Lチカ応用編～ラズパイでろうそくを作ろう～
2024年8月2日（金）は、中原先生が遅れる予定だったため、水曜日の教室で中原先生と講師をしている、今田が代わりにメイン講師を担当しました。結局、中原先生最初から最後までいましたが。(笑)
- 18時00分～18時20分 タイピング練習
- 18時20分～18時40分 キーボード練習
- 18時35分～19時50分 ろうそくプログラム
- 19時50分～20時00分 あとかたづけ
タイピング練習とキーボード練習
タイピングの練習は、「寿司打」、キーボードの練習は「テトリス」です。
テトリス、十字キーを使う癖がつけるのが目的なんですが、頭のトレーニングになっていいですね。水曜日のほうにも取り入れていこうかなと思います。
Lチカを思い出しながら、LEDでろうそくの再現
今回は4段階構成でまずはLチカの復習からはじめて、点滅を早くする方法、明るさをランダムに変える方法、ろうそくらしくする方法といった感じで、少しずつ書いては実行をやってもらいました。
回路はシンプルに抵抗とLED1つずつです。
ロウソク"らしく"光るプログラム
先にプログラムをお見せするとこんな感じです。16行程度でできるので、打ち込むこと自体はさんざんやってきているメンバーにとっては、簡単だったかなと思います。
from machine import Pin,PWM
import utime,random
pwm=PWM(Pin(16))
pwm.freq(100)
x=0.5
while True:
if 0.05<=x<0.5: #ろうそくらしく明るさを変えていく数式
x=x+2*x*x
elif 0.5<=x<0.95:
x=x-2*(1-x)*(1-x)
else:
x=random.random()
pwm.duty_u16(int(65535*x)) #点滅させる数式
utime.sleep(0.1)
print(x)虫食いにしてあえて教えない、ヒント程度にとどめました。メンバーにとっても実際に光ると達成感があったかなと思います。
理論の話～ろうそくらしく？～
実は今回、ろうそくを完全再現していません。本来、ろうそくは 1/f ゆらぎと呼ばれる、人間が落ち着く光り方をします。詳しい説明は省きますが、雨の音や木漏れ日、心拍の間隔など、人間がリラックスするゆらぎです。
これを正確に再現しようとすると長いプログラミングコードになってしまいます。なので、今回採用したのは、「間欠性カオスアルゴリズム」という方法になります。上のプログラムでいう、ろうそくらしく明るさを変えていく数式です。
#明るさを"x"として、一番暗い時を0％、一番明るいときを100％とすると
#明るさxが5～50%のとき（少し暗いとき）は
x=x+2*x*x #次の明るさは x = x + 2x²
#明るさxが50～95%のとき（少し明るいとき）は
x=x-2*(1-x)*(1-x) #次の明るさは x = x - 2(1-x)²
#明るさxが0～5%、95～100%の時（明るすぎる時と暗すぎる時）は
x=random.random() #ランダム
これを使うことで、そこそこ、ろうそくらしくなります。実際に工学系の研究発表の中の1/fゆらぎの検証実験でも使われているようなので、うまく光ると思います。
↓間欠性アルゴリズムを使用した研究例
https://www.ieice.org/tokyo/gakusei/activity/kenkyuu-happyoukai/happyou-ronbun/14/pdf/36.pdf
最後に
教材の用意、結構大変でした。中原先生は毎週やっているわけですから、改めてすごいんだなと痛感します。メンバーのみんなにはちょっと舐められてる気がしますけどね(笑)
来週からは、担当が中原先生に戻ってモーター制御の予定です。お楽しみに！
