MicroPython – 計測・解析ラボ

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

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,
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    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
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    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
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    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
    ]

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,
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    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
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    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
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    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
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    ]


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

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

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。

MicroPythonで大きな数字の時計を作る

2017年に作った時計がブレッドボードの接触不良で時々ハングするようになったので、ラズパイPico Wでリメイクしました。[ハングしていたように見えたのはNeopixelが1個死にかけていたためのようです。リメイクした後でも再発したので故障したLEDを見つけて交換しました。]

製作当時の記事は以下です。
http://keisoku-lab.mond.jp/2017/06/28/手作りの大型7セグメントフルカラー表示器を使っ/
http://keisoku-lab.mond.jp/2017/08/10/手作りの大型7セグメントフルカラー表示器デモ版/

当時はまだシリアルフルカラーLEDを32×8 で敷き詰めたユニットは高価だったので、テープ状のシリアルフルカラーLEDを7セグメントLEDのように配置して表示板を作りました。１文字14個で4桁なので56個のLEDを使いました。

配線は以下の3本だけです。
Pico W—–シリアルLED
VBUS —–+5V
GND —–GND
GP16 —–Din

シリアルLEDのライブラリは以下を使いました。
https://github.com/blaz-r/pi_pico_neopixel

NTPサーバーへの接続とPico Wが内蔵しているrtcの更新については以下の記事に書きました。

MicroPythonでラズパイPico Wと1.69インチTFT DisplayモジュールのNTP時計を作成

時計の機能
毎時0分にNTPサーバーに接続してrtcを更新します。
6時から21時59分までは明るく、それ以外は暗く表示します。
毎分45秒から次の5秒まで表示色をグラデーションで変化させます。

一応、狙い通り動いていますが、Pythonは使い慣れていませんのでアドバイスがあればohashi(アットマーク)mac.email.ne.jpまでお願いします。

import machine
import network
import ntptime_jp
import utime
from neopixel import Neopixel

#SSID = 'your SSID'
#PASSWORD = 'your Password'

sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
sta_if.active(True)
sta_if.connect(SSID, PASSWORD)
while not sta_if.isconnected():
    pass

#+++++++_ntp_access_++++++++
#ntptime_jp.settime()
#+++++++++++++++++++++++++++

check_ntp = True
numpix = 56

strip = Neopixel(numpix, 0, 16, "GRB")
strip.brightness(50)


PATTERN0 = (0,1,2,3,4,5,8,9,10,11,12,13)
PATTERN1 = (0,1,8,9)
PATTERN2 = (0,1,2,3,6,7,10,11,12,13)
PATTERN3 = (0,1,2,3,6,7,8,9,10,11)
PATTERN4 = (0,1,4,5,6,7,8,9)
PATTERN5 = (2,3,4,5,6,7,8,9,10,11)
PATTERN6 = (2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13)
PATTERN7 = (0,1,2,3,4,5,8,9)
PATTERN8 = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13)
PATTERN9 = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)
seg8 = (PATTERN0, PATTERN1, PATTERN2, PATTERN3, PATTERN4, PATTERN5, PATTERN6, PATTERN7, PATTERN8, PATTERN9)


pattern_led_init = []
for i in range(0, numpix):
    pattern_led_init.append(False)


pattern_led = []
def time_pattern(hour, minute):
    disp_time = f'{hour:02}' + f'{minute:02}'
    pattern_led = pattern_led_init.copy()
    for pos in range(0,4):
        pos_num = int(disp_time[pos])
        position=3 - pos
        disp_num = seg8[pos_num]
        for num in disp_num:
            num = num + position * 14
            pattern_led[num] = True
    return(pattern_led)

pix_color=[]
delta = 65536/numpix
for pix_index in range(0, numpix):
    pix_color.append(strip.colorHSV(int(delta * pix_index), 255, 255))


while True:
    if (6 < utime.localtime()[3] < 21):
        strip.brightness(80)
    else:
        strip.brightness(20)
    
    hour = utime.localtime()[3]
    minute = utime.localtime()[4]
    pattern_led=time_pattern(hour, minute)
    
    for pix_index in range(0, numpix):
        if pattern_led[pix_index] == True:
            strip.set_pixel(pix_index,pix_color[pix_index])
        else:
            strip.set_pixel(pix_index,(0,0,0))
    
    strip.show()
    move_last=pix_color[0]
    del(pix_color[0])
    pix_color.append(move_last)
    utime.sleep(0.05)
    
    while(5 < utime.localtime()[5] < 45): # wait every 5 ~ 45sec
        if (check_ntp == True) and (minute == 0):
            ntptime_jp.settime() # access ntp server
            check_ntp = False
        if (check_ntp == False) and (minute >= 1):
            check_ntp = True

import machine

import network

import ntptime_jp

import utime

from neopixel import Neopixel

#SSID = 'your SSID'

#PASSWORD = 'your Password'

sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)

sta_if.active(True)

sta_if.connect(SSID, PASSWORD)

while not sta_if.isconnected():

pass

#+++++++_ntp_access_++++++++

#ntptime_jp.settime()

#+++++++++++++++++++++++++++

check_ntp = True

numpix = 56

strip = Neopixel(numpix, 0, 16, "GRB")

strip.brightness(50)

PATTERN0 = (0,1,2,3,4,5,8,9,10,11,12,13)

PATTERN1 = (0,1,8,9)

PATTERN2 = (0,1,2,3,6,7,10,11,12,13)

PATTERN3 = (0,1,2,3,6,7,8,9,10,11)

PATTERN4 = (0,1,4,5,6,7,8,9)

PATTERN5 = (2,3,4,5,6,7,8,9,10,11)

PATTERN6 = (2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13)

PATTERN7 = (0,1,2,3,4,5,8,9)

PATTERN8 = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13)

PATTERN9 = (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)

seg8 = (PATTERN0, PATTERN1, PATTERN2, PATTERN3, PATTERN4, PATTERN5, PATTERN6, PATTERN7, PATTERN8, PATTERN9)

pattern_led_init = []

for i in range(0, numpix):

pattern_led_init.append(False)

pattern_led = []

def time_pattern(hour, minute):

disp_time = f'{hour:02}' + f'{minute:02}'

pattern_led = pattern_led_init.copy()

for pos in range(0,4):

pos_num = int(disp_time[pos])

position=3 - pos

disp_num = seg8[pos_num]

for num in disp_num:

num = num + position * 14

pattern_led[num] = True

return(pattern_led)

pix_color=[]

delta = 65536/numpix

for pix_index in range(0, numpix):

pix_color.append(strip.colorHSV(int(delta * pix_index), 255, 255))

while True:

if (6 < utime.localtime()[3] < 21):

strip.brightness(80)

else:

strip.brightness(20)

hour = utime.localtime()[3]

minute = utime.localtime()[4]

pattern_led=time_pattern(hour, minute)

for pix_index in range(0, numpix):

if pattern_led[pix_index] == True:

strip.set_pixel(pix_index,pix_color[pix_index])

else:

strip.set_pixel(pix_index,(0,0,0))

strip.show()

move_last=pix_color[0]

del(pix_color[0])

pix_color.append(move_last)

utime.sleep(0.05)

while(5 < utime.localtime()[5] < 45): # wait every 5 ~ 45sec

if (check_ntp == True) and (minute == 0):

ntptime_jp.settime() # access ntp server

check_ntp = False

if (check_ntp == False) and (minute >= 1):

check_ntp = True

MicroPythonでラズパイPico Wと1.69インチTFT DisplayモジュールのNTP時計を作成

MicroPythonの使い心地を知るためにRaspberry Pi Pico Wに安価な1.69インチのTFTディスプレイを接続してNTPで更新した内蔵RTC(リアルタイムクロック)の時刻を表示するプログラムを作りました。

Raspberry Pi Pico W (詳細情報はスイッチサイエンスの商品ページから辿ってください)

1.69インチのTFTディスプレイ (詳細情報はAliexpressの商品ページから辿ってください。400円程度で購入できるSPI通信の240×280画素のフルカラーディスプレイでインターフェースコントローラはst7789を使用していてします。)

配線
<TFTディスプレイ> ——– <Pico W>
GND ——– GND (18pin)
VCC ——– 3V3(OUT) (36pin)
SCL(SCLK) ——– SPI1SCK(19pin)
SDA(MOSI,SDI,DIN) ——– SPI1TX(20pin)
RES(Reset) ——– GP11(15pin)
DC(Data/Command) ——– GP12(16pin)
CS ——– SPI1CSn(17pin)
BLK(Backlight) ——– GP10(14pin)

st7789用ライブラリ
ST7789 Driver for MicroPythonとしてgithubに公開されています。Pico W用MicroPython Firmware （https://github.com/russhughes/st7789_mpy/tree/master/firmware/RP2W/firmware.uf2）をダウンロードして、Pico Wのブートボタンを押しながらPCのUSBポートに接続し、現れたUSBドライブにfirmware.uf2ファイルをドラッグ・ドロップします。

from machine import Pin, SPI
import st7789
import utime
import network
import ntptime_jp

SSID = 'yourSSID'
PASSWORD = 'YourPassword'

BACKLIGHT_PIN = 10
RESET_PIN = 11
DC_PIN = 12
CS_PIN = 13
CLK_PIN = 14
DIN_PIN = 15 # lower left corner

import romand as vector_font

spi = SPI(1, baudrate=31250000, sck=Pin(CLK_PIN), mosi=Pin(DIN_PIN))
tft = st7789.ST7789(spi, 240, 320,
    reset=Pin(RESET_PIN, Pin.OUT),
    cs=Pin(CS_PIN, Pin.OUT),
    dc=Pin(DC_PIN, Pin.OUT),
    backlight=Pin(BACKLIGHT_PIN, Pin.OUT),
    rotation=3)
tft.init()

sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
sta_if.active(True)
sta_if.connect(SSID, PASSWORD)
while not sta_if.isconnected():
    pass
ntptime_jp.settime()

str_md_c = ""
str_hm_c = ""
str_s_c = ""
while True:
    time_now = utime.localtime()
    #print(utime.localtime())
    str_md = "{:>2}".format(str(time_now[1])) + "." + "{:>2}".format(str(time_now[2])) + "." + "{:>4}".format(str(time_now[0]))
    str_hm = "{:>2}".format(str(time_now[3]))  + ":" + "{:0>2}".format(str(time_now[4]))
    str_s = "{:0>2}".format(str(time_now[5]))
    if str_md != str_md_c :
        tft.draw(vector_font, str_md_c,50, 30, st7789.color565(0,0,0), 1.4)
        tft.draw(vector_font, str_md,50, 30, st7789.color565(255,255,255), 1.4)
        str_md_c = str_md
    if str_hm != str_hm_c :
        tft.draw(vector_font, str_hm_c,30, 130, st7789.color565(0,0,0), 2.8)
        tft.draw(vector_font, str_hm,30, 130, st7789.color565(255,255,255), 2.8)
        str_hm_c = str_hm
    if str_s != str_s_c :
        tft.draw(vector_font, str_s_c,200, 210, st7789.color565(0,0,0), 2.0)
        tft.draw(vector_font, str_s,200, 210, st7789.color565(255,0,255), 2.0)
        str_s_c = str_s

from machine import Pin, SPI

import st7789

import utime

import network

import ntptime_jp

SSID = 'yourSSID'

PASSWORD = 'YourPassword'

BACKLIGHT_PIN = 10

RESET_PIN = 11

DC_PIN = 12

CS_PIN = 13

CLK_PIN = 14

DIN_PIN = 15 # lower left corner

import romand as vector_font

spi = SPI(1, baudrate=31250000, sck=Pin(CLK_PIN), mosi=Pin(DIN_PIN))

tft = st7789.ST7789(spi, 240, 320,

reset=Pin(RESET_PIN, Pin.OUT),

cs=Pin(CS_PIN, Pin.OUT),

dc=Pin(DC_PIN, Pin.OUT),

backlight=Pin(BACKLIGHT_PIN, Pin.OUT),

rotation=3)

tft.init()

sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)

sta_if.active(True)

sta_if.connect(SSID, PASSWORD)

while not sta_if.isconnected():

pass

ntptime_jp.settime()

str_md_c = ""

str_hm_c = ""

str_s_c = ""

while True:

time_now = utime.localtime()

#print(utime.localtime())

str_md = "{:>2}".format(str(time_now[1])) + "." + "{:>2}".format(str(time_now[2])) + "." + "{:>4}".format(str(time_now[0]))

str_hm = "{:>2}".format(str(time_now[3])) + ":" + "{:0>2}".format(str(time_now[4]))

str_s = "{:0>2}".format(str(time_now[5]))

if str_md != str_md_c :

tft.draw(vector_font, str_md_c,50, 30, st7789.color565(0,0,0), 1.4)

tft.draw(vector_font, str_md,50, 30, st7789.color565(255,255,255), 1.4)

str_md_c = str_md

if str_hm != str_hm_c :

tft.draw(vector_font, str_hm_c,30, 130, st7789.color565(0,0,0), 2.8)

tft.draw(vector_font, str_hm,30, 130, st7789.color565(255,255,255), 2.8)

str_hm_c = str_hm

if str_s != str_s_c :

tft.draw(vector_font, str_s_c,200, 210, st7789.color565(0,0,0), 2.0)

tft.draw(vector_font, str_s,200, 210, st7789.color565(255,0,255), 2.0)

str_s_c = str_s

NTP時刻を取得するライブラリは時差を補正することができなかったので、ライブラリ内でJAPAN_TIME = 9*60*60を補正してRTCに書き込むことにしました。ntptime_jp.pyという名前でpico Wに保存しました。（オリジナルはmicropython-lib/micropython/net/ntptime/ntptime.py です。）

import utime

try:
    import usocket as socket
except:
    import socket
try:
    import ustruct as struct
except:
    import struct

# The NTP host can be configured at runtime by doing: ntptime.host = 'myhost.org'
#host = "pool.ntp.org"
host = "ntp.nict.jp"
JAPAN_TIME = 9*60*60
# The NTP socket timeout can be configured at runtime by doing: ntptime.timeout = 2
#timeout = 1
timeout = 2

def time():
    NTP_QUERY = bytearray(48)
    NTP_QUERY[0] = 0x1B
    addr = socket.getaddrinfo(host, 123)[0][-1]
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    try:
        s.settimeout(timeout)
        res = s.sendto(NTP_QUERY, addr)
        msg = s.recv(48)
    finally:
        s.close()
    val = struct.unpack("!I", msg[40:44])[0]

    EPOCH_YEAR = utime.gmtime(0)[0]
    if EPOCH_YEAR == 2000:
        # (date(2000, 1, 1) - date(1900, 1, 1)).days * 24*60*60
        NTP_DELTA = 3155673600
    elif EPOCH_YEAR == 1970:
        # (date(1970, 1, 1) - date(1900, 1, 1)).days * 24*60*60
        NTP_DELTA = 2208988800
    else:
        raise Exception("Unsupported epoch: {}".format(EPOCH_YEAR))

    return val - NTP_DELTA


# There's currently no timezone support in MicroPython, and the RTC is set in UTC time.
def settime():
    t = time()
    import machine
    tm = utime.gmtime(t + JAPAN_TIME)
    machine.RTC().datetime((tm[0], tm[1], tm[2], tm[6] + 1, tm[3], tm[4], tm[5], 0))

import utime

try:

import usocket as socket

except:

import socket

try:

import ustruct as struct

except:

import struct

# The NTP host can be configured at runtime by doing: ntptime.host = 'myhost.org'

#host = "pool.ntp.org"

host = "ntp.nict.jp"

JAPAN_TIME = 9*60*60

# The NTP socket timeout can be configured at runtime by doing: ntptime.timeout = 2

#timeout = 1

timeout = 2

def time():

NTP_QUERY = bytearray(48)

NTP_QUERY[0] = 0x1B

addr = socket.getaddrinfo(host, 123)[0][-1]

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

try:

s.settimeout(timeout)

res = s.sendto(NTP_QUERY, addr)

msg = s.recv(48)

finally:

s.close()

val = struct.unpack("!I", msg[40:44])[0]

EPOCH_YEAR = utime.gmtime(0)[0]

if EPOCH_YEAR == 2000:

# (date(2000, 1, 1) - date(1900, 1, 1)).days * 24*60*60

NTP_DELTA = 3155673600

elif EPOCH_YEAR == 1970:

# (date(1970, 1, 1) - date(1900, 1, 1)).days * 24*60*60

NTP_DELTA = 2208988800

else:

raise Exception("Unsupported epoch: {}".format(EPOCH_YEAR))

return val - NTP_DELTA

# There's currently no timezone support in MicroPython, and the RTC is set in UTC time.

def settime():

t = time()

import machine

tm = utime.gmtime(t + JAPAN_TIME)

machine.RTC().datetime((tm[0], tm[1], tm[2], tm[6] + 1, tm[3], tm[4], tm[5], 0))

フォントはst7789_mpy/fonts/vector/romand.pyをPico Wに保存して使いました。