Подключение RGB светодиодных лент

Описание двухцветных светодиодов

Двухцветный светодиод – это два отдельных светоизлучателя, объединенных на одном кристалле и изготовленные из разных полупроводниковых сплавов. Такой LED выдает минимум два цвета. Поскольку его корпус выполнен из специального светорассеивающего пластика, одновременно работающие два светоизлучателя создают третий цвет.

Учитывая особенности восприятия человеком цветовых смесей, в светодиоде на 2 цвета чаще всего используются следующие сочетания:

  • красный – желто-зеленый;
  • красный – синий или зеленый
  • красный – желтый;
  • желтый – зеленый;
  • желтый – желто-зеленый.

Также светодиод на 2 цвета можно разделить на несколько типов:

  • двухцветный светодиод с двумя выводами, имеющий встречно-параллельное соединение;
  • двухцветный светодиод с тремя выводами, которые представляют из себя два отдельных излучателя с общим катодом либо двухцветный светодиод с общим анодом.

В одном корпусе LED могут быть разные лампы:красно-желтые, красно-зеленые, сине-желтые и другие. Трехцветный светодиод объединяет в одном корпусе красные, зеленые и синие лампы.

Самый распространенный трехвыводной LED — с двумя светодиодами зеленой и красной лампы в одном корпусе. Такие LED более востребованы, поскольку их применение дает больше цветовых гамм, что позволяет выпускать недорогие светильники, лампы которых способны менять свет в широком спектре. С помощью импульсного модулятора, меняя интенсивность свечения каждого полупроводника, удается изменять и тон освещения у каждого диода. Для предотвращения возможной перегрузки, для каждого светодиода предусмотрен отдельный резистор.

Необходимые компоненты

  • Плата Arduino;
  • RGB-светодиод с общим катодом;
  • Три резистора на 220 Ом;
  • Резистор на 10 кОм;
  • Кнопка;
  • Макетная плата;
  • Провода-перемычки;

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.

Как работают светодиоды RGB?

Фактически, RGB светодиод представляет собой комбинацию из 3 светодиодов только в одном пакете:

  • 1x  R Ed LED
  • 1x  G reen LED
  • Светодиодный индикатор 1x  B

Цвет, создаваемый светодиодом RGB, представляет собой комбинацию цветов каждого из этих трех светодиодов. RGB светодиод выглядит так:

RGB светодиод

УПРАВЛЯЕМ RGB СВЕТОМ С ARDUINO

RGB светодиод или лента – очень крутая штука, ведь используя даже 8-ми битный ШИМ (0-255) мы можем получить 16.7 миллионов цветов и оттенков! Рассмотрим подключение светодиодов и лент к Arduino.

Светодиоды

Светодиоды можно питать от пинов Arduino, естественно через токоограничивающий резистор на 150-300 Ом (больше – меньше яркость). Для плавного управления яркостью каждого канала подключать нужно к ШИМ пинам (D3, D5, D6, D9, D10, D11 на Arduino Nano/UNO/Pro Mini). Светодиод с общим катодом подключается общей ногой на GND, с общим анодом – на VCC (т.е. на 5V).

Светодиодные ленты через драйвер

RGB светодиодные ленты обычно имеют общий анод, т.е. общий канал 12 Вольт.

Для управления цветом можно использовать так называемый LED amplifier (бывает RGB и RGBW). Купить на Aliexpress

Светодиодные ленты через транзисторы

Вместо драйвера можно использовать полевые транзисторы, схема вот такая:

Какие транзисторы? Вот мой список транзисторов в корпусах to220: IRF3704ZPBF, IRLB8743PBF, IRL2203NPBF, IRLB8748PBF, IRL8113PBF, IRL3803PBF, IRLB3813PBF, IRL3502PBF, IRL2505PBF, IRF3711PBF, IRL3713PBF, IRF3709ZPBF, AUIRL3705N, IRLB3034PBF, IRF3711ZPBF

В корпусах D-PAK: IRLR024NPBF, IRLR024NPBF, IRLR8726PBF, IRFR1205PBF, IRFR4105PBF, IRLR7807ZPBF, IRFR024NPBF, IRLR7821TRPBF, STD60N3LH5, IRLR3103TRPBF, IRLR8113TRPBF, IRLR8256PBF, IRLR2905ZPBF, IRLR2905PBF

Также можно распаять платку

GyverRGB v1.16

rgbLogo.png

Мощная библиотека для удобного управления RGB светодиодами и лентами для Arduino

  • 1530 значений для colorWheel
  • Работа в пространстве RGB
  • Работа в пространстве HSV
  • Установка цвета в формате HEX
  • Установка цветовой температуры
  • 16 предустановленных цветов
  • Настройка полярности ШИМ
  • Функция плавной смены цвета
  • Ограничение тока (по расчёту)
  • Регулировка общей яркости
  • Поддержание яркости LED ленты по мере разряда АКБ
  • Возможность управления 6-ю RGB диодами/лентами с одной Arduino (встроенный генератор ШИМ на ВСЕХ 20 пинах atmega328)
  • Режим с настройкой частоты ШИМ
  • Матрица коррекции LUT
  • Коррекция по минимальному сигналу ШИМ
  • CRT гамма-коррекция яркости

Поддерживаемые платформы: все Arduino (используются стандартные Wiring-функции)

Виды

Для адаптации к разным вариантам схемы управления, ргб диоды производятся в нескольких модификациях:

  • Исполнение с общим катодом
  • Исполнение с общим анодом
  • Без общего анода или катода, с шестью выводами

В первом случае светодиод управляется сигналами положительной полярности, поступающими на аноды, во втором – отрицательными импульсами, подаваемыми на катоды. Третья модификация исполнения допускает любые варианты коммутации и выпускается обычно в виде SMD компонента.

Принцип подключения

Чтобы смонтировать работоспособную систему с RGB  лентой необходимо произвести следующие действия:

Управление, подключение RGB светодиодов

Для управления RGB светодиодами необходимо установить нужное значение параметров. На выходы подаются прямоугольные импульсы определенной величины, влияющие на величину среднего тока и средней яркости.

Если импульсы будут маленькие, то светодиоды начнут мигать. Для постоянного свечения требуется частота 60-70 Гц ( старые модели ), в новых типах не менее 100 Гц.

Простейшая реализация управления RGB светодиодов требует ШИМ. Главное — правильная реализация программной части. На первый взгляд это сложно. Но только на первый взгляд… В действительности — это не тяжелее, чем подключать обычные диоды.

к оглавлению ↑

ДОКУМЕНТАЦИЯ

// объявлениеGRGB(uint8_t rpin, uint8_t gpin, uint8_t bpin);// объявление с выбором режима генерации ШИМ (NORM_PWM / ANY_PWM)// NORM_PWM — дефолтные ШИМ пины (3, 5, 6, 9, 10, 11 для UNO/NANO/MINI)// ANY_PWM — любой пин делается ШИМ пином (частота ~150 Гц). Подробности в библиотеке GyverHacksGRGB(uint8_t rpin, uint8_t gpin, uint8_t bpin, boolean pwmmode);void highFrequency(long frequency);// режим работы на высокой частоте ШИМ (указать в Герцах). Работает с библиотекой PWM.h void setDirection(uint8_t direction);// NORMAL / REVERSE — направление ШИМ// общий катод — NORMAL// общий анод — REVERSE void setMaxCurrent(uint16_t numLeds, float vcc, int maxCur);// установка ограничения по току: количество светодиодов, напряжение питания в милливольтах, максимальный ток void setBrightness(byte bright); // установка яркости (0-255)void setGammaBright(boolean val); // вкл/выкл коррекции яркостиvoid setMinPWM(byte val); // минимальный сигнал PWMvoid setLUT(float rc, float gc, float bc); // установка коррекции цвета (матрица LUT)void constantBrightTick(int minVolts, int vcc); // корректировка под напряжение питанияvoid gammaTick(int vcc); // корректировка красного цвета при падении напряжения питания void setHEX(colors color); // установка цвета в формате HEX (вида 0x808080 )void setRGB(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b); // установка цвета в пространстве RGB (каждый цвет 0-255)void setHSV(uint8_t h, uint8_t s, uint8_t v); // установка цвета в пространстве HSV (каждая велиична 0-255)void setHSV_fast(uint8_t h, uint8_t s, uint8_t v); // более быстрый, но менее красивый вариант предыдущей функцииvoid setKelvin(int16_t temperature); // установить цвет как температуру в Кельвинах (от 1000 до 10’000 — от красного к синему)void colorWheel(int color); // установить цвет (0 — 1530). Максимально широкая палитра ярких цветов (смеси RGB) void fadeTo(colors newColor, uint16_t fadeTime);// плавно изменить текущий цвет к новому за вермя fadeTime в миллисекундах для HEX цвета void fadeTo(uint8_t new_r, uint8_t new_g, uint8_t new_b, uint16_t fadeTime);// для R G B

Как устроены 3 цветные led диоды

Конструктивно трехцветный светодиод представляет собой 3 цветных светодиода, смонтированных в общем корпусе, а если быть более точным, 3 кристалла, интегрированных на одной матрице. На рис.1 представлена микрофотография интегрального rgb светодиода. Цветные квадраты на фото – это кристаллы основных цветов. Для отображения всей палитры оттенков вполне достаточно три цвета, используя RGB синтез (Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий). RGB палитра используется не только в графических редакторах, но и в сайтостроении. Смешивая цвета в разной пропорции можно получить практически любой цвет. Преимущества RGB светодиодов в простоте конструкции, небольших габаритах и высоком КПД светоотдачи.

Как устроены многоцветные светодиоды

RGB светодиоды объединяют три кристалла разных цветов в одном корпусе. RGB LED имеет 4 вывода — один общий (анод или катод имеет самый длинный вывод) и три цветовых вывода. К каждому цветовому выходу следует подключать резистор. Кроме того, модуль RGB LED Arduino может сразу монтироваться на плате и иметь встроенные резисторы — этот вариант более удобный для занятий в кружке робототехники.

3. Контроллер для управление RGB

Для разгрузки выводов МК применяются специальные контроллеры WS2801 (5 вольт) или WS2812B (12 вольт).

С применением отдельного контроллера нет необходимости занимать несколько выходов MK, можно ограничиться лишь одним сигнальным выводом. МК подает сигнал на вход «Data» управляющего контроллера светодиода WS2801.

В таком сигнале содержится 24-битная информация о яркости цвета (3 канала по 8 бит на каждый цвет), а также информация для внутреннего сдвигового регистра. Именно сдвиговый регистр позволяет определять, к какому светодиоду информация адресовывается. Таким образом можно соединять несколько светодиодов последовательно, при этом использовать все так же один вывод микроконтроллера.

Управление

Включение светодиода происходит при прохождении прямого тока, когда анод подключен к плюсу, катод к минусу. Многоцветный спектр излучения можно получить, изменяя интенсивность свечения каналов (RGB). Результирующий оттенок определяется соотношением яркостей отдельных цветов. Если все 3 цвета одинаковы по интенсивности свечения, результирующий цвет получается белым.

На цифровых выходах платы Arduino формируются периодические прямоугольные импульсы напряжения, как на рисунке 4., с изменяемой скважностью.

график шим

Рис. 4

Для тех, кто забыл. Скважностью называется отношение длительности периода следования импульсов к длительности импульса.

Чем ниже скважность импульсов канала, тем ярче свечение соответствующего led диода. Программа управления скважностью импульсов цветовых каналов зашита в микросхеме контроллера. Такое изменение скважности импульсов, осуществляемое в целях управления процессом, называется ШИМ (широтно – импульсной модуляцией).

На Рис.4 приведены примеры диаграмм прямоугольных импульсов различной скважности.

Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ. На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета.

схема управления цветами rgb светодиода

Рис. 5

На схеме (Рис.5) rgb диоды (led1- led10) имеют общий анод. Катоды одного цвета всех диодов объединены, и через резисторы R4.1, R4.2, R4.3 соединяются с эмиттером соответствующего транзистора. Таким образом, все светодиоды красного цвета подключены к транзистору VT1.1, зеленые светодиоды – к VT1.2, синие – к VT1.3. При перемещении движков потенциометров R1.1, R1.2, R1.3 изменяется ток базы соответствующего транзистора. Величина тока базы определяет степень открытия перехода «эмиттер – коллектор», и, в конечном счете, яркость свечения соответствующего цвета. Перед подключением нужно правильно определить полярность светодиода, иначе он не будет светиться.

Применение цифровых программируемых контроллеров предоставляет практически безграничные возможности управления цветом. В тех же случаях, когда не требуется создание цветовых динамических образов, может быть применен аналоговый способ управления. Это могут быть наружные или интерьерные светильники для статической подсветки с выбором цвета.

Кстати. Применение такого регулирования в системах подсветки панелей приборов транспортных средств позволяет водителю выбирать любой оттенок и яркость.

Пример. Управление светодиодом RGB с помощью Arduino.

В этом примере вы будете использовать три потенциометра для управления каждым выводом светодиода RGB для получения любого цвета, который вы хотите.

RGB светодиод

Требуемые детали

Для этого примера вам понадобятся следующие части (щелкните приведенные ниже ссылки, чтобы найти лучшую цену у  советника-разработчика ):

  • Arduino UNO  – читать  лучшие наборы для начинающих Arduino
  • 1 × RGB светодиод общий анод
  • 3 × 1  кОм тримпот
  • 1 × макет
  • Резистор 3 × 220 Ом
  • Перемычки

Вы можете использовать предыдущие ссылки или перейти непосредственно чтобы найти все детали для своих проектов по лучшей цене!

БАГИ И ОШИБКИ

Если вы нашли баг или ошибку в исходнике или примерах, или у вас есть идеи по доработке библиотеки – пишите пожалуйста на почту alex@alexgyver.ru. В комментарии на страницах я заглядываю очень редко, на форум – ещё реже.

Расшифровываем цвета

Using Internet Colors

Если вы занимались интернет-программированием, вы уже сталкивались с шестнадцатеричной формой записи чисел. Например, у красного цвета номер #FF0000. Вы можете определить, какие числа соответствуют определенному цвету, используя таблицы вроде этой.

Шесть цифр номера соответствуют трем парам номеров; первая пара – красная составляющая цвета, следующие две цифры – зеленая составляющая, а последняя пара – синяя составляющая. То есть, красному цвету соответствует выражение #FF0000, так как это будет максимальная яркость красного светодиода (FF — это 255 в шестнадцатеричной системе), а красная и синяя компоненты равны 0.

Попробуйте зажечь светодиод, используя, например, оттенок индиго: #4B0082.

Красная, зеленая и синяя компоненты цвета индиго – это 4B, 00 и 82 соответственно. Мы можем использовать их в пределах функции ‘setColor’ с помощью следующей строки кода:

setColor(0x4B, 0x0, 0x82); // индиго

Для трех компонент мы используем запись, в которой перед каждой из них ставится символ ‘0x’ в начале.

Когда будете играться с разными оттенками RGB светодиода, не забывайте после использования каждого из них устанавливать задержку ‘delay’.

RGBW светодиоды

Получить чистый белый свет на стандартных RGB устройствах достаточно сложно. Проблема заключается в регулировке яркости. Если нужен белый, но довольно тусклый оттенок, приходится очень точно настраивать питание трех кристаллов. Учитывая, что каждый из них имеет собственный номинал напряжения, изменяющийся нелинейно, получать неяркие тона — сложная задача.

RGB-технология

Для упрощения процесса и увеличения возможностей светодиодов выпускают четырехцветные, или RGBW устройства (от английского Red, Green. Blue и White). Дополнительный белый чип снимает нагрузку с контроллера, облегчает расчеты и увеличивает качество цветопередачи. Питание таких устройств обеспечивается специальными контроллерами с инфракрасными ПДУ.

Schematics

Следуйте этим схемам, чтобы завершить проект:

RGB светодиод

Важно: если вы используете общий катод RGB светодиод, вам необходимо подключить более длинный провод к GND.

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:)

Видео в помощь

ОСТАЛЬНЫЕ БИБЛИОТЕКИ

libs-1-600x150.png

У меня есть ещё очень много всего интересного! Смотрите полный список библиотек вот здесь.

Алекс2019-12-26T01:12:03+03:00

Применение

Основной сферой применения rgb светодиодов является создание световых эффектов для рекламы, сценическое оформление концертных площадок, развлекательных мероприятий, праздничное декорирование зданий, подсветка фонтанов, мостов, памятников.  Интересные результаты получаются при использовании rgb led диодов для дизайнерского светового оформления интерьеров. Для этих целей налажен выпуск разнообразной светотехники на основе rgb и rgbw – диодной технологии, номенклатура которой продолжает расширяться и завоевывать новые области применения.

RGBW светодиоды

Для того чтобы получить чисто белый цвет, используя разноцветный rgb светодиод, необходима точная балансировка яркости свечения по кристаллу каждого цвета. На практике это бывает затруднительно. Поэтому, для воспроизведения белого цвета и увеличения разнообразия цветовых эффектов, rgb диод стали дополнять четвертым кристаллом белого свечения. Чаще всего, RGBW светодиоды используются в светодиодных лентах RGBW SMD. Для питания таких светодиодных лент созданы специальные RGBW контроллеры, как правило, управляемые пультами дистанционного управления на инфракрасных лучах.

Свет от светодиодов RGB

Свет от светодиодов RGB

Смешение цветов

Чем RGB-светодиод, лучше трех обычных? Всё дело в свойстве нашего зрения смешивать свет от разных источников, размещенных близко друг к другу. Например, если мы поставим рядом синий и красный светодиоды, то на расстоянии несколько метров их свечение сольется, и глаз увидит одну фиолетовую точку. А если добавим еще и зеленый, то точка покажется нам белой. Именно так работают мониторы компьютеров, телевизоры и уличные экраны.

Матрица телевизора состоит из отдельно стоящих точек разных цветов. Если взять лупу и посмотреть через нее на включенный монитор, то эти точки можно легко увидеть. А вот на уличном экране точки размещаются не очень плотно, так что их можно различить невооруженным глазом. Но с расстояния несколько десятков метров эти точки неразличимы.

Получается, что чем плотнее друг к другу стоят разноцветные точки, тем меньшее расстояние требуется глазу чтобы смешивать эти цвета. Отсюда вывод: в отличие от трех отдельностоящих светодиодов, смешение цветов RGB-светодиода заметно уже на расстоянии 30-70 см. Кстати, еще лучше себя показывает RGB-светодиод с матовой линзой.

Как изменяется цвет свечения

Регулировка цвета осуществляется путем регулировки яркости излучения каждым из кристаллов. Мы уже рассматривали способ регулировки яркости светодиодов с помощью ШИМ-контроллера. RGB-контроллер для ленты работает по такому же принципу, в нём стоит микропроцессор, который управляет минусовым выводом источника питания – подключает и отключает его от цепи соответствующего цвета. Обычно в комплекте с контроллером идёт пульт дистанционного управления. Контроллеры бывают разной мощности, от этого зависит их размер, начиная от такого миниатюрного.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Так как сечение дорожек на ленте не позволяет подключать последовательно с ней следующий отрезок ленты, если длина первого превышает 5м, нужно подключать второй отрезок проводами напрямую от РГБ-контроллера. Но можно выйти из положения, и не тянуть допоkнительных 4 провода на 5 метров от контроллера и использовать RGB-усилитель. Для его работы нужно протянуть всего 2 провода (плюс и минус 12В) или запитать еще один блок питания от ближайшего источника 220В, а также 4 «информационных» провода от предыдущего отрезка (R, G и B) они нужны для получения команд от контроллера, чтобы вся конструкция светилась одинаково. А к усилителю уже подключают следующий отрезок, т.е. он использует сигнал с предыдущего куска ленты. То есть вы можете запитать ленту от усилителя, который будет расположен непосредственно возле неё, тем самым сэкономив деньги и время на прокладку проводов от первичного RGB-контроллера.

Светодиодная лента.

Светодиодная лента.

Демонстрация

Посмотрите эту демонстрацию быстрого видео, чтобы увидеть этот проект в действии:

Надеюсь, вы нашли это руководство полезным. Если хотите узнать еще больше.

Поделитесь этим сообщением с другом, который также любит электронику!

Вы можете связаться со мной, оставив комментарий. Если вам нравится этот пост, возможно, вам понравятся мои следующие. Спасибо за прочтение.

Вам могут быть интересны эти статьи.

В заключение

Распиновка и подключение многоцветных RGB-лент или отдельных светодиодов особого труда не составляет. Для производства подобных работ не требуется особых умений или опыта. Главное – четко соблюдать некоторые правила, о которых было сказано в сегодняшней статье. А наградой за правильно выполненную работу будет подсветка, которая радует глаз и изменяется с той периодичностью, какая требуется домашнему мастеру. Будут это мигающие огни для создания атмосферы дискотеки или романтический вариант – решает тот, у кого в руках пульт дистанционного управления контроллером.

Источник

Вывод

Многоцветный RGB светодиод — это разновидность обычного LED. Его конструктивная особенность позволяет получить любой спектр излучаемого цвета радуги. Это одновременно увеличивает его стоимость и усложняет схему подключения. Поэтому перед выбором, задайтесь вопросом, действительно ли Вам нужен RGB светодиод или достаточно воспользоваться обычным LED нужного цвета?

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