Адресная светодиодная лента

Содержание

  • Введение
  • Типы адресных светодиодных лент
  • Проектирование с помощью адресных светодиодных лент
  • Плюсы использования адресных светодиодных лент
  • Плюсы использования адресных светодиодных модулей
  • Вопрос – Ответ. Самые частые адресных светодиодных лент проблемы и их решение.

Описание

WS2812B – это адресуемая светодиодная лента, которая поставляется в разных версиях – с разным размером, заполнителем и плотностью светодиодов. Выберите ту, что подходит вам лучше всего.

Что такое RGB светодиодная лента

RGB (Red, Green, Blue – красный, зеленый, синий) – это светодиодная лента, способная при работе менять свой цвет. В каждом LED модуле находятся три светодиода – красный, синий и зеленый. Изменяя отдельно яркость свечения каждого кристалла, вы получаете любой цвет видимого спектра.

Что такое rgb светодиодЧто такое rgb светодиод

Внешне RGB led отличается от моноцветной только количеством выводов. Здесь их 4 – три из них для питания каждого отдельного кристалла и один общий плюс.

Существуют особые led ленты с пятью выводами. Маркируются они как LED RGB W (W – white). Пятый вывод отвечает за белый свет. Дело в том, что в трехцветном диоде белый цвет получается смешивая все три цвета в равных пропорциях. Такой «белый» отличается от чистого моно- света. Поэтому появился тип led с четвертым кристаллом белого цвета.

Эти ленты (как и моноцветные) имеют несколько классов пыле- влагозащиты:

  • IP20 – без защиты, боится влаги и пыли;
  • IP67-69 – не боится пыли, может быть использована во влажной среде (ванна, аквариум).

1. Вводная информация о светодиодах

Светодиоды – электронный компонент, способный излучать свет. Сегодня они массово применяются в различной электронной технике: в фонариках, компьютерах, бытовой технике, машинах, телефонах и т.д. Многие проекты с микроконтроллерами так или иначе используют светодиоды.

Основных назначений у них два:

  • демонстрация работы оборудования или оповещение о каком-либо событии;
  • применение в декоративных целях (подсветка и визуализация).

Внутри светодиод состоит из красного (red), зеленого (green) и синего (blue) кристаллов, собранных в одном корпусе. Отсюда такое название – RGB.

2. С помощью микроконтроллеров

С помощью него можно получить множество различных оттенков света. Управление RGB-светодиодом осуществляется с помощью микроконтроллера (MK), например, Arduino.

Конечно, можно обойтись простым блоком питания на 5 вольт, резисторами в 100-200 Ом для ограничения тока и тремя переключателями, но тогда управлять свечением и цветом придется вручную. В таком случае добиться желаемого оттенка света не получится.

Скетч Arduino для управления трехцветным светодиодом написать несложно, можно найти множество примеров в интернете с полным описанием подключения. Мы уже делали такую программу для Wemos – посмотрите здесь, и для Arduino – здесь.

Проблема появляется тогда, когда нужно подсоединить к микроконтроллеру сотню цветных светодиодов. Количество выводов у контроллера ограничено, а каждому светодиоду нужно питание по четырем выводам, три из которых отвечают за цветность, а четвертый контакт является общим: в зависимости от типа светодиода он может быть анодом или катодом.

Технические характеристики

Наиболее качественной и современной является лента ws2812b.

От своих предшественников отличается:

  • компактностью;
  • простым управлением;
  • неограниченным кол-вом последовательно включенных светодиодов.

Разноцветная светодиодная лента

Максимальный ток, подаваемый на один светодиод ws2812b – 60 миллиампер.

Рабочее напряжение – 5 вольт.

Для каждого светодиода 256 градаций яркости.

Что такое адресная светодиодная лента?

Адресная светодиодная лента – это гибкая печатная плата, которая заполнена разноцветными адресуемыми поверхностными (SMD) светодиодами. Гибкая печатная плата обычно имеет клейкую подложку, что облегчает быструю и простую установку.

В отличие от стандартной ленты RGB, каждый светодиод имеет свою собственную микросхему, которая позволяет управлять им для индивидуальной реакции (например, изменение цвета, выключение и т. Д.). Пиксельная лента все еще может делать все, что может делать стандартная лента RGB… только больше.

Принцип работы

Если рассмотреть в деталях, то можно заметить, что в отличие от обычных led лент рядом с каждым адресным светодиодом находится маленький контроллер (в виде микросхемы) – это и позволяет регулировать их по отдельности.

Обычно лента содержит в себе три-четыре контакта. Два из них питание 5 вольт и ноль, остальные – для управления диодами, логические.

Запустить такую систему нельзя без цифрового контроллера (пульт или Ардуино), который ею управляет.

Читайте также: Инструкция подключения светодиодной ленты для автомобиля: способы и советы.

Адресная светодиодная лента

Основные отличия адресной светодиодной ленты ws2811 от ws2812b:

  • Драйвер WS 2811 гораздо больше чем его потомок WS 2812b, поэтому он припаян прямо на подложку ленты перед каждым диодом (черный прямоугольник на фото выше).
  • У 2812B чип установлен внутрь диода (темная точка в диоде на фото ниже).

Адресная светодиодная лента

  • Адресная светодиодная лента WS 2811, в основном, рассчитана на напряжение 12 вольт.
  • Если Адресная светодиодная лента WS 2811 на 12v, у нее один чип управляет группой из трех диодов одновременно, а не по одному (как в WS2812b).
  • Адресная светодиодная лента WS 2811 на напряжение 12v гораздо дешевле, чем ws 2812b (разница в цене 30 %)
  • Благодаря низкой цене на Адресную светодиодную ленту WS 2811 – напряжением 12v наиболее распространена. Тем не менее, ее сменила более совершенная модель WS 2812В. Все же в один SMD корпус интегрированны  как драйвер, так и сами светодиоды. Кроме того, каждый диод управляется отдельно.

Сфера применения

Работа с адресной светодиодной лентой – удовольствие не из дешевых. Она достаточно дорогая и используется чаще всего в рекламных вывесках и шоу-бизнесе. Программируются иногда целые многометровые экраны с движущейся картинкой. Широко используются такие системы в дизайне. Например, для подсветки дверей, окон или лестницы.

Подсветка лестницы

Среди радиолюбителей встречается интеллектуальная подсветка фоторамок, картин, мебели, потолков и плинтусов.

Подсветка потолка

Мы не будем рассматривать масштабные бизнес иллюминации и крупные праздничные проекты. Все, что будет описано ниже, актуально для домашнего пользования.

Протокол

Теперь, когда мы разобрались, как подключить нашу ленту к Arduino, нам надо понять, как ею управлять, для этого в даташите есть описание протокола, который мы сейчас и рассмотрим. Каждый светодиод WS2812B имеет один вход (DIN) и один выход (DO). Выход каждого светодиода подключается ко входу следующего. Подавать сигналы же надо на вход самого первого светодиода, таким образом, он запустит цепь, и данные будут поступать от первого ко второму, от второго к третьему и т. д. Команды светодиодам передаются пачками по 24 бита (3 байта, один байт на каждый цвет, первым передается байт для зеленого, потом для красного, и заканчивает байт для синего светодиода.

Вывеска из светодиодной ленты.

Вывеска из светодиодной ленты.

Порядок бит – от старшего к младшему). Перед каждой пачкой идет пауза в 50 мкс. Пауза больше 100 мкс воспринимается как окончание передачи. Все биты, будь то 0 или 1, имеют фиксированное время 1.25 мкс. Бит 1 кодируется импульсом в 0.8 мкс, после чего идет пауза в 0.45 мкс. Бит 0 кодируется импульсом в 0.4 мкс, после чего идет пауза в 0.85 мкс. Собственно, наглядная диаграмма на фото ниже. Так же допускаются небольшие погрешности в 0-150 нс на каждый фронт. Ну и следует учесть, что подобное необходимо повторить для каждого светодиода на ленте, после чего сделать паузу минимум в 100 мкс. Потом можно повторить передачу.

Глядя на все эти цифры, становится ясно, что сделать все это, используя стандартные функции digitalWrite, delay и тому подобные – попросту невозможно, ввиду их долгой работы и неточности. Реализовать подобный протокол можно только использовав специальные библиотеки вроде CyberLib или написав собственную на чистом Си или, того хуже для нынешнего программиста, на Ассемблере. Но не все так плохо, как кажется. Светодиоды WS2812B довольно таки популярны в Arduino сообществе, а это значит, что нам не придётся вдаваться в такие сложности, и достаточно выбрать одно из понравившихся решений.

Полезные советы

  • Чтобы смягчить ток, идущий от источника питания, между питающим контактом и контактом GND можно подключить конденсатор номиналом от 100 до 1000 мкФ.
  • Чтобы ослабить шум на линии, соединяющей выходной цифровой контакт Arduino и входной контакт светодиодной ленты, между ними можно подключить резистор номиналом от 220 до 470 Ом.
  • Чтобы минимизировать потерю напряжения, сделайте провода между Arduino, источником питания и светодиодной лентой как можно короче.
  • Если лента не работает, проверьте, исправен ли первый светодиод. Если исправен, отрежьте его, снова припаяйте штырьковые контакты, и все должно заработать.

Как подключить

Подключить адресную ленту ws2812b несложно. Необходимо подать питание через блок питания на 5 вольт и на ленту, плюс и минус. Найти блок питания с нужным напряжением не должно составить труда.

Обратите внимание, что контакты с двух сторон похожи: DIN, +5V, GND и DO, +5V, GND. Подключать нужно именно вход, то бишь DIN, в противном случае лента не заработает.

Схема подключения

Настройка и управление

После подключения цепи главным образом настраивается выходной сигнал для цифрового управляющего устройства Arduino. После покупки Ардуино нужно скачать софт для программирования с официального сайта производителя.

Читайте также: Как правильно выбрать светодиодную ленту для растений (фитолента).

Arduino используется в учебных проектах для первых шагов практиканта в программировании, электроники и робототехники. С помощью такого устройства в тандеме с дополнительным датчиком можно получать данные температуры, давления, влажности и проч. Индикация идет на светодиодные лампочки.

Например, датчик влажности почвы:

Подробней рассмотреть программирование и разные возможности Ардуино можно в интернете, материалов много. В данной статье стоит задача только в обзорном виде показать, что такое адресная светодиодная лента и как она настраивается.

В программе Arduino всего две библиотеки для программирования светодиодов. Пользователи рекомендуют библиотеку Adafruit NeoPixel. По словам опытных радиолюбителей, в ней рациональное использование памяти, так как нет ничего лишнего. Вторая библиотека FastLED. Тоже отлично справляется со своей задачей, но занимает больше внутренней памяти устройства Ардурино.

Прежде, чем заняться серьезным программированием светодиодов, рекомендуем ознакомиться с этим видео.

Здесь просто и доступно показана элементарная программка:

Где можно приобрести?

Адресную светодиодную лентe без труда можно найти в любом специализированном магазине. Из проверенного варианта, отличающегося не высокими ценниками и хорошим качеством продукта, можно посоветовать интернет-магазин www.giant4.ru. Также адресную LED-ленты можно приобрести и на всем известной площадки AliExpress.com.

Чтобы избежать проблем с некачественной продукцией, при покупке товара на AliExpress стоит внимательно изучать товар и отзывы покупателей.

Готовые RGB лампочки под цоколь с пультом управления

RGB лампочки

Отдельно стоит упомянуть про готовые RGB изделия под цоколь E14 или E27.

Такие лапочки бывают в совершенно корпусах и исполнениях. Внутри лампа содержит компактный драйвер для питания от сети 220В, контроллер и трехцветные светодиоды.

Для полноценного освещения комнаты она не подойдет, т.к. несколько ламп синхронизировать в одну систему не получится. Используется как ночник или декор. Потребление 1-3 Вт/ч. Стоимость стартует от 3$ за Китай.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
loading.gif Загрузка…

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Основные выводы

Адресные светодиодные конструкции довольно сложны в настройке и написании соответствующего управляющего кода. Это ограничивает их распространение и делает устройства доступными только для людей, имеющих некоторую подготовку. При этом, возможности таких светодиодов намного выше, а декоративный эффект безусловно лидирует среди всех остальных типов и вариантов светодиодной подсветки.

В своих комментариях наши читатели могут изложить собственные варианты подключения или настройки адресных светодиодов, дать полезные советы начинающим или даже опытным пользователям. Это будет очень полезно и сможет расширить число почитателей адресных светодиодов. 

Предыдущая

СветодиодыОсновные причины, почему гудит светодиодная лампа

Следующая

СветодиодыЧто такое и где применяется RGB-подсветка

Какую покупать

Нет смысла приобретать устаревшие образцы. Рекомендуем брать только ws2812b.

Читайте также: Полная характеристика ультрафиолетовых светодиодов и лент.

Выбор ленты

Перед эксплуатацией и работой над своими осветительными проектами запомните две вещи:

  • Контроллеры светодиодов (впаянные в ленту) при слишком низких температурах могут нестабильно работать и даже выйти из строя.
  • После перегорания одного светодиода по цепочке перестанут работать все остальные, так как программная информация не передается дальше. Впрочем, в некоторых моделях стоят доп.контакты передачи данных, и такой проблемы нет.

Варианты управления адресной светодиодной лентой.

Есть несколько способов управлять адресной светодиодной лентой:

  • Аппаратный при помощи контроллера SPI

На эту тему вы можете почитать нашу специальную статью. В этой статье мы максимально подробно описали принципы управления по протоколу SPI.

  • Аппаратный при помощи UART-интерфейса

На эту тему вы можете почитать нашу специальную статью. В этой статье мы максимально подробно описали принципы управления с помощью UART.

  • Программный

Достоинство первых двух способов – это возможность освободить драйвер от части работы по передаче бит информации о цвете пикселю. Недостатки этих способов – во-первых, ограниченное количество линий управления пикселями, во-вторых, требуется дополнительное разбитие байтов информации о цвете на пачки битов (что частично съедает свободное время контроллера в моменты аппаратной передаче бит).

Как рассчитать количество адресов для ленты DMX 512

DMX (RGB)

• 1 пиксель = 3 канала
DMX (RGBW) • 1 пиксель = 4 канала DMX (RGBW)

Имея разную плотность светодиодов на ленте и разную длину, вы можете умножить все это вместе и получить различные результаты.

Например:

• (8PL30) 30 светодиодов RGB / м ленты x 5 метровой катушки = 150 пикселей (150 пикселей х 3) = 450 каналов
• (8PL60) 60 светодиодов RGB / м ленты x 5 метровой бобины = 300 пикселей (300 пикселей х 3) = 900 каналов
• (8PL144) 144 светодиода RGB / м ленты x 2 метра = 288 пикселей (288 пикселей x 3) = 864 канала
• (8PX30) 30 светодиодов RGBW / м ленты 5 м = 150 пикселей (150 пикселей x 4) ) = 600 каналов
• (8PX60) 60 светодиодов RGBW / м лента x 4-метровая катушка = 240 пикселей (240 пикселей x 4) = 960 каналов

Удобно запомнить:

• 170 пикселей RGB = 510 каналов DMX = 1 вселенная DMX
• 128 пикселей RGBW = 512 каналов DMX = 1 вселенная DMX

Использование корпуса для светодиодной ленты

Светодиодные ленты, как правило, идут в комплекте с отклеиваемой лентой, благодаря чему их можно прикрепить практически к любой поверхности. Этот клей, впрочем, держится не очень хорошо, поэтому лента может отклеиться уже на следующий день.

Решение: Можно воспользоваться корпусом вроде того, что показан на картинке ниже. Он хорошо рассеивает свет, и его можно шурупами прикрутить к какой-нибудь твердой поверхности. Например, к книжной полке.

Guide for WS2812B Addressable RGB LED Strip with Arduino 10.png

Это происходит из-за падения напряжения на светодиодной ленте при попытке питания большей длины ленты. В результате падения напряжения пиксели вдоль ленты будут постепенно меняться в цвете, если их приводить в движение белым цветом. Лучше всего определить максимально возможную длину пробега до того, как падение напряжения начнет влиять на их цвет, и вводить мощность через каждые х метров.

Адресная светодиодная лента

Чем больше падение напряжения вдоль ряда белых светодиодов, тем более розового оттенка будут появляться самые дальние от источника питания. Вся длина также будет незначительно уменьшаться по мере снижения напряжения. Большинство лент и точек отображают эти явления очень тонко, в то время как некоторые другие могут быть немного более выраженными. Аналогично, степень, в которой человеческий глаз воспринимает это, будет естественно отличаться от человека к человеку, но большинство людей найдут изменение цвета практически неразличимым.

(ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: приведенный выше чертеж не предназначен для точной научной диаграммы. Это простое визуальное представление, чтобы дать вам приблизительное представление о том типе эффекта, который вы иногда можете наблюдать, когда происходит различный процент падения напряжения.)

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом