【ラズパイ】Raspberrypi5でPWMを使う方法【gpiozero】

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※ どの購入先でも、本体に電源やケーブルは含まれていないので注意してください

RaspberryPi 5 用電源

スマホ用(PD対応品)も使用できますが、仕様によってはUSBの出力電流が制限されたり、電源が落ちたりすることもあります。5V5A対応品の使用がおすすめです。

公式品は少々値段が高いので、私は以下から購入・使用しています。

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サーボモータ(ラジコンサーボ) SG90

冒頭でも紹介した、RaspberryPiシリーズで使えるサーボモータ(ラジコンサーボ)です。　人気のため、コピー品も多いようです。私は以下の正規販売元のページから購入しました。

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ブレッドボード(ハーフサイズ)

サンハヤト製のブレッドボードです。今回は簡単な回路なので小さいサイズのものを使っています。

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LED

一般的な砲弾型のLEDでOKです。以下のようなセットで買っておくと、購入の手間がはぶけます。

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抵抗

お手持ちのものでOKです。ない方は一度セットで揃えてしまうと送料と時間が節約できます。

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https://gpiozero.readthedocs.io/en/stable/api_output.html#pwmled

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プログラム概要

今回のプログラムの概要は以下の通りです。

PWM型のLEDオブジェクトを生成する
LEDをオフ(消灯)にする
LEDを半分の明るさにする
LEDを最大の明るさにする

実行結果

後述するプログラムの実行結果は以下の通りです。実行するとLEDが1秒おきに「消灯」→「半分の明るさで点灯」→「最大の明るさで点灯」と変化します。

プログラムを実行して、半分の明るさで点灯している時の画像 — 半分の明るさで点灯

プログラムを実行して、最大の明るさで点灯している時の画像 — 最大の明るさで点灯

全体コード

全体コードは以下の通りです。詳細な内容は後述する「コードのポイント」で解説します。

from gpiozero import PWMLED
from time import sleep

# PWMで操作できる「PWMLED」オブジェクトを生成する
led = PWMLED(13)

while True:
    # ONの幅をゼロにする
    led.value = 0 
    sleep(1)

    # ONの幅を半分にする
    led.value = 0.5  # half brightness
    sleep(1)
    
    # ONの幅を全部にする
    led.value = 1  # full brightness
    sleep(1)

# LEDを点滅させます
# led.blink(1.0, 1.0, 0,0, 3, False)

実行方法

上述した全体コードを保存したディレクトリで、以下のコマンドを実行します。

sudo python gpiozero_pwmled.py

コードのポイント

PWMLEDオブジェクトの生成

RPi.gpioなど多くのライブラリは「ピン」に着目したプログラムの構造をとっていますが、gpiozeroでは、「モノ(部品)」に着目した名称や構造をとっています。

そのためPWMでのLEDを操作する際は「PWMLED」型のオブジェクトを生成し、かっこ内には使用するピンの名称(GP13などの数字部分)を指定します。

# PWMで操作できる「PWMLED」オブジェクトを生成する
led = PWMLED(13)

LEDをオフにする

PWMLEDオブジェクトのvalueプロパティを「0」にするとLEDを消灯できます。

valueプロパティはPWMのONの幅を0~1.0で表すもので、0にするとONの幅がゼロなり、LEDが消灯します。

    # ONの幅をゼロにする
    led.value = 0 
    sleep(1)

LEDを半分の明るさにする

valueプロパティを「0.5」にすると、ONの幅が半分になり、LEDが「半分の明るさ」で光ります。

    # ONの幅を半分にする
    led.value = 0.5  # half brightness
    sleep(1)

LEDを最大の明るさにする

valueプロパティを「1」にするとLEDが「最大の明るさ」で光ります。

    # ONの幅を全部にする
    led.value = 1  # full brightness
    sleep(1)

valueプロパティで指定できるのは「0~1」までです。それ以外の値を指定すると、以下のように実行時にエラーになります。

gpiozero.exc.OutputDeviceBadValue: PWM value must be between 0 and 1

点滅

PWMの周波数を遅くすると、LEDを点滅させることもできます。

RPi.gpioなどのライブラリでは、周波数の数値を変更する関数しかありませんが、gpiozeroではblink関数を使って、簡単に点滅が実現できます。

下記のコードは「1秒点灯」「1秒消灯」「3回繰り返し」「繰り返し完了まで終了しない」

# LEDを点滅させます
# led.blink(1.0, 1.0, 0,0, 3, False)

引数	内容	例	説明
1	ON時間	1秒	点灯する時間
2	OFF時間	1秒	消灯する時間
3	フェードイン時間	0秒	ゆっくり点灯させる場合の、点灯までの時間
4	フェードアウト時間	0秒	ゆっくり消灯させる場合の、消灯までの時間
5	実行回数	3回	繰り返しの回数
6	バックグラウンド実行	False	繰り返し完了まで処理を次に進めるかどうかを指定する設定

バックグラウンド実行を「True」にしても、プログラム全体の終了に合わせて、blink関数が終了します。

そのため、この記事のようなblink関数の後に何もしないプログラムでは、プログラム全体がすぐに終了してしまい、LEDが点灯しない(ように見える)ので、注意が必要です。

その他の使い方

LEDPWMのその他の使い方については、以下の公式リファレンスのPWMLEDの項目をご覧ください。

ラジコンサーボなどのために、特定周波数に設定したい場合など、細かい使い方が掲載されています。

まとめ

Raspberrypi5でPWMを使う方法を解説しました。

RaspberryPi5になって、慣れ親しんだ「RPi.gpio」が使えないのはつらい状態ですが、「gpiozero」もシンプルで分かりやすく、使いやすいライブラリです。

このブログでもPi5と合わせて、gpiozeroのいろいろな使い方を解説していくので、これからもぜひご覧いただければと思います。参考になればうれしいです。

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