ラズパイ入門まとめ：フルカラーLED ＆ リレーでヒーター制御

Raspberry Pi の定番テーマを、実際にコードを動かしながらまとめて解説します。この記事では フルカラーLED／リレーでヒーター制御 の2テーマを扱います。

各テーマは ブラウザ上の仮想Raspberry Piシミュレーターで、コードを編集しながら自分で動かせます。

1. フルカラーLED

概要

R/G/BをPWMで混ぜて、色相を連続的に変化させる。ブラウザ上の仮想Raspberry Piで、実際にコードを動かしながら挙動を確認できます。

プログラムの内容（ざっくり）

色相環をたどってR・G・Bそれぞれの明るさをPWMで変化させ、フルカラーLEDの色を連続的に変えます。

# === フルカラーLED（PWM混色）===
# 色相環をたどってR/G/Bの明るさを変え、色を連続的に変化させる。

import time

def wheel(p):
    p = p % 256
    if p < 85:
        return (p * 3, 255 - p * 3, 0)
    if p < 170:
        p -= 85
        return (255 - p * 3, 0, p * 3)
    p -= 170
    return (0, p * 3, 255 - p * 3)

i = 0
while True:
    r, g, b = wheel(i)
    rgb.color(r, g, b)
    if i % 30 == 0:
        print(f"色 = ({r}, {g}, {b})")
    i = (i + 4) % 256
    time.sleep(0.06)

配線

配線図（RGB LED カソードコモン）

GPIO17 ──[220Ω]── R（赤）
GPIO27 ──[220Ω]── G（緑）
GPIO22 ──[220Ω]── B（青）
共通カソード ── GND

シェルの出力

実行すると、Pi側と相手デバイス側に次のような出力がリアルタイムで流れます。

🍓 Raspberry Pi シェル

pi@raspberrypi:~ $ python app.py
色 = (0, 255, 0)
色 = (180, 75, 0)
色 = (150, 0, 105)
色 = (0, 30, 225)
色 = (0, 210, 45)
色 = (0, 255, 0)
色 = (180, 75, 0)
色 = (150, 0, 105)
色 = (0, 30, 225)

コードを編集したらどうなるか

wheel()の式を変えれば色の変化パターンを、sleepを変えれば速さを調整できます。特定の色で固定することもできます。

まとめ

3色のPWM混色でフルカラーを作る基本です。イルミネーションや状態表示に応用できます。

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Raspi 仮想シミュレーターのライブ実行結果から生成。ブラウザ上で自分でコードを編集して試せます。

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2. リレーでヒーター制御

概要

温度が目標より低いとリレーでヒーターをON。温まると自動でOFF。ブラウザ上の仮想Raspberry Piで、実際にコードを動かしながら挙動を確認できます。

プログラムの内容（ざっくり）

温度が目標TARGET未満ならリレーでヒーターをONにし、達したらOFFにします。温まると自動で止まり、冷えると再び入る自動温度調整です。

# === リレーでヒーター制御（サーモスタット）===
# 温度がTARGET未満ならリレーでヒーターをON、達したらOFF。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)          # リレー

TARGET = 25.0

while True:
    t = sensor.temperature
    if t < TARGET:
        GPIO.output(18, GPIO.HIGH)  # ヒーターON
        print(f"{t}C < {TARGET}C -> ヒーターON")
    else:
        GPIO.output(18, GPIO.LOW)   # ヒーターOFF
        print(f"{t}C >= {TARGET}C -> ヒーターOFF")
    time.sleep(1)

配線

配線図（リレー + ヒーター）

GPIO18 ── リレーモジュール IN
リレー COM/NO ── ヒーター電源（AC/DC）
I2C BME280 (0x76) ── 温度センサ

シェルの出力

実行すると、Pi側と相手デバイス側に次のような出力がリアルタイムで流れます。

🍓 Raspberry Pi シェル

pi@raspberrypi:~ $ python app.py
19.59C < 25.0C -> ヒーターON
20.15C < 25.0C -> ヒーターON
20.73C < 25.0C -> ヒーターON
21.33C < 25.0C -> ヒーターON
21.95C < 25.0C -> ヒーターON
22.58C < 25.0C -> ヒーターON
23.16C < 25.0C -> ヒーターON

計測値（温度(℃)）の推移:

コードを編集したらどうなるか

TARGETを上げると高い温度で安定し、下げると低い温度で安定します。ヒステリシス（ON/OFFの差）を設けるとリレーの頻繁な切り替えを防げます。

まとめ

リレーで大電力機器をON/OFF制御する基本です。エアコンや電気ポットなど身近な自動制御の仕組みです。

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Raspi 仮想シミュレーターのライブ実行結果から生成。ブラウザ上で自分でコードを編集して試せます。

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おわりに

どちらもラズパイの基礎として役立つテーマです。気に入ったらLGTM・ストックしていただけると励みになります。他のテーマも順次まとめていきます。