Chapter 8. Neopixel(WS2812B) 화려한 조명 제어

단 한 가닥의 데이터 선으로 수많은 RGB LED를 개별 제어하는 기술을 배웁니다. Pico 2의 고속 PIO 기능을 활용해 부드러운 무지개 효과를 구현합니다.

8.1 준비물과 연결 핀

Neopixel은 데이터 선 하나로 여러 LED를 순서대로 제어합니다. 첫 번째 LED의 DIN 방향을 꼭 확인하고, 전류가 커지는 프로젝트에서는 밝기를 제한해서 시작하세요.

8.2 WS2812B(Neopixel) 통신 원리 쉽게 이해하기

WS2812B는 하나의 데이터 선(DIN)만으로 수십~수백 개의 LED를 각각 다른 색으로 제어할 수 있는 "주소 지정형(addressable)" LED입니다. 초보자가 헷갈리기 쉬운 핵심 3가지를 짚고 넘어갑시다.

8.3 밝기 제한 무지개 효과 코드

import machine
import neopixel
import time

NUM_LEDS = 8
DATA_PIN = 22
BRIGHTNESS = 0.25

np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(DATA_PIN), NUM_LEDS)

def wheel(pos):
    if pos < 85:
        return (pos * 3, 255 - pos * 3, 0)
    elif pos < 170:
        pos -= 85
        return (255 - pos * 3, 0, pos * 3)
    else:
        pos -= 170
        return (0, pos * 3, 255 - pos * 3)

def dim(color, brightness=BRIGHTNESS):
    r, g, b = color
    return (int(r * brightness), int(g * brightness), int(b * brightness))

def clear():
    for i in range(NUM_LEDS):
        np[i] = (0, 0, 0)
    np.write()

def rainbow_cycle(delay=0.02):
    for offset in range(256):
        for i in range(NUM_LEDS):
            color_index = (i * 256 // NUM_LEDS + offset) & 255
            np[i] = dim(wheel(color_index))
        np.write()
        time.sleep(delay)

print("Neopixel 효과 시작...")
clear()

while True:
    rainbow_cycle()

8.6 동작 흐름

wheel() 함수는 0~255 값을 빨강, 초록, 파랑이 이어지는 색상으로 바꿉니다. 각 LED에 서로 다른 색상 인덱스를 주고, 반복할 때마다 인덱스를 조금씩 밀어주면 무지개가 흐르는 것처럼 보입니다. BRIGHTNESS 값은 전류를 줄이기 위한 안전 장치입니다.

8.4 특정 LED만 색칠하기

전체 LED를 한 번에 다루기 전에, 인덱스 번호로 원하는 LED 딱 하나(혹은 몇 개)만 켜는 연습을 해봅시다. np[i]에서 i는 0번부터 시작하는 LED의 순서 번호입니다.

import machine
import neopixel
import time

NUM_LEDS = 8
DATA_PIN = 22

np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(DATA_PIN), NUM_LEDS)

# 먼저 전체 소등
for i in range(NUM_LEDS):
    np[i] = (0, 0, 0)
np.write()

# 0번 LED만 빨간색, 3번 LED만 초록색, 7번(마지막) LED만 파란색
np[0] = (50, 0, 0)     # 빨강 (밝기를 낮게 설정: 0~255 중 50)
np[3] = (0, 50, 0)     # 초록
np[7] = (0, 0, 50)     # 파랑
np.write()   # write()를 호출해야 실제로 LED에 반영됩니다!

print("0번, 3번, 7번 LED만 켜졌습니다.")

8.5 밝기 조절하기

같은 색상이라도 RGB 숫자 값 자체를 낮추면 더 어둡게, 높이면 더 밝게 표현됩니다(0~255 범위). 아래 예제는 하나의 색상을 점점 밝게 켰다가 다시 어둡게 줄이는 "숨쉬기(breathing)" 효과입니다.

import machine
import neopixel
import time

NUM_LEDS = 8
DATA_PIN = 22

np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(DATA_PIN), NUM_LEDS)

def set_all(r, g, b):
    for i in range(NUM_LEDS):
        np[i] = (r, g, b)
    np.write()

print("밝기 조절(숨쉬기) 효과 시작...")
while True:
    # 0 -> 100까지 점점 밝게 (흰색 기준)
    for level in range(0, 101, 5):
        set_all(level, level, level)
        time.sleep(0.03)
    # 100 -> 0까지 점점 어둡게
    for level in range(100, -1, -5):
        set_all(level, level, level)
        time.sleep(0.03)

8.7 과제 해결해보기!

import machine
import neopixel

NUM_LEDS = 8
np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(22), NUM_LEDS)

for i in range(NUM_LEDS):
    if i % 2 == 0:
        np[i] = (0, 0, 50)     # 짝수 -> 파란색
    else:
        np[i] = (50, 50, 0)    # 홀수 -> 노란색(R+G)

np.write()

import machine
import neopixel
import time

NUM_LEDS = 8
np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(22), NUM_LEDS)

def clear():
    for i in range(NUM_LEDS):
        np[i] = (0, 0, 0)

while True:
    for pos in range(NUM_LEDS):
        clear()                    # 모든 LED 끄기
        np[pos] = (60, 60, 60)     # 현재 위치만 흰색으로 켜기
        np.write()
        time.sleep(0.15)

8.8 Wokwi 시뮬레이션으로 실습하기

Chapter 1.8에서 소개한 Wokwi 온라인 시뮬레이터를 이용하면 실제 Neopixel LED 스트립이 없어도 브라우저에서 바로 색상 제어 코드를 테스트해 볼 수 있습니다.

{
  "version": 1,
  "author": "Pico 2 IoT Guide",
  "editor": "wokwi",
  "parts": [
    { "type": "wokwi-pi-pico", "id": "pico", "top": 0, "left": 0, "attrs": {} },
    { "type": "wokwi-neopixel", "id": "strip1", "top": -60, "left": 150, "attrs": { "pixels": "8" } }
  ],
  "connections": [
    [ "pico:GP22", "strip1:DIN", "green", [] ],
    [ "pico:VSYS", "strip1:VCC", "red", [] ],
    [ "pico:GND", "strip1:GND", "black", [] ]
  ]
}