はじめに
どうもこんにちはホシノです。
今回は、Raspberry Pi と LED マトリクスを使用して、行先表示器（側面）を作ったので紹介します。
行先表示器とはなんぞやという人に軽く説明すると、電車の横にある○○行きみたいなのを表示しているやつですね。
別の呼び方だと方向幕とも呼ばれますね。
（今回作るのは LED 方向幕）
モデル車両のE233系
今回モデルにしたのは JR 東日本 E233 系 3000 番台です。
E233系は首都圏で多く見られ、東海道線・宇都宮線・高崎線をはじめ、中央線快速や京浜東北線、京葉線等々色々な路線に導入されている車両です。
行先表示器にはフルカラー LED が採用されていて、路線別で様々なバリエーションの種別や行き先が収録されています。
構成
このような構成で制作しています。
今回の例では、AC 電源から直接 LED マトリクスに給電していますが、Adafruit RGB Matrix HAT + RTC を介しての給電もできそうです。
ちなみに Adafruit RGB Matrix HAT + RTC に電源刺さなくても、Raspberry Pi から電源を取って動作はしてくれるようです。
※インターフェース基板 を介して LED マトリクスに給電する場合は、電源を繋ぐ必要がありそうです。
必要なもの
今回紹介する中には、はんだ付けが必要なものがあります。
また、購入場所は投稿主が購入した場所です。参考程度で見てください。
| 必要部品 | 数量 | 購入場所 | 推定価格（円） |
|---|---|---|---|
| LEDマトリクス 32×64 | 2 | Aliexpless | 4,000 |
| Raspberry Pi | 1 | メルカリ | 5,000 |
| Adafruit RGB Matrix HAT + RTC | 1 | Amazon | 4,000 |
| AC 5V電源（4A以上） | 1 | Amazon | 1,500 |
| 合計 | - | - | 14,500 |
ケーブルなどの基本付属するようなものは、上記には含んでいません。
付属していないなどで必要であれば、追加で購入してください。
各部品の説明
LED マトリクス
LED マトリクスといってもいろいろな種類がありますが、今回使用するのは、HUB-75 規格の 64×32 ドットのパネルです。
今回作る行先表示器は、128×32 ドットのため、64×32 では横方向のドットが足りないので2枚使用して、128×32 にします。
Raspberry Pi
Raspberry Pi は、一枚の基板に CPU や入出力インターフェースがついている小型のマイコンボードです。
現在、Raspberry Pi には1～4のバージョンがありますが、購入する場合は最低でも Raspberry Pi 3 Model B 以上を選んだほうがいいと思います。
私は Raspberry Pi 3 Model B+ を選びました。
Adafruit RGB Matrix HAT + RTC
Adafruit RGB Matrix HAT + RTC は、Raspberry Pi に接続して HUB-75 規格の LED マトリクスを制御できるインターフェース基板です。
日本だとマルツ電波や Amazon で購入ができます。
なお、コネクタ類ははんだ付けの必要があるので注意です。
AC 5V電源（4A以上）
電源は Raspberry Pi と LED マトリクスに使用しますが、ここで挙げる電源は、LED マトリクスに使用する電源です。
LED マトリクスは 64×32 ドットだと、2A /枚が目安となっており、今回は2枚使用するので、4A 程度のものを用意したほうがよさそうです。
ただし、投稿主が試した際は、2.5A でも動作しましたので、3A くらいでも良いかもしれませんね。
ハードウェアの準備
実際に組み立てを行っていきたいと思います。
なお、このパートでは、はんだ付け等はされている前提で進めていきます。
Adafruit RGB Matrix HAT + RTCをRaspberry Pi につける
Raspberry Pi の GPIO と Adafruit RGB Matrix HAT + RTC の GPIO を合体させます。
間違った向きに付いたりするので注意してください。
LEDマトリクスをRaspberry Piと接続する
LED マトリクスに付属している 16pin フラットケーブルを、LED マトリクス二枚同士とインターフェース基板の HUB75 のコネクタにつなぎます。
LEDマトリクスには入力用と出力用のコネクタに分かれています。
基板にプリントされている矢印の向きにデータが流れるので、矢印が向いている先が出力用、その反対が入力用だと考えてください（パネルによってはプリントされていません）。
LEDマトリクスに5Vを流す
AC 5V 電源（4A 以上）からプラスマイナスを、取り付属した電源用ケーブルにつなぎます。
このときプラスマイナスを間違えるとLEDマトリクスの故障につながるので注意してください。
テスターなんかで調べるといいでしょう。
Raspberry Piに各種ケーブルを接続する
HDMI ケーブルや LAN ケーブル、キーボード、マウスなどを接続する。
ソフトウェアの準備
ソフトウェアの準備を進めます。
Raspberry Pi に必要な Micro SD カードを準備してください。
Raspberry Pi OSを導入する
今回は Raspberry Pi OS を導入しますが、既に導入している場合はここはスキップで構いません。
また、導入方法は他の記事詳しく解説されてるので、ここではざっと説明します。
Imagerのインストール
お使いのPCで Raspberry Pi 公式サイトのダウンロードページから、お使いの OS（Windows,Mac,Ubuntu）から選択してimagerをインストールしてください。
Raspberry Pi OSをSDカードにインストール
-
8GB 以上の Micro SD カードをPCに接続して、Raspberry Pi Imager を開いてください。
-
「OS を選ぶ」から一番上の Raspberry Pi OS を選んでください。
-
「ストレージを選ぶ」から先ほど接続した Micro SD カードを選択します。
書き込み先のストレージのデータはすべて削除されるので、間違えないように注意してください。 -
「書き込む」をクリックしてください。
確認ダイアログが表示されるので「はい」を選択してください。 -
「Raspberry Pi OS（32bit）は○○に書き込まれました。」と出れば成功です。
flickLEDとrpi-rgb-led-matrixをインストール
flickLEDをクローンする
今回は、acela86さんのflickLEDをクローンするのですが、Python3では動作しません。
Python2にダウングレードする方法もあるようですが、めんどくさいので今回は TGR Group の技術部の方が、flickLED を Python3 でも動くように書き換えてくれたので、それを使います。
下記のコマンドを実行し、Raspberry Pi にレポジトリをクローンします。
git clone https://github.com/TGR-Group/flickLED.git
cd flickLED
pip3 install -U -r requirements.txtクローンしたディレクトリ内で下記のコマンドを実行し、Python のスクリプトファイルに実行権限を付与します。
sudo chmod u+x *.py
sudo chmod a+x ./cgi-bin/*.pyrpi-rgb-led-matrix をインストールする
AdafruitのサイトにあるDriving Matricesの Step 6. Log into your Pi to install and run software に沿ってインストールしていきます。
下記のコマンドを実行し、rpi-rgb-led-matrix をインストールします。
curl https://raw.githubusercontent.com/adafruit/Raspberry-Pi-Installer-Scripts/main/rgb-matrix.sh > rgb-matrix.sh
sudo bash rgb-matrix.shソフトウェアの実行
起動させる
クローンしたディレクトリ内で下記のコマンドを実行し、ソフトウェアを起動させます。
sudo python3 app.py起動すると［ 普通｜前橋 ］が表示されます。
操作する
WEBブラウザ上で、Raspberry Pi（ポート番号：8000）にアクセスすると、操作ができる画面に移動できます。（デフォルトURL：http://raspberrypi.local:8000）
まとめ
今回は行先表示器を制作してみました。
以前から X (Twitter) などで見かけて気になっていたので、今回制作することができてとてもうれしいです。
少しいじれば、他にも新たに幕を追加もできるのでみんなもやってみてね。
また進展があれば別の記事で紹介します。