Python × Pico 電子工作　｜　#05 センサーの値を読もう

前回の #04 PWM ではプログラム側でデューティ比を変えて LED の明るさを調整しました。今回は 外側のツマミ（可変抵抗） を回して明るさを変えられるようにします。ここで初登場するのが ADC（Analog-to-Digital Converter, アナログ-デジタル変換器） です。

• 可変抵抗（ポテンショメーター）の 3 端子配線と分圧の仕組み
• pico_analog_read でアナログ値を 0〜65535 として読み取る
• ADC 値を計算ブロックで PWM のデューティ比に変換 して LED 制御

PycoBlocks（MicroPythonモード） を開き、左カテゴリ「Pico 電子工作 / 入力」のアナログ入力ブロックと、出力カテゴリのPWM 出力（変数版） を組み合わせて使います。前回 #04 で組んだ LED 回路に、可変抵抗を 1 個追加するだけで始められます。

可変抵抗とADC：ツマミの回転が「数値」に変わる仕組み

可変抵抗（potentiometer / ポット）は、3 端子の電子部品でつまみを回すと中央端子（SIG）の電圧が変わる仕組みです。両端を 3V3 と GND に繋ぐと、中央端子の電圧は 0V〜3.3V の間で連続的に変化します（これを分圧と呼びます）。

Pico の ADC（アナログ-デジタル変換器）は、この連続的な電圧を 0〜65535（16bit 符号なし整数） の数字に変換してくれる装置です。0V → 0、3.3V → 65535、1.65V（中間）→ 約 32768、というように対応します。下の図で、可変抵抗の配線と「電圧 → ADC 値」の対応を見てみましょう。

ステップ1：可変抵抗の値を読んでprintしよう

まずは可変抵抗の値が本当に 0〜65535 の範囲で変わるかを確かめましょう。下の配線図の通り、可変抵抗の 3 端子をそれぞれ 3V3 / GP26 / GND に繋ぎます。

from machine import ADC
import utime
pot = ADC(26)
while True:
    val = pot.read_u16()
    print(val)
    utime.sleep(0.5)

実行すると シリアル出力 欄（MicroPython モードでは画面下部）に0〜65535 の整数が次々と表示されます。つまみを左端まで回すと 0 に近い値、右端まで回すと 65535 に近い値が表示されることを確認しましょう。

ステップ2：ツマミでLEDの明るさを変えよう

ADC で読んだ値を PWM のデューティ比に渡す と、ツマミの回転に連動してリアルタイムで明るさが変わる LED が作れます。前回 #04 の 「PWM出力（変数版）」ブロック（pico_pwm_write_val）が大活躍します。

ここで一つ問題があります。ADC 値は 0〜65535 ですが、PWM のデューティ比は 0〜100（％）で指定するブロックを使っています。そこで 計算ブロック で val × 100 ÷ 65535 という変換を挟みます。

from machine import ADC, Pin, PWM
import utime
pot = ADC(26)
pwm = PWM(Pin(15))
while True:
    val = pot.read_u16()
    duty_pct = val * 100 / 65535
    pwm.duty_u16(int(max(0, min(100, duty_pct)) * 65535 / 100))
    utime.sleep(0.02)

utime.sleep(0.02) は「1 秒間に 50 回ループする」目安です。つまみを動かしてから LED に反映されるまでの遅延が 0.02 秒なら、人間にはほぼ即時に感じられます。もっと反応を速くしたい場合は 0.01 や 0.005 に縮めても問題ありません。

ステップ3（コラム）：ADC の中身と他のセンサーへの応用

可変抵抗は 「分圧の練習台」 として最適ですが、Pico の ADC が読み取れるのは 電圧 なので、「電圧を出力するセンサー」全般を同じ仕組みで読めます。

• 光センサー（CdS）：明るさで抵抗値が変わる素子。10kΩ などの固定抵抗と直列にして分圧すると、明るさ → 電圧 → ADC 値 に変換できる。
• 温度センサー：例 LM35（10mV/℃）。直接 ADC ピンに繋げる。
• 圧力センサー（FSR）：押す強さで抵抗値が変わる。分圧で電圧化。
• 湿度センサー（土壌湿度モジュール）：基板が電圧出力してくれるモジュール型なら ADC ピンに直結。

3 個のセンサーを同時に読みたいときは？ADC ピンは GP26 / GP27 / GP28 の 3 本あるので、3 種類のセンサーを同時にモニターできます（例：明るさ・温度・湿度を同時に取得）。それ以上必要な場合は 外付け ADC IC（MCP3008 など） を SPI 経由で繋ぐ手法もありますが、これは応用編です。

演習課題

課題3-5-1：ADC 値を電圧に変換してみよう

Pico の ADC は 0V → 0、3.3V → 65535 の対応で値を返します。つまり 「ADC 値 × 3.3 ÷ 65535」 で電圧（V）に戻せます。次の ADC 値を電圧に変換してみよう（小数第 2 位まで）。

• ADC 値 = 10000
• ADC 値 = 32768
• ADC 値 = 50000
• ADC 値 = 65535

# 答え:
# 電圧 = ADC値 × 3.3 / 65535
#
# 10000 →  10000 × 3.3 / 65535 ≒ 0.50 V
# 32768 →  32768 × 3.3 / 65535 ≒ 1.65 V  (ちょうど中間)
# 50000 →  50000 × 3.3 / 65535 ≒ 2.52 V
# 65535 →  65535 × 3.3 / 65535 = 3.30 V  (最大)
#
# 逆変換（電圧 → ADC 値）も同じくらい大事:
# ADC値 = 電圧 × 65535 / 3.3
# 例: 1.0V → 1.0 × 65535 / 3.3 ≒ 19859

課題3-5-2：ツマミで点滅速度を変えよう

可変抵抗の値を 「待ち時間」 に使えば、ツマミの位置で点滅の速さが変わる LED が作れます。配線はステップ2 と同じ（可変抵抗 + GP15 + LED）です。待ち時間は 0.02 秒〜1.3 秒 程度の範囲に収まるよう、(val + 1000) ÷ 50000 という式で計算しよう。

▶ 模範解答と解説を見る

ブロックの組み合わせ例：

from machine import ADC, Pin
import utime
pot = ADC(26)
led = Pin(15, Pin.OUT)
while True:
    val = pot.read_u16()
    wait = (val + 1000) / 50000     # 0.02 〜 1.33 秒
    led.value(1)
    utime.sleep(wait)
    led.value(0)
    utime.sleep(wait)

解説： ポイントは (val + 1000) ÷ 50000 という変換式です。val=0（ツマミ左端）→ 1000 / 50000 = 0.02 秒 で超高速点滅、val=65535（右端）→ 66535 / 50000 ≒ 1.33 秒 でゆっくり点滅。+ 1000 の意味は「ツマミを完全に左端にしても、最低 0.02 秒の待ち時間は確保する」（割り算でゼロに近づきすぎないようにする安全マージン）です。発展：50000 や 1000 の値を変えると、点滅速度の範囲を自由に調整できます。例：val / 30000 + 0.05 なら 0.05 〜 約 2.2 秒の範囲になります。

課題3-5-3：ツマミで2つのLEDの明るさを対称に変えよう

可変抵抗 + 2 つの LED で 「シーソー」演出 を作ろう。つまみを左に回すと GP15 が明るく GP14 が暗く、右に回すと GP15 が暗く GP14 が明るく なります。GP14 と GP15 にそれぞれ LED（330Ω 抵抗付き）を配線します。

▶ 模範解答と解説を見る

ブロックの組み合わせ例：

from machine import ADC, Pin, PWM
import utime
pot   = ADC(26)
pwm14 = PWM(Pin(14))
pwm15 = PWM(Pin(15))
while True:
    val  = pot.read_u16()
    duty = val * 100 / 65535               # 0〜100
    pwm15.duty_u16(int(max(0, min(100, duty)) * 65535 / 100))
    pwm14.duty_u16(int(max(0, min(100, 100 - duty)) * 65535 / 100))
    utime.sleep(0.02)

解説： 鍵は 「duty を一度変数に入れて、2 つの LED で使い回す」 ことです。もし val × 100 ÷ 65535 を 2 回計算すると、わずかな時間差で val が変わって左右がぴたっと揃わなくなる可能性があります。同じ瞬間の値 から両方のデューティを計算するために変数 duty を使いましょう。発展：3 つの LED（赤・緑・青）にして RGB の色合成にすると、つまみ 1 個で 1 次元的に色を変える「カラーセレクター」が作れます。つまみを 3 個使えば、RGB を独立に操作するフル機能のカラーミキサーになります。

まとめ

• 可変抵抗（ポテンショメーター）は 3 端子配線で、中央端子の電圧が 0V〜3.3V で変化する分圧回路。
• ADC（Analog-to-Digital Converter）は電圧を 0〜65535 の整数に変換する装置。Pico では GP26 / GP27 / GP28 の 3 ピンが対応。
• pico_analog_read でアナログ値を変数に入れ、pico_pwm_write_val に渡せば ツマミで LED 制御。
• 変換式 val × 100 ÷ 65535 で ADC 値（0〜65535）を デューティ比（0〜100%）に変換。
• 同じ仕組みで 光・温度・圧力センサー など「電圧を出すセンサー全般」を読み取れる。

次の記事は #06「ブザーで音を出そう」。PWM の周波数を音の高さに対応させて、ドレミの音階を鳴らしたり、簡単なメロディを演奏したりします。今回学んだ PWM の知識がそのまま音作りに活きてきます。