PWM 방식 LED 밝기 조절 > 스마트기기시스템

• PWM output 방식을 이해한다.
• DutyCycle에 대해 이해한다.

• PWM에서 LED 밝기 조절 공식
  • 공급 전압 V_supply = 5V, LED 순방향 전압 V_LED = 3V, 저항 R = 220Ω, 듀티사이클 80%

1. 순간 전류 (옴의 법칙):
   I = (V_supply − V_LED) / R = (5 − 3) / 220 = 9.09mA
2. 평균 전류 (옴의 법칙 × 듀티사이클):
   I_avg = 9.09mA × 0.8 = 7.27mA
3. 평균 전력 (전압 × 평균 전류):
   P = 2V × 7.27mA = 14.54mW

• 기본 구동 프로그램 : 라즈베리파이 가상환경에서 파이썬 코딩
  • VSCode에서 led_pwm_duty.py 파일 생성
  • GPIO 18핀(핀 12)을 출력 모드로 설정
  • GPIO 18핀의 DutyCycle을 조절

import RPi.GPIO as GPIO
import time
# GPIO 모드 설정
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# LED 핀 설정
LED_PIN = 18
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
# PWM 인스턴스 생성 (주파수 1kHz)
pwm = None
pwm = GPIO.PWM(LED_PIN, 10000)
pwm.start(0)  # DutyCycle 0으로 시작 (꺼진 상태)
try:
    while True:
        # 점점 밝아짐
        for dc in range(0, 101, 2):
            pwm.ChangeDutyCycle(dc)
            print("밝아 짐", dc)
            time.sleep(0.1)
        time.sleep(2)
        # 점점 어두워짐
        for dc in range(100, -1, -2):
            print("어두워 짐", dc)
            pwm.ChangeDutyCycle(dc)
            time.sleep(0.1)
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    # Ctrl+C 눌렀을 때 실행 종료
    pass  
finally:
    if pwm is not None:
        try:
            pwm.stop()
        except:
            pass
        del pwm  # __del__ 호출 시 오류 방지
    GPIO.cleanup()

• 3컬러 RGB LED는 아래와 같이 연결되어 있다.
  • 빨강: GPIO 18
  • 초록: GPIO 23
  • 파랑: GPIO 24 (미사용)
• PWM을 사용하여 빨강(R)과 초록(G) 색상의 듀티사이클을 조절한다.
• 색상은 주황 → 노랑 → 연두 → 갈색 순으로 서서히 변화한다.
  • R 100 고정 후 G 50→100 (주황→노랑)
  • G 100 고정 후 R 100→50 (노랑→연두)
  • R 50 고정 후 G 100→30 (연두→갈색)
  • G 30 고정 후 R 50→100 (갈색→주황) 
• 각 색상은 0.1초 간격으로 부드럽게 전환되도록 한다.
• 색상 전환은 무한 반복되도록 한다.

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
R_PIN = 18
G_PIN = 23
GPIO.setup(R_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(G_PIN, GPIO.OUT)
pwm_r = None
pwm_g = None
pwm_r = GPIO.PWM(R_PIN, 1000)
pwm_g = GPIO.PWM(G_PIN, 1000)
pwm_r.start(0)
pwm_g.start(0)
try:
    while True:
        for g in range(50, 101, 5):      # 주황 → 노랑
            pwm_r.ChangeDutyCycle(100)
            pwm_g.ChangeDutyCycle(g)
            time.sleep(0.5)
        print("주황 -> 노랑")
        time.sleep(3)
        for r in range(100, 49, -5):     # 노랑 → 연두
            pwm_r.ChangeDutyCycle(r)
            pwm_g.ChangeDutyCycle(100)
            time.sleep(0.5)
        print("노랑 -> 연두")
        time.sleep(3)            
        for g in range(100, 29, -5):     # 연두 → 갈색
            pwm_r.ChangeDutyCycle(50)
            pwm_g.ChangeDutyCycle(g)
            time.sleep(0.5)
        print("연두 -> 갈색")
        time.sleep(3)  
        for r in range(50, 101, 5):      # 갈색 → 주황
            pwm_r.ChangeDutyCycle(r)
            pwm_g.ChangeDutyCycle(30)
            time.sleep(0.5)
        print("갈색 -> 주황")
        time.sleep(3)
except KeyboardInterrupt:
    # Ctrl+C 눌렀을 때 실행 종료
    pass        
finally:
    if pwm_r is not None:
        try:
            pwm_r.stop()
        except:
            pass
        del pwm_r  # __del__ 호출 시 오류 방지
   
    if pwm_g is not None:
        try:
            pwm_g.stop()
        except:
            pass
        del pwm_g  # __del__ 호출 시 오류 방지
    GPIO.cleanup()