Raspberry Pi Picoと光センサーによる自動LED制御：初心者向けステップバイステップ解説

はじめに

光センサーは、周囲の明るさを測定するための便利なデバイスです。今回は、Raspberry Pi Pico に光センサーを接続して、明るさを取得する方法を紹介します。センサーを使えば、例えば部屋の明るさに応じた自動点灯や、外の明るさを記録するシステムが簡単に作れます。

光センサーの作動原理

光センサーは、「光を電気に変える仕組み」を使っています。内部には、フォトダイオードやフォトトランジスタと呼ばれる部品が入っています。この部品は、光が当たると特別な働きをします。

光が当たると何が起きる？

• 光の粒(光子)が当たる
  光には「光子」という小さな粒があります。この光子がフォトダイオードやフォトトランジスタに当たると、中の電子が動きます。
  
  
• 電流が発生する
  フォトダイオードやフォトトランジスタの中の電子が光子からエネルギーを受け取って動くことで、部品の中に電流が流れます。これを光電効果といいます。電流は「光の量」に比例して変化します。つまり、明るい場所ではたくさん電流が流れ、暗い場所ではあまり流れません。
  
  
• 電流を信号に変える
  この電流を計測して「光の強さ」をとして読み取ります。
  光の強さの目安はこちらを参考にしてください。

日常生活での活用例

光センサーは、多くの日常シーンで使用されています

1. スマートフォンの画面調整
   周囲の明るさを測定して、画面の明るさを自動的に調整します。
   
   
2. 街灯の自動点灯
   日没後に街灯を点灯し、日の出とともに消灯するシステムに利用されています。
   
   
3. 自動車のヘッドライト制御
   車内外の明るさを測定して、自動的にヘッドライトをオン/オフします。
   
   
4. 農業・環境モニタリング
   作物の成長に必要な光量を測定するためのセンサーとして使用されています。
   
   
5. IoTデバイス
   スマートホームデバイスで、カーテンの自動開閉や室内照明の制御に利用されています。

配線

光センサーとLEDを接続します

光を検知したらLEDを点灯する

明るいときにLEDを点灯させます。
閾値は抵抗を回したり、数値を見ながら決めてください。

from machine import Pin, ADC
import time

# ピンの設定
light_sensor = ADC(Pin(26))  # 光センサーのアナログ出力を接続したピン（GP26/ADC0）
led = Pin(15, Pin.OUT)       # LED を接続したピン（GP15）

# 明るさのしきい値（適宜調整してください）
THRESHOLD = 5000  # ADC の値（0～65535 の範囲）

while True:
    # 光センサーからの値を取得
    light_value = light_sensor.read_u16()  # 16 ビットの値を読み取る
    print(f"Light Value: {light_value}")

    # 明るさがしきい値以上の場合、LED を点灯
    if light_value <= THRESHOLD:
        led.on()  # LED を点灯
        print("LED ON")
    else:
        led.off()  # LED を消灯
        print("LED OFF")
    
    time.sleep(0.5)  # 500ms 待機

まとめ

光センサーは日常でよく出くわすだけでなく、高校物理で学ぶ光電効果を体感できる楽しいセンサーです。ぜひ触ってみてください！