x22, 0x1C, 0x00), #0
    ( 0x08, 0x0C, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x1C, 0x00), #1
    ( 0x1C, 0x22, 0x20, 0x18, 0x04, 0x02, 0x3E, 0x00), #2
    ( 0x3E, 0x20, 0x10, 0x18, 0x20, 0x22, 0x1C, 0x00), #3
    ( 0x10, 0x18, 0x14, 0x12, 0x3E, 0x10, 0x10, 0x00), #4
    ( 0x3E, 0x02, 0x1E, 0x20, 0x20, 0x22, 0x1C, 0x00), #5
    ( 0x38, 0x04, 0x02, 0x1E, 0x22, 0x22, 0x1C, 0x00), #6
    ( 0x3E, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x04, 0x04, 0x00), #7
    ( 0x1C, 0x22, 0x22, 0x1C, 0x22, 0x22, 0x1C, 0x00), #8
    ( 0x1C, 0x22, 0x22, 0x3C, 0x20, 0x10, 0x0E, 0x00), #9
    ( 0x00, 0x00, 0x08, 0x00, 0x08, 0x00, 0x00, 0x00)) #:



#HSV形式からRGB形式に変換
#h = 0 ~ 360, s = 0 ~ 255, v = 0 ~ 255
#R=0 ~ 255, G=0 ~ 255, B=0 ~ 255,
def hsv_to_rgb(h,s,v):
    i = int(h / 60.0)
    mx = v
    mn = v - ((s / 255.0) * v)
    
    if h is None:
        return(0,0,0)
    
    if i == 0:
        (r1,g1,b1) = (mx,(h/60.0)*(mx-mn)+mn,mn)
    elif i == 1:
        (r1,g1,b1) = (((120.0-h)/60.0)*(mx-mn)+mn,mx,mn)
    elif i == 2:
        (r1,g1,b1) = (mn,mx,((h-120.0)/60.0)*(mx-mn)+mn)
    elif i == 3:
        (r1,g1,b1) = (mn,((240.0-h)/60.0)*(mx-mn)+mn,mx)
    elif i == 4:
        (r1,g1,b1) = (((h-240.0)/60.0)*(mx-mn)+mn,mn,mx)
    elif 5 <= i:
        (r1,g1,b1) = (mx,mn,((360.0-h)/60.0)*(mx-mn)+mn)

    return (int(r1), int(g1), int(b1))


def vibrant_color( hour, minute, column):
    h = (hour - DAY_START) * 30 + minute / 2 + column * 4
    h = h % 360
    return hsv_to_rgb(h,255,50)


def read_font(n):
    font_list = []
    for j in range(8):
        sub_list = []
        for i in range(7):
            sub_list.append(((NumFont0[n][j] >> (7 - i)) & 1))
        font_list.append(sub_list)
    return font_list

def wifi_connect(ssid, passwd): # アクセスポイントへの接続
    wifi = network.WLAN(network.STA_IF)
    wifi.active(True)
    if not wifi.isconnected():
        print('connecting to network...')
        wifi.connect(ssid, passwd)
        while not wifi.isconnected():
            print('.',end='')
            time.sleep_ms(500)
        print()
    return wifi

def set_rtc():
    ntptime.settime()
    ut = utime.localtime(utime.time() + JST_OFFSET)
    rtc.datetime((ut[0], ut[1], ut[2], ut[6]+1, ut[3], ut[4], ut[5], 0))

def pix_pos( x, y):
    if ( x % 2 == 0):
        pos = x * HEIGHT + y
    else:
        pos = x * HEIGHT + ( ( HEIGHT - 1) - y)
    return pos

def adjust_rtc( rtctime, flag ):
    if ((rtctime[5] == 0) and (flag == False)):
        set_rtc()
        flag = True
    if ((rtctime[5] != 0) and (flag == True)):
        flag = False
        return flag

def clear_led():
    for i in range( LED_COUNT):
        np[i] = LED_BLACK
    np.write()    






clear_led()
wifi = wifi_connect(ssid, passwd)

set_rtc()
time_now = rtc.datetime()
rtc_flag = False
while True:
    time_now = rtc.datetime()
    rtc_flag = adjust_rtc( time_now, rtc_flag )
    hour = time_now[4]
    minute = time_now[5]
    second = time_now[6]
    str_hour = f'{time_now[4]:02}'
    str_min = f'{time_now[5]:02}'
    time_list = ( int(str_hour[0]), int(str_hour[1]), 10, int(str_min[0]), int(str_min[1]))
    i = 0
    for n in time_list:
        for y in range( 8):
            for x in range( 7):
                column = font_pos[i] + x
                pos = pix_pos( column, y)
                if (read_font(n)[y][6-x] != 0):
                    if (DAY_START <= hour <= DAY_END):
                        if (second < 45):
                            np[pos] = vibrant_color( hour, minute, column)
                        else:
                            np[pos] = hsv_to_rgb(random.randint( 0, 360),255,50)
                    else:
                        np[pos] = NIGHT_COLOR
                else:
                    np[pos] = LED_BLACK
        i = i + 1
    np.write()
    time.sleep(0.1)

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# wallClock4-240626.py Koji Ohashi 20240626

# Thanks to

# https://www.microfan.jp/2023/10/esp32-net-micropython/

# VCC, GND, IO16

import network, ntptime, utime, time

import machine, neopixel

import random

from machine import RTC

ssid = '****************'

passwd = '*****************'

JST_OFFSET = 9 * 60 * 60 # 9時間（32400秒)

WIDTH = 32

HEIGHT = 8

LED_COUNT = 256

DAY_START = 7

DAY_END = 20

LED_BLACK = ( 0, 0, 0)

NIGHT_COLOR = ( 10, 5, 0)

font_pos = ( 0, 7, 13, 18, 25)

rtc_flag = True

rtc = RTC()

np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(16), LED_COUNT)

# Apple 2 font

# https://github.com/Michaelangel007/apple2_hgr_font_tutorial

NumFont0 = (

( 0x1C, 0x22, 0x32, 0x2A, 0x26, 0x22, 0x1C, 0x00), #0

( 0x08, 0x0C, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x1C, 0x00), #1

( 0x1C, 0x22, 0x20, 0x18, 0x04, 0x02, 0x3E, 0x00), #2

( 0x3E, 0x20, 0x10, 0x18, 0x20, 0x22, 0x1C, 0x00), #3

( 0x10, 0x18, 0x14, 0x12, 0x3E, 0x10, 0x10, 0x00), #4

( 0x3E, 0x02, 0x1E, 0x20, 0x20, 0x22, 0x1C, 0x00), #5

( 0x38, 0x04, 0x02, 0x1E, 0x22, 0x22, 0x1C, 0x00), #6

( 0x3E, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x04, 0x04, 0x00), #7

( 0x1C, 0x22, 0x22, 0x1C, 0x22, 0x22, 0x1C, 0x00), #8

( 0x1C, 0x22, 0x22, 0x3C, 0x20, 0x10, 0x0E, 0x00), #9

( 0x00, 0x00, 0x08, 0x00, 0x08, 0x00, 0x00, 0x00)) #:

#HSV形式からRGB形式に変換

#h = 0 ~ 360, s = 0 ~ 255, v = 0 ~ 255

#R=0 ~ 255, G=0 ~ 255, B=0 ~ 255,

def hsv_to_rgb(h,s,v):

i = int(h / 60.0)

mx = v

mn = v - ((s / 255.0) * v)

if h is None:

return(0,0,0)

if i == 0:

(r1,g1,b1) = (mx,(h/60.0)*(mx-mn)+mn,mn)

elif i == 1:

(r1,g1,b1) = (((120.0-h)/60.0)*(mx-mn)+mn,mx,mn)

elif i == 2:

(r1,g1,b1) = (mn,mx,((h-120.0)/60.0)*(mx-mn)+mn)

elif i == 3:

(r1,g1,b1) = (mn,((240.0-h)/60.0)*(mx-mn)+mn,mx)

elif i == 4:

(r1,g1,b1) = (((h-240.0)/60.0)*(mx-mn)+mn,mn,mx)

elif 5 <= i:

(r1,g1,b1) = (mx,mn,((360.0-h)/60.0)*(mx-mn)+mn)

return (int(r1), int(g1), int(b1))

def vibrant_color( hour, minute, column):

h = (hour - DAY_START) * 30 + minute / 2 + column * 4

h = h % 360

return hsv_to_rgb(h,255,50)

def read_font(n):

font_list = []

for j in range(8):

sub_list = []

for i in range(7):

sub_list.append(((NumFont0[n][j] >> (7 - i)) & 1))

font_list.append(sub_list)

return font_list

def wifi_connect(ssid, passwd): # アクセスポイントへの接続

wifi = network.WLAN(network.STA_IF)

wifi.active(True)

if not wifi.isconnected():

print('connecting to network...')

wifi.connect(ssid, passwd)

while not wifi.isconnected():

print('.',end='')

time.sleep_ms(500)

print()

return wifi

def set_rtc():

ntptime.settime()

ut = utime.localtime(utime.time() + JST_OFFSET)

rtc.datetime((ut[0], ut[1], ut[2], ut[6]+1, ut[3], ut[4], ut[5], 0))

def pix_pos( x, y):

if ( x % 2 == 0):

pos = x * HEIGHT + y

else:

pos = x * HEIGHT + ( ( HEIGHT - 1) - y)

return pos

def adjust_rtc( rtctime, flag ):

if ((rtctime[5] == 0) and (flag == False)):

set_rtc()

flag = True

if ((rtctime[5] != 0) and (flag == True)):

flag = False

return flag

def clear_led():

for i in range( LED_COUNT):

np[i] = LED_BLACK

np.write()

clear_led()

wifi = wifi_connect(ssid, passwd)

set_rtc()

time_now = rtc.datetime()

rtc_flag = False

while True:

time_now = rtc.datetime()

rtc_flag = adjust_rtc( time_now, rtc_flag )

hour = time_now[4]

minute = time_now[5]

second = time_now[6]

str_hour = f'{time_now[4]:02}'

str_min = f'{time_now[5]:02}'

time_list = ( int(str_hour[0]), int(str_hour[1]), 10, int(str_min[0]), int(str_min[1]))

i = 0

for n in time_list:

for y in range( 8):

for x in range( 7):

column = font_pos[i] + x

pos = pix_pos( column, y)

if (read_font(n)[y][6-x] != 0):

if (DAY_START <= hour <= DAY_END):

if (second < 45):

np[pos] = vibrant_color( hour, minute, column)

else:

np[pos] = hsv_to_rgb(random.randint( 0, 360),255,50)

else:

np[pos] = NIGHT_COLOR

else:

np[pos] = LED_BLACK

i = i + 1

np.write()

time.sleep(0.1)

7時から21時までは明るく表示します。0-45秒は時間ごとに変わるグラデーション表示で、45-0秒はドット毎にランダムな色で表示します。夜中はオレンジ色で暗く表示します。

今回購入したLEDマトリックスは1100円ぐらいでしたが、電源投入直後に全点灯する不具合がありました。しばらく様子見です。

Google Apps Scriptで「検索して地図を表示」してみました

Googleアカウントは多くの人が持っていると思いますが、Googleスプレッドシート（これ以降スプレッドシートと書きます）やGメール、グーグルドライブなどのGoogleアプリをJava Scriptで操作できるGoogle Apps Scriptを使っている人はそれほど多くはないと思います。

最近「Googleスプレッドシートに測定データをアップロード」という記事を書いたついでにGoogle Apps Scriptで面白い使い方ができないか調べていました。Googleといえば「ググる」という言葉が辞書に採用されるほど検索に強い、Googleマップもストリートビューでプライバシー問題を起こしながらも便利に使われています。そこで、この二つを結びつけるアプリをGoogle Apps Scriptを使って作ることにしました。DOKORAという名前にしましたが、適当なキーワードで検索した施設、お店などの緯度・経度、住所と周辺の地図を数種類の拡大率でGoogleスプレッドシートに作成するスクリプトです。

「手がかり」セルの隣に検索キーワードを入力して「どこら？」と書かれたボタンを押します。手がかりが十分であれば緯度・経度、郵便番号と住所が表示され、倍率の異なる4枚のGoogleマップで作られた画像が表示されます。

DOKORAを使ってみる方法を説明します。　”検索して地図表示240610”というスプレッドシートファイルですが、スプレッドシートはオンラインのWebアプリケーションなので、共有してからご自分のGoogleドライブにコピーして使うことになります。

① 　ご自分のGoogleアカウントでGoogleドライブを開きます。

②　以下の共有ファイルへのリンクをクリックして”検索して地図表示240610”を開きます。
共有ファイルへのリンク

③　ファイルメニューから”コピーを作成”を選択すると、Googleドライブに”検索して地図表示240610のコピー”ができます。普通のファイルならダウンロードして開けば良いところですがとても面倒です。

Google Apps Scriptで作成されたプログラム（Script）はファイルの参照、編集、作成、削除ができるため、Googleアカウントを持っている人の許可を確認してから実行されます。何気なく許可がされないように若干くどくて分かりにくい確認手順になっています。一度確認すればその後は確認を求められなくなります。面倒ですが、自分でGoogle Apps Scriptを作成したときにも同様の確認が行われますので直に慣れると思います。

最初のウィンドウですが、自分のアカウントを選択します。

以下のウィンドウが分かりにくいのですが、左下の”詳細”をクリックします。秘密の通路のようなものです。

左下の”DokaraScript（安全ではないページ）に移動”をクリックします。//Scriptの名前をDokoraScriptにするつもりでしたが、間違えてDokaraScriptになってしまいました。

許可をクリックします。

使えるようになるまでの道のりが長い。

DokaraScriptでは次のような処理を行なっています。
①　前回の検索結果をクリア・削除します。
②　スプレッドシートから”施設名”を読み取り、緯度・経度を求めて、スプレッドシートに記入する。[ジオコーディング]
③　スプレッドシートから緯度・経度を読み取り、郵便番号と住所を求めて、スプレッドシートに記入する。[逆ジオコーディング]
④　緯度・経度を中心にした４種類の地図を作成して、スプレッドシートに貼り付ける。[roadmap ：道路地図ビュー、satellite ：Google Earth の衛星画像、hybrid ：通常ビューと衛星画像ビューの複合ビュー、terrain ：地形情報に基づいた物理地図]

function dokora() {

 const FACILITY_ROW = 2;
 const FACILITY_COL = 6;
 const DATA_ROW = 11
 const LAT_COL = 2;
 const LNG_COL = 3;
 const PCODE_COL = 5;
 const ADDR_COL = 6;
 
 //GeoCodeという名前のシートを操作します
 var spreadsheet = SpreadsheetApp.getActiveSpreadsheet().getSheetByName('Dokora');

 //console.log(facility)
 let images = spreadsheet.getImages();
 var imageCount = images.length;
 for(var i=0; i < imageCount; i++ ){
  images[i].remove();
 }
 spreadsheet.getRange(DATA_ROW, LAT_COL, 1, 5).clearContent();


 var facility = spreadsheet.getRange(FACILITY_ROW,FACILITY_COL).getValue();
 var geocoder = Maps.newGeocoder();
 geocoder.setLanguage('ja');
 var response = geocoder.geocode(facility);

 console.log(response['results'][0])

 if(response['results'][0] != null){
  spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LAT_COL).setValue(response['results'][0]['geometry']['location']['lat']);
  spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LNG_COL).setValue(response['results'][0]['geometry']['location']['lng']);
 } else {
  //console.log('見つけられなかった');
  Browser.msgBox('見つけられませんでした');
  return;
 }

 var latitude = spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LAT_COL).getValue();  //B列の緯度を取得
 var longitude = spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LNG_COL).getValue(); //C列の経度を取得
 if(latitude!='' && longitude!=''){
 var response = geocoder.reverseGeocode(latitude, longitude); // 緯度、経度から情報を取得
  if(response['results'][0] != null){
    var myAddress = response['results'][0]['formatted_address'];
    var posPostCode = myAddress.indexOf('〒');
    var posCode = myAddress.substring(posPostCode, posPostCode + 9);
    var address = myAddress.substring(posPostCode +10);
    var posGabage = address.indexOf(' ');
    if(posGabage>0){
      address = address.substring(0,posGabage);
    }
    spreadsheet.getRange(DATA_ROW,PCODE_COL).setValue(posCode);
    spreadsheet.getRange(DATA_ROW,ADDR_COL).setValue(address);
  }
 }


 var map1 = Maps.newStaticMap()
                .setLanguage('ja')
                .setSize(470,600)
                .setZoom(10)
                //.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)
                .setMapType(Maps.StaticMap.Type.HYBRID)
                .setCenter(latitude, longitude)
                .addMarker(latitude, longitude);
 spreadsheet.insertImage(map1, 1, 13);

 var map2 = Maps.newStaticMap()
                .setLanguage('ja')
                .setSize(600,600)
                .setZoom(14)
                //.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)
                .setMapType(Maps.StaticMap.Type.HYBRID)
                .setCenter(latitude, longitude)
                .addMarker(latitude, longitude);

 spreadsheet.insertImage(map2, 6, 13);

var map3 = Maps.newStaticMap()
                .setLanguage('ja')
                .setSize(470,600)
                .setZoom(16)
                //.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)
                .setMapType(Maps.StaticMap.Type.ROADMAP)
                .setCenter(latitude, longitude)
                .addMarker(latitude, longitude);
 spreadsheet.insertImage(map3, 1, 42);

 var map4 = Maps.newStaticMap()
                .setLanguage('ja')
                .setSize(600,600)
                .setZoom(18)
                //.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)
                .setMapType(Maps.StaticMap.Type.HYBRID)
                .setCenter(latitude, longitude)
                .addMarker(latitude, longitude);

 spreadsheet.insertImage(map4, 6, 42);

}

100

function dokora() {

const FACILITY_ROW = 2;

const FACILITY_COL = 6;

const DATA_ROW = 11

const LAT_COL = 2;

const LNG_COL = 3;

const PCODE_COL = 5;

const ADDR_COL = 6;

//GeoCodeという名前のシートを操作します

var spreadsheet = SpreadsheetApp.getActiveSpreadsheet().getSheetByName('Dokora');

//console.log(facility)

let images = spreadsheet.getImages();

var imageCount = images.length;

for(var i=0; i < imageCount; i++ ){

images[i].remove();

}

spreadsheet.getRange(DATA_ROW, LAT_COL, 1, 5).clearContent();

var facility = spreadsheet.getRange(FACILITY_ROW,FACILITY_COL).getValue();

var geocoder = Maps.newGeocoder();

geocoder.setLanguage('ja');

var response = geocoder.geocode(facility);

console.log(response['results'][0])

if(response['results'][0] != null){

spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LAT_COL).setValue(response['results'][0]['geometry']['location']['lat']);

spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LNG_COL).setValue(response['results'][0]['geometry']['location']['lng']);

} else {

//console.log('見つけられなかった');

Browser.msgBox('見つけられませんでした');

return;

}

var latitude = spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LAT_COL).getValue(); //B列の緯度を取得

var longitude = spreadsheet.getRange(DATA_ROW,LNG_COL).getValue(); //C列の経度を取得

if(latitude!='' && longitude!=''){

var response = geocoder.reverseGeocode(latitude, longitude); // 緯度、経度から情報を取得

if(response['results'][0] != null){

var myAddress = response['results'][0]['formatted_address'];

var posPostCode = myAddress.indexOf('〒');

var posCode = myAddress.substring(posPostCode, posPostCode + 9);

var address = myAddress.substring(posPostCode +10);

var posGabage = address.indexOf(' ');

if(posGabage>0){

address = address.substring(0,posGabage);

}

spreadsheet.getRange(DATA_ROW,PCODE_COL).setValue(posCode);

spreadsheet.getRange(DATA_ROW,ADDR_COL).setValue(address);

}

var map1 = Maps.newStaticMap()

.setLanguage('ja')

.setSize(470,600)

.setZoom(10)

//.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)

.setMapType(Maps.StaticMap.Type.HYBRID)

.setCenter(latitude, longitude)

.addMarker(latitude, longitude);

spreadsheet.insertImage(map1, 1, 13);

var map2 = Maps.newStaticMap()

.setLanguage('ja')

.setSize(600,600)

.setZoom(14)

//.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)

.setMapType(Maps.StaticMap.Type.HYBRID)

.setCenter(latitude, longitude)

.addMarker(latitude, longitude);

spreadsheet.insertImage(map2, 6, 13);

var map3 = Maps.newStaticMap()

.setLanguage('ja')

.setSize(470,600)

.setZoom(16)

//.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)

.setMapType(Maps.StaticMap.Type.ROADMAP)

.setCenter(latitude, longitude)

.addMarker(latitude, longitude);

spreadsheet.insertImage(map3, 1, 42);

var map4 = Maps.newStaticMap()

.setLanguage('ja')

.setSize(600,600)

.setZoom(18)

//.setType(Maps.StaticMap.Type.SATELLITE)

.setMapType(Maps.StaticMap.Type.HYBRID)

.setCenter(latitude, longitude)

.addMarker(latitude, longitude);

spreadsheet.insertImage(map4, 6, 42);

}

参考にさせていただいたサイトは多々ありますが、記録に残さなかったので誠に申し訳ない。

32X32画素のドット絵ディスプレイ完成

「32×8のフルカラーLEDマトリクスを４枚連結して32×32の表示器に(MicroPython)」の続編です。

ディスプレイをIKEAのフレームに納めました。光を和らげるためにダイソーのＰＰシート（乳白色、両面つや消し、０．７５／３９０×５５０ｍｍ）をLEDパネルの前に置いています。

外部電源から給電しているときにUSBケーブルでPCと接続できるようにマイコンボードをラズパイPicoに変更しました。

外部電源のACアダプターは5V 4AのPSE認証付きのものを使っています。

配線
外部電源 5V — LEDパネル 5V, Pico VSYS
外部電源 GND — LEDパネル GND, Pico GND
Pico GP14(19pin) — LEDパネル DIN

ドット絵のデータを別ファイルで管理できるようにプログラムを変更しました。

メインプログラム
ファイル名でドット絵のデータを指定します。画像によってスクロール方向を変えるためにforループの昇順や降順(reversed())を指定します。

from neopixel import Neopixel
import utime
from serial_pos import serial_pos
from read_dot_file import read_data

numpix = 1024 # 32*32 = 1024
din_pin = 14
strip = Neopixel(numpix, 0, din_pin, "GRB")
strip.brightness(2)

def image_window(start_x):
    for y in range(32):
        for x in range(32):
            px_pos = serial_pos(x,y)
            img_pos = y * 96 + x + start_x
            pal=image[img_pos]
            strip.set_pixel(px_pos,(palette[pal][0], palette[pal][1], palette[pal][2]))
    strip.show()

while True:
    (palette,image) = read_data('fab.py')
    for start_x in range (64):
            image_window(start_x)
    utime.sleep(2)
    (palette,image) = read_data('mario96a.py')
    for start_x in reversed(range (64)):
            image_window(start_x)
    utime.sleep(2)

from neopixel import Neopixel

import utime

from serial_pos import serial_pos

from read_dot_file import read_data

numpix = 1024 # 32*32 = 1024

din_pin = 14

strip = Neopixel(numpix, 0, din_pin, "GRB")

strip.brightness(2)

def image_window(start_x):

for y in range(32):

for x in range(32):

px_pos = serial_pos(x,y)

img_pos = y * 96 + x + start_x

pal=image[img_pos]

strip.set_pixel(px_pos,(palette[pal][0], palette[pal][1], palette[pal][2]))

strip.show()

while True:

(palette,image) = read_data('fab.py')

for start_x in range (64):

image_window(start_x)

utime.sleep(2)

(palette,image) = read_data('mario96a.py')

for start_x in reversed(range (64)):

image_window(start_x)

utime.sleep(2)

ピクセルの(x,Y)座標とシリアルLEDの番号を変換する関数

# 横32ピクセル縦8ピクセルのシリアルフルカラーLEDマトリックスを
# 上下方向にに４枚連結した32X32LEDマトリックスで
# 座標(x,y)に対応するシリアルフルカラーLEDの番号を返す

def serial_pos(x,y):
    if x < 0 or x >= 32:
        x = 0
    if y < 0 or y >= 32:
        y = 0
    if y < 8:
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 768
        
    elif y < 16:
        y = y - 8
        x = 31 - x
        y = 7 - y
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 512
        
    elif y < 24:
        y = y - 16
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 256
        
    elif y < 32:
        y = y - 24
        x = 31 - x
        y = 7 - y
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 0
    else:
        pos = 1023
    return(pos)

# 横32ピクセル縦8ピクセルのシリアルフルカラーLEDマトリックスを

# 上下方向にに４枚連結した32X32LEDマトリックスで

# 座標(x,y)に対応するシリアルフルカラーLEDの番号を返す

def serial_pos(x,y):

if x < 0 or x >= 32:

x = 0

if y < 0 or y >= 32:

y = 0

if y < 8:

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 768

elif y < 16:

y = y - 8

x = 31 - x

y = 7 - y

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 512

elif y < 24:

y = y - 16

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 256

elif y < 32:

y = y - 24

x = 31 - x

y = 7 - y

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 0

else:

pos = 1023

return(pos)

ドット絵のファイルを読み込む関数

# ドット絵ファイルからpaletteとimageを取り出す

def read_data(name:str):
    file_name = f'/{name}'
    f = open(file_name, 'r') # PicoW内に保存されたHTMLファイルを開く
    text = f.read()              # コンテンツを読み込む
    f.close()                    # ファイルを閉じる

    text=text.replace('\r\n', '\n')

    pos = text.find('palette') # textをイメージ部分とパレット部分に分割する
    img_text = text[0:pos]
    pal_text = text[pos:]
    text='' # textは不要なので空にする

    img_text=img_text.replace('\n',',')
    
    length=len(img_text)
    if img_text[length-1] == ',':
        img_text=img_text[0:length-1] # 文字列の最後にコンマがあれば削除する
    image = [int(i) for i in img_text.split(',')] # コンマを区切りnにしてリストにする

    pal_text = pal_text[pal_text.find('\n')+1:] # 1行目を削除
    while ',,' in pal_text:
            pal_text = pal_text.replace(',,', ',') # 重複するコンマを1個にまとめる
    pal_text = pal_text.replace(',\n', '\n')

    palette = []
    while '\n' in pal_text:
        line=pal_text[0:pal_text.find('\n')+1] # 1行取り出す
        line=line[line.find(',')+1:line.find('\n')]
        rgb_list = [int(i) for i in line.split(',')]
        palette.append(rgb_list)
        pal_text = pal_text[pal_text.find('\n')+1:]
    return(palette,image)

# ドット絵ファイルからpaletteとimageを取り出す

def read_data(name:str):

file_name = f'/{name}'

f = open(file_name, 'r') # PicoW内に保存されたHTMLファイルを開く

text = f.read() # コンテンツを読み込む

f.close() # ファイルを閉じる

text=text.replace('\r\n', '\n')

pos = text.find('palette') # textをイメージ部分とパレット部分に分割する

img_text = text[0:pos]

pal_text = text[pos:]

text='' # textは不要なので空にする

img_text=img_text.replace('\n',',')

length=len(img_text)

if img_text[length-1] == ',':

img_text=img_text[0:length-1] # 文字列の最後にコンマがあれば削除する

image = [int(i) for i in img_text.split(',')] # コンマを区切りnにしてリストにする

pal_text = pal_text[pal_text.find('\n')+1:] # 1行目を削除

while ',,' in pal_text:

pal_text = pal_text.replace(',,', ',') # 重複するコンマを1個にまとめる

pal_text = pal_text.replace(',\n', '\n')

palette = []

while '\n' in pal_text:

line=pal_text[0:pal_text.find('\n')+1] # 1行取り出す

line=line[line.find(',')+1:line.find('\n')]

rgb_list = [int(i) for i in line.split(',')]

palette.append(rgb_list)

pal_text = pal_text[pal_text.find('\n')+1:]

return(palette,image)

ドット絵ファイルは表計算ソフトでCSV形式で保存して、拡張子を.pyに変更しました。こうすることでThonnyでファイルを開いてPicoに保存することができます。ドット絵は96×32でパレット番号を記入します。’palette’と書かれた１行後からパレットのデータをパレット番号、R値、G値、B値で指定します。

ラズパイpico内部に保存されたファイル（左下の枠内）

32×8のフルカラーLEDマトリクスを４枚連結して32×32の表示器に(MicroPython)

32×8のフルカラーLEDマトリクスは文字の大きな時計を作るのによく使っています。LEDマトリクスの値段は2022年5月の時点で2799円でした。

今回はそれを見ていたKさんから４枚連結して32×32でドット絵の表示器を作りたいとのリクエストがありました。それなりの値段になるので、Aliexpressで探すと1150円です。

32×32=1024個のLEDは全てフルに点灯するわけではありませんが、USBからの給電では不安なので5V 4AのAC/DCアダプター電源を使います。コネクタを使って４枚を連結します。

４枚を横に並べてコネクタで接続するとLEDは直列に接続されるので楽なのですが、縦に並べると下の絵のようになります。

(x,y)を指定するとLEDの番号がわかる関数serial_pos(x,y)を作って対応します。ドット絵のデータはimage1に書きます。1024個のデータなので大変だろうと思いましたが、エクセルファイルにドット絵を書き出すプログラムが公開されているようなので、カンマ区切りで出力してコピペの後少し修正すればそんなには面倒では無いようです。色はpalette14で指定します。

from neopixel import Neopixel
import utime

numpix = 1024 # 32*32 = 1024
din_pin = 14
strip = Neopixel(numpix, 0, din_pin, "GRB")

def serial_pos(x,y):
    if x < 0 or x >= 32:
        x = 0
    if y < 0 or y >= 32:
        y = 0
    if y < 8:
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 768
        
    elif y < 16:
        y = y - 8
        x = 31 - x
        y = 7 - y
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 512
        
    elif y < 24:
        y = y - 16
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 256
        
    elif y < 32:
        y = y - 24
        x = 31 - x
        y = 7 - y
        if x % 2 ==0:
            pos = 8 * x + y
        else:
            pos = 8 * x +7 - y
        pos = pos + 0
    else:
        pos = 1023
    return(pos)

palette14 = [[0,0,0],[64,32,0],[64,64,0],[32,64,0],[0,64,0],[0,32,0],
             [0,64,64],[0,32,64],[0,0,32],[32,0,64],[64,0,64],[64,0,32],
             [64,64,64],[0,0,0]]


image0=[
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
    ]

image1=[
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,5,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,5,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,5,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,5,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
    ]


def show_image(img):
    for y in range(32):
        for x in range(32):
            px_pos = serial_pos(x,y)
            img_pos=y*32+x
            pal=img[img_pos]
            strip.set_pixel(px_pos,(palette14[pal][0], palette14[pal][1], palette14[pal][2]))
    strip.show()

while True:
    show_image(image1)
    #utime.sleep(1)
    show_image(image0)
    #utime.sleep(1)

100

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140

from neopixel import Neopixel

import utime

numpix = 1024 # 32*32 = 1024

din_pin = 14

strip = Neopixel(numpix, 0, din_pin, "GRB")

def serial_pos(x,y):

if x < 0 or x >= 32:

x = 0

if y < 0 or y >= 32:

y = 0

if y < 8:

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 768

elif y < 16:

y = y - 8

x = 31 - x

y = 7 - y

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 512

elif y < 24:

y = y - 16

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 256

elif y < 32:

y = y - 24

x = 31 - x

y = 7 - y

if x % 2 ==0:

pos = 8 * x + y

else:

pos = 8 * x +7 - y

pos = pos + 0

else:

pos = 1023

return(pos)

palette14 = [[0,0,0],[64,32,0],[64,64,0],[32,64,0],[0,64,0],[0,32,0],

[0,64,64],[0,32,64],[0,0,32],[32,0,64],[64,0,64],[64,0,32],

[64,64,64],[0,0,0]]

image0=[

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

]

image1=[

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,5,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0

]

def show_image(img):

for y in range(32):

for x in range(32):

px_pos = serial_pos(x,y)

img_pos=y*32+x

pal=img[img_pos]

strip.set_pixel(px_pos,(palette14[pal][0], palette14[pal][1], palette14[pal][2]))

strip.show()

while True:

show_image(image1)

#utime.sleep(1)

show_image(image0)

#utime.sleep(1)

ラズパイPicoとMicroPythonでPWMコントローラー

PWM制御端子のあるクーリングファンで垂直風洞を作りました。JAXAの手作り風洞のパラメータを参考にして、ファンから少し離してハニカムの整流板を取り付けました。
https://www.yac-j.com/wp-content/themes/yac/pdf/labo/list/5.Experiment/5-8.pdf

翼付きの種子が風洞内で回転する様子を観察するための風洞なので、15cmの高さで風速が1/3、45cmの高さで風速が1/6になるように、開口を広げています。透明シートは100円ショップのB4サイズのカードケース(ハードタイプ)を使いました。

ファンは120mm角38mm厚で12V 2.1AのSanyo Denki America Inc.製の「9GV1212P1G01」(7500円程度)です。（１号機ではPC用で大風量のファンと言われている「CFY-12038PF」12V 0.45Aを使ったのですが、もっと風量が欲しかったので変更しました。）PWMは25kHzの0-5V信号が指定されていますが、ラズパイPicoの3.3Vパルスでも動いています。ハウジングとの固定にはM4長さ50mmを使いました。

電源は「VHBW 12V 5A ACアダプター 60W 5.5*2.5(2.1)mm AC100V-240V DC12V 電源アダプター内極性[+] 0.1A~5A汎用 PSE認証」にしましたが、とりあえず問題なく使えています。

12V電源だけでPicoも動かしたいので、手元にあった3端子レギュレータNJU7223F33で3.3Vを作ります。Picoは互換機のWaveshare RP2040-Zeroよりも外部給電での使い方が便利で、VSYSに1.8Vから5.5Vを接続できます。可変抵抗を回してPWMのDutyを変更します。また、現在のPWM値を視覚的に表現するために4×4マトリクスLEDの状態を変化させます。LEDの制御はneopixelライブラリを使用しました。

12V電源 —– NJU7223F33
接続なし —– Pin1(Vout 3.3V)
12V —– Pin2(Vin)
GND —– Pin3(GND)

Pico
VSYS —– 3.3V
GP15(pin20) —– Fan PWM
GP16(pin21) —– LED DIN
GP26(pin31) —– 可変抵抗器Pin2

可変抵抗器
Pin1 —– 3.3V
Pin2 —– Pico GP26
Pin3 —–GND

フルカラーLED 4×4マトリクス
VDD —– 3.3V
DIN —– Pico GP16
GND —– GND

Fan
Red —– 12V
Black —– GND
Brown —– Pico GP15

プログラム pico_fanControlMax.py

from neopixel import Neopixel
from machine import PWM, ADC, Pin
from time import sleep

pot = ADC(Pin(26))
#pot = ADC(0)
Fan  = PWM(machine.Pin(15, machine.Pin.OUT))
Fan.freq(25000)

black = (0, 0, 0)

m_0 = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
m_1 = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
m_2 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
m_3 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_4 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_5 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_6 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_7 = (1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_8 = (1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_9 = (1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_10 = (1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_11 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)
m_12 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0)
m_13 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0)
m_14 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0)
m_15 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0)
m_16 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1)

disp_num = (m_0, m_1, m_2, m_3, m_4, m_5, m_6, m_7, m_8, m_9, m_10, m_11, m_12, m_13, m_14, m_15, m_16)

numpix = 16
din_pin = 16
np_value = 64

def disp_mat(number):
    mat_hue = int(65536/17) * number
    mat_color = strip.colorHSV(mat_hue, 255, np_value)
    num = disp_num[number]
    for i in range(numpix):
        if num[i] == 1:
            strip.set_pixel(i,mat_color)
        else:
            strip.set_pixel(i,black)
    strip.show()
    return


strip = Neopixel(numpix, 0, din_pin, "GRB")
strip.clear()
strip.show()
    
while True:

    pot_value = pot.read_u16() #0-65535
    f_pwm= int(pot_value / 65535 * 100)
    if f_pwm <= 15 :
        f_pwm = 15
    if f_pwm >= 90 :
        f_pwm = 90
    flow = int(f_pwm * (65535/100) )
    Fan.duty_u16(flow)
    disp_rank = int(f_pwm * (17/100))
    if disp_rank >= 17 :
        disp_rank = 16    
    disp_mat(disp_rank)
    sleep(0.1)
#     print(pot_value)
#     print(f_pwm)
#     print(disp_rank)
#     sleep(1)

from neopixel import Neopixel

from machine import PWM, ADC, Pin

from time import sleep

pot = ADC(Pin(26))

#pot = ADC(0)

Fan = PWM(machine.Pin(15, machine.Pin.OUT))

Fan.freq(25000)

black = (0, 0, 0)

m_0 = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)

m_1 = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)

m_2 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)

m_3 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_4 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_5 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_6 = (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_7 = (1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_8 = (1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_9 = (1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_10 = (1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_11 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

m_12 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0)

m_13 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0)

m_14 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0)

m_15 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0)

m_16 = (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1)

disp_num = (m_0, m_1, m_2, m_3, m_4, m_5, m_6, m_7, m_8, m_9, m_10, m_11, m_12, m_13, m_14, m_15, m_16)

numpix = 16

din_pin = 16

np_value = 64

def disp_mat(number):

mat_hue = int(65536/17) * number

mat_color = strip.colorHSV(mat_hue, 255, np_value)

num = disp_num[number]

for i in range(numpix):

if num[i] == 1:

strip.set_pixel(i,mat_color)

else:

strip.set_pixel(i,black)

strip.show()

return

strip = Neopixel(numpix, 0, din_pin, "GRB")

strip.clear()

strip.show()

while True:

pot_value = pot.read_u16() #0-65535

f_pwm= int(pot_value / 65535 * 100)

if f_pwm <= 15 :

f_pwm = 15

if f_pwm >= 90 :

f_pwm = 90

flow = int(f_pwm * (65535/100) )

Fan.duty_u16(flow)

disp_rank = int(f_pwm * (17/100))

if disp_rank >= 17 :

disp_rank = 16

disp_mat(disp_rank)

sleep(0.1)

# print(pot_value)

# print(f_pwm)

# print(disp_rank)

# sleep(1)

PicoにはMicroPythonインタープリタをダウンロードし、ライブラリneopixel.pyと上記プログラム(pico_fanControlMax.py)をmain.pyという名前で保存します。