Светодиодная лента на базе WS2812B
Отличие адресной LED-ленты от стандартной RGB заключается в том, что яркость и соотношение цветов каждого элемента регулируются отдельно. Это позволяет получить световые эффекты, принципиально недоступные для других типов осветительных приборов. Управление свечением адресной LED-ленты производится известным способом – с помощью широтно-импульсной модуляции. Особенностью системы является оснащение каждого светодиода своим собственным ШИМ-контроллером. Микросхема WS2812B представляет собой трехцветный светоизлучающий диод и схему управления, объединенные в одном корпусе.
Внешний вид светодиода с драйвером.
Элементы объединяются в ленту по питанию параллельно, а управляются по последовательной шине – выход первого элемента подключается к управляющему входу второго и т.д. В большинстве случаев последовательные шины строятся на двух линиях, по одной из которых передаются стробы (синхроимпульсы), а по другой – данные.
Внешний вид адресной ленты.
Шина управления микросхемы WS2812B состоит из одной линии – по ней передаются данные
Данные кодируются в виде импульсов постоянной частоты, но с разной скважностью. Один импульс – один бит
Длительность каждого бита составляет 1,25 мкс, нулевой бит состоит из высокого уровня длительностью 0,4 мкс и низкого 0,85 мкс. Единица выглядит, как высокий уровень в течение 0,8 мкс и низкий 0,45 мкс. Каждому светодиоду отправляется посылка из 24 бит (3 байт), дальше следует пауза в виде низкого уровня в течение 50 мкс. Это означает, что дальше будут передаваться данные для следующего LED, и так для всех элементов цепочки. Завершается передача данных паузой в 100 мкс. Это означает, что цикл программирования ленты завершен, и можно отправлять следующий набор пакетов данных.
Данные для управления адресной лентой.
Такой протокол позволяет обойтись для передачи данных одной линией, но требует точности выдержки временных интервалов. Расхождение допускается не более 150 нс. Кроме того, помехозащищенность такой шины очень низкая. Любые помехи достаточной амплитуды могут быть восприняты контроллером, как данные. Это накладывает ограничения на длину проводников от схемы управления. С другой стороны, это дает возможность проверки исправности ленты без дополнительных приборов. Если на светильник подать питание и дотронуться пальцем до контактной площадки шины управления, некоторые светодиоды могут хаотически загораться и гаснуть.
Технические характеристики элементов WS2812B
Для создания систем освещения на основе адресной ленты надо знать важные параметры светоизлучающих элементов.
| Габариты LED | 5×5 мм |
| Частота модуляции ШИМ | 400 Гц |
| Потребляемый ток на максимальной яркости | 60 мА на один элемент |
| Напряжение питания | 5 вольт |
Arduino и WS2812B
Популярная в мире платформа Ардуино позволяет создавать скетчи (программы) для управления адресными лентами. Возможности системы достаточно широки, но если их на каком-то уровне перестанет хватать, полученных навыков будет достаточно, чтобы безболезненно перейти на С++ или даже на ассемблер. Хотя начальные знания проще получить на Arduino.
Необходимые аксессуары и комплектующие
Кроме многоцветной диодной ленты, мастеру потребуются такие аксессуары и комплектующие.
Инструменты – нож для зачистки проводов и контактов, паяльник с припоем, канифолью и паяльным флюсом, отвёртка. Пайка нужна в нестандартных случаях, когда коннекторов с нужной топологией нет, а подвесить светоэлементы нужно.
Контроллер
Конроллерный функциональный узел – мини-плата в корпусе с выводами подключается к блоку питания по соответствующему входу на ней. Как правило, это выводы» +5В» (или на 12 В) и «земля» («масса»). Выходы контроллера также являются нагрузочными: подачей питания микросхема управляет через силовые транзисторные каскады, работающие как ключи. Как правило, это «минусы» на «R», «G», «B» и «W», а «плюс» у них общий, но бывает и обратная полярность – с общей «массой». Образуется 5-проводная силовая линия.
Усложнённая схема следующая: «плюс» и «минус» здесь единственные. К светодиоду (группам светокристаллов) подходит общее питание. Чип в светодиодном корпусе самостоятельно – местно переключает цвета свечения. Тогда «минус» «сажается» на общий провод, «плюс» идёт отдельно, а в шине управления есть высокоскоростная линия по цифровому протоколу – провода на «приём» и «передачу».
Контроллер, обнаружив, что светочипы подключены и готовы к работе, посылает им адресные команды по шине («Rx» / «Tx» / «масса»). Внезапно подключить «плюс» на «приём» или «передачу» – распространённая ошибка начинающих мастеров: чипы и головной контроллер («мозг»), не имеющие защиты, моментально сгорят (тепловой и электрический пробой микропроцессорной части).
Усилитель
Усилитель цифровых сигналов от сложной («интеллектуальной») системы управления RGBW-светолентой требуется, когда протяжённость программной линии составляет сотни и более метров. Для компенсации потерь ВЧ-напряжения, которое и так мизерное, а ампераж его – единицы микроампер, в длинном кабеле предусмотрен т. н. бустер. Найти и выбрать его проблематично – изделие это выпускают лишь немногие фирмы, т. к. подобные ситуации весьма редки. Энтузиасты собирают такие схемы самостоятельно, приобретая радиоэлементы в Китае онлайн.
Что касается усилителя по питанию – когда светолента на последних участках «проседает» по яркости, иногда дешевле приобрести дополнительный адаптер на 5, 12 или 24 вольта, чем вкладывать в несколько раз большую сумму на многожильные кабели с толстым сечением. Недостаток такого решения – блок питания, в угоду целостности изначального дизайна помещения, прячут под подвесной конструкцией люстры, за неё – со стороны, противоположной от входа в комнату. Питание поступает по дополнительным проводам через переделанные коннекторы, к которым подключены небольшие выводы для проводов.
Блок питания
В качестве адаптера подойдёт любой понижающий с 220 до 12/24 вольт модуль, обеспечивающий отвязку от высокого напряжения сети. Переменное напряжение он превращает в постоянное – благодаря ему светоленты не мерцают, утомляя глаза пользователя при многочасовой работе, а дают ровные, без пульсаций основной свет и фоновую подсветку.
Адресная лента ws2813
Поэтому прогресс не стоял на месте и позже были разработаны более совершенные ленты – ws2813 (5V), ws2815 (12V).
У таких лент добавлена четвертая дублирующая дорожка. По ней передаются данные, если какой-то из диодов сгорел и вышел из строя.
Как это работает? Сигнал в нормальном состоянии поступает на Data Input (DIN) и выходит с чипа на Data Out (DO). По такой цепочке данные проходят по всей ленте.
Когда первый чип выходит из строя и данные перестают выходить с DO, благодаря дублирующей дорожке сигнал продолжает поступать на разъем BIN.
Второй чип анализирует пропажу сигнала на DIN, но
видит его наличие на BIN и продолжает
работать как ни в чем не бывало.
Самое главное, чтобы при выходе из строя первого диода не
произошло замыкания между VDD и GND.
Ошибка №1
Никогда не используйте подсветку на чипах типа WS2812b при съемке видео.
Если захотите снимать кино или видеоклип с такой
подсветкой, то применяйте только ленту WS2813, не
меньше.
Дело здесь в частоте регенерации. У старых моделей она
всего 400Гц.
Для человеческого глаза это может быть и незаметно, а вот камера вам такой ошибки не простит.
Вот очень наглядный эксперимент с такими светодиодами в динамике. Подключите отрезок ленты с двумя разными чипами и попробуйте помахать ими из стороны в сторону.
Результат на пойманом стопкадре.
Надо заметить, что это всего лишь один подключенный светодиод 2812b и 2813, а не несколько их штук в одном ряду.
Правильная покупка светодиодной ленты на AliExpress.
Что еще можно сказать по сечению проводов? Например, лента 2812 на один диод потребляет порядка 60мА. При длине подсветки в 5 метров ток составит 18 Ампер!
По всем расчетным таблицам для такого тока требуются провода сечением 2,0-2,5мм2. Даже на самой ленте медные дорожки такого сечения не обеспечивают.
Поэтому, если хотите нормального свечения и яркости, даже на стандартные отрезки по 5 метров всегда подключайте питание с обоих концов.
Помимо сечения проводов важное значение играет и качество самих дорожек. Конечно, китайцы вам будут говорить, что у них самая лучшая продукция и никто не жаловался
Но как это проверить, не покупая изделие? Элементарно – запросите информацию по весу ленты. После этого сравните одинаковые модели от разных производителей.
Так например, у ленты длиной 5м (60 светодиодов на метр) при весе менее 100гр просадки напряжения начинаются уже через 1,5 метра!
Объясняется это очень тонкими медными дорожками или некачественной медью в них.
Подключение более 5 метров.
Если вам нужно подключить более 5м умной ленты, то для ее равномерного свечения нельзя просто наращивать подсвету последовательно. Речь здесь идет в первую очередь про питание!
Когда количество пикселей на контроллере позволяет подключить большую длину, вы без проблем стыкуете коннекторы DI и DO между собой. Но вот питание (5В или 12В), все равно придется тянуть отдельно (параллельно).
Есть контроллеры с дополнительными проводами под “лишнее” питание на такой случай.
Ошибка №6
Нельзя подключать несколько кусков ленты последовательно и при этом подавать на них изначально большее напряжение.
Например, взять три куска ws2812b (5м+5м+5м) и подать на них в самом начале ленты 15 вольт, рассчитывая при этом на последовательное падение напряжения.
В этом случае придется ставить на каждый отрезок по своему контроллеру, да еще каким-то образом гарантировать одинаковое потребление отрезков.
Ошибка №7
Лента вместо белого светится с оттенком желтоватого или красного цвета.
Скорее всего дело здесь в неправильно подобранном сечение проводов. Всегда берите минимум 1,5мм2.
Недостаток цвета – это первый признак просадки напряжения. Уход в красноту объясняется тем, что для синего и зеленого цветов на чипе 2812b требуется порядка 3,5В, а вот для красного достаточно и 2В.
Поэтому, когда напряжение на светодиодах падает, выключаются зеленые и синие кристаллы, а красный горит до последнего.
Светодиодная лента в квартиру для основного освещения
Если с помощью ленты нужно обеспечить качественное освещение комнаты, то подбирать ее надо особенно тщательно. В этом случае главным аспектом будет яркость света. Этот показатель зависит от типа используемых светодиодов, всего есть 3 варианта:
- SMD3528. Цифры обозначают размер светового элемента, то есть в этом случае он 3,5х2,8 мм. Яркость одного светодиода составляет 5 люмен, что не очень много.
- SMD5050. Более крупный вариант, в котором диод размером 5х5 мм обеспечивает световой поток в 15 люмен.
- SMD5630. Самые мощные световые элементы из тех, что есть в продаже. При размере диода 5,6х3 мм дают световой поток в 18 люмен.
разнообразие типов светодиодных лент.
Но яркость одного диода – не главный показатель, важнее всего их количество на погонный метр ленты. Именно от этого и зависит общая мощность. Тут также у каждого варианта есть свои особенности, их необходимо учесть:
- Для SMD3528 наименьшее количество на метр равно 30 шт., а наибольшее – 240. То есть, суммарная мощность может составить от 150 до 1200 Люмен.
- У SMD5050 на метре может располагаться до 120 элементов. Максимальная мощность светового потока равна 1800 Лм.
- А у SMD 5630 предел – 72 светодиода на метр, что дает свет в 1296 Люмен.
Плотность расположения светодиодов на ленте.
Не стоит подбирать варианты как можно мощнее, вначале надо определить, для каких целей будет применяться подсветка:
- Если нужно обеспечить освещение полок, ниш или отдельных частей комнаты, то не стоит выбирать варианты с общей мощность на метр более 10 Ватт. Этого вполне достаточно для создания комфортной обстановки.
- При общем освещении комнаты или ее части нет ограничений по максимальной мощности. При этом минимальная не должна быть меньше 14,5 Ватт на погонный метр.
Светодиодные ленты можно устанавливать как на потолках, так и на стенах.
На что обратить внимание при выборе
Кроме яркости есть ряд факторов, которые также нужно учесть. Все они влияют на работу ленты:
- Блок питания. Его стоит подбирать в зависимости от длины используемой светодиодной ленты и общей мощности светодиодов (она всегда указана в инструкции или на упаковке, поэтому посчитать несложно). Блок обязательно должен иметь запас мощности не меньше, чем в 20%. Например, если лента потребляет 20 Вт в час, то понадобится оборудование на 24 Вт или немного мощнее.
- Качество изготовления. Оценить этот момент может каждый: если светодиоды припаяны криво или пайка неаккуратная и с наплывами, то лучше искать другое изделие. Также надо оценить характеристики резисторов, в хороших лентах используют варианты с маркировкой 151 или 301, в дешевых – 101. Стоит слегка согнуть ленту, чтобы оценить упругость — если она очень мягкая, то основание и токоведущие дорожки тонкие, что плохо скажется на качестве света и на сроке службы.
- Защищенность от влаги и пыли. Этот показатель не имеет особого значения в жилых комнатах, но если лента нужна для влажного помещения или улицы (например, неотапливаемый балкон или терраса), то понадобится защищенный вариант. В обычных комнатах подойдут ленты с маркировкой IP20, для ванных, кухонь и санузлов лучше использовать класс не ниже IP44, а для улицы – IP65.
- Количество цветов. Для общего освещения обычно используют монохромные ленты, выбирая теплый свет. Есть и многоцветные варианты, в которых могут чередоваться разные оттенки. Они дороже, но для создания декоративного эффекта применяются все чаще. В этом случае придется дополнительно приобрести контроллер, чтобы менять цвета.
- Тип соединения ленты. Если нужно скрепить между собой два куска или более, то лучше купить изделия с коннекторами. Так называют специальные соединители, с помощью которых можно стыковать части без специального инструмента. Если коннекторов нет, то придется паять контакты, что не очень просто для тех, кто не умеет делать это.
С помощью коннектора подключить светодиодную ленту можно за минуту.
Управлять светом можно выключателем или пультом. Второй вариант намного удобнее, позволяет регулировать цвета и яркость с любого места в комнате.
Провода и разъемы
Цифровая лента на конце имеет минимум не два, а три провода.
V+ (5V или 12V)
V- (GND)
управляющий провод
Два из них — это обычное питание, а третий отвечает за направление сигнала. К проводам на концах уже готового к использованию изделия припаяны специальные разъемы:
DI (Digital Input) или цифровой вход в начале ленты
DO (Digital Output) цифровой выход
При наличии таких разъемов подключить ленту неправильной стороной у вас не получится. Второй конец DO требуется при наращивании длины световой конструкции.
Ошибка №4
А вот без таких разъемов начало и конец ленты можно и перепутать.
В этом случае ничего гореть и светиться у вас не будет.
Ошибка №5
Слишком длинные провода питания от контроллера.
Если у вас наблюдается ситуация, при которой лента не загорается, пока вы не коснетесь и не проведете рукой по питающим проводам, то скорее всего они слишком длинные и управляющий провод подвержен помехам.
В этом случае попробуйте их скрутить косичкой. В некоторых ситуациях помогает.
Виды управления светодиодной лентой
Итак, управление светодиодными лентами позволяет легко и просто менять яркость и цветовую палитру в соответствии с временем суток и собственным настроением. Познакомимся с основными видами LED-управления, которые используют производители светотехнической продукции.
Диммеры
Если Вы захотите регулировать яркость свечения лед-ленты с белым или любым другим одноцветным свечением, то вам понадобится диммер. Это устройство плавно меняет интенсивность светового потока в широких пределах, отключает и включает источник освещения.
Диммер выбирается по мощности, которая должна соответствовать мощности подключенной нагрузки. Физически прибор включается в электрическую цепь между блоком питания и лед-лентой.
Схемное решение светорегулятора реализовано на цифровых микросхемах и технологии ШИМ (широтно-импульсной модуляции). ШИМ является оптимальным вариантом для регулировки тока, подаваемого на светодиодную ленту. Импульсный способ изменения тока на определенной частоте исключает эффект мерцания, характерный для дешевых светорегуляторов.
Контроллеры
Контроллеры служат для управления RGB-лентой, выполненной на многокристальных светодиодах с различным количеством и сочетанием кристаллов. При помощи RGB-контроллера можно выбрать любой необходимый цвет или микшировать цветовые комбинации, получая тысячи разнообразных оттенков.
И это еще не все. Контроллер также выполняет функцию регулирования яркости, скорости и плавности смены цветового потока. Можно выбрать одну из встроенных программ по созданию интересных световых спецэффектов.
Принцип работы основан на ШИМ-технологии, состоящей в подаче к нагрузке управляющих сигналов, представляющих собой импульсную последовательность заданной частоты.
Ардуино и адресная светодиодная лента
Этот проект – простой способ начать работу, но идеи, которые он охватывает, могут быть расширены для действительно эффектного освещения. С помощью всего лишь нескольких компонентов вы можете создать свой собственный восход солнца. Если у вас есть стартовый комплект с Arduino, вы можете использовать любую кнопку или датчик для запуска светодиодов при входе в комнату, например:
Теперь, когда мы рассмотрели схему с обычной светодиодной лентой, перейдем к адресным светодиодным лентам SPI RGB лента.
Светодиодная лента Ардуино – Яркие идеи.
Эти ленты требуют меньшего количества компонентов для запуска, и есть некоторая свобода в отношении именно того, какие значения компонентов вы можете использовать. Конденсатор в этой цепи гарантирует, что светодиоды 5v получают постоянный источник питания. Резистор становится гарантом того, что сигнал данных, полученный от Arduino, не загружен всяческими помехами.
Вам понадобится:
● Светодиодная лента 5v WS2811/12/12B; Все три модели имеют встроенные микросхемы и работают одинаково.
● 1 x Arduino Uno или аналогичная совместимая плата;
● 1 x резистор 220-440 Ом;
● 1 x конденсатор microFarad 100-1000 (все, что между этими двумя значениями, отлично подойдет);
● Макет и монтажные провода;
● Блок питания 5 В.
Настройте схему, как показано на рисунке:
Обратите внимание, что конденсатор должен быть правильной ориентации. Вы можете понять, какая сторона прикрепляется к рейке земля, ища знак минуса (-) на корпусе конденсатора
На этот раз мы задействуем Arduino, используя источник питания 5 В. Это позволит устройству работать автономно
Вы можете понять, какая сторона прикрепляется к рейке земля, ища знак минуса (-) на корпусе конденсатора. На этот раз мы задействуем Arduino, используя источник питания 5 В. Это позволит устройству работать автономно.
Во-первых, убедитесь, что ваша плата может работать с 5 В, прежде чем присоединить ее к источнику питания. Почти все платы работают на 5V через USB-порт, но штыри питания на некоторых могут иногда пропускать регуляторы напряжения и превращать их в поджаренные тосты.
Кроме того, рекомендуется убедиться, что несколько отдельных источников питания не подключены к Arduino – отсоединяйте USB-кабель всякий раз, когда используете внешний источник питания.
Светодиодная лента Ардуино – Бегущий огонь или световая волна
Чтобы безопасно запрограммировать нашу плату, отсоедините линию VIN от линии электропередач. Вы подключите ее позже обратно.
Присоедините свой Arduino к компьютеру и откройте Arduino IDE. Убедитесь, что у вас правильный номер платы и порта, выбранный в меню «Сервис»> «Сервис и инструменты»> «Порт».
Мы будем использовать библиотеку FastLED для тестирования нашей установки. Вы можете добавить библиотеку, нажав на Эскиз> Включить библиотеку> Управление библиотеками и поиск FastLED. Нажмите «Установить», и библиотека будет добавлена в среду IDE.
В разделе «Файл»> «Примеры»> «FastLED» выберите эскиз DemoReel100. В этом эскизе задействованы различные эффекты, которые можно сделать с помощью светодиодных полос WS2812, и невероятно легко настроить.
Все, что вам нужно изменить, — это переменная DATA_PIN, чтобы она соответствовала значку 13 и переменной NUM_LEDS для определения количества светодиодов, находящихся в полосе, которую вы используете. В этом случае я применяю только небольшую линию из 10 светодиодов, вырезанных из более длинной полосы.
Используйте большее количество для красивейшего светового шоу!
Загрузите эскиз на свою плату, отсоедините USB-кабель и включите источник питания 5 В.
Наконец, подключите VIN Arduino к линии электропередач и наслаждайтесь представлением.
Светодиодная лента Ардуино – Безграничные возможности
Демо-эскиз демонстрирует некоторые из многих возможных комбинаций эффектов, которые могут быть достигнуты с помощью светодиодных лент. Наряду с тем, что они являются украшением интерьера, их также можно использовать для практических целей. Хорошим проектом будет создание вашей собственной атмосферы для медиацентра или рабочего места.
Хотя эти полосы определенно функциональнее, чем SMD5050, пока не списывайте со счетов стандартные 12-вольтовые светодиодные полосы. Они являются непревзойденными с точки зрения цены. Плюсом будет то, что существует огромное количество приложений для светодиодных лент.
Учиться работать со светодиодными лентами — хороший способ познакомиться с базовым программированием на Arduino, но лучший способ учиться — изменять коды. Побалуйтесь с приведенным выше кодом и посмотрите, что вы можете сделать! Если все это слишком сложно для вас, подумайте о проектах Arduino для начинающих.
Подключение и настройка
Для монтажа и настройки динамического RGBW-освещения сделайте следующее.
- Установите блок питания. Разместите его в скрытом месте – нише в стене, за шкафом и т. д.
- Расклейте в нужных местах комнаты светоленты.
- Подключите коннекторы. Если отрезки светолент соединяются при помощи пайки, заранее – до расположения ленты спаяйте отрезки для труднодоступных мест для потолка, пола и стен.
- Смонтируйте и подключите выходной и сетевой кабели (шнуры) к блоку питания.
- Подвесьте и подключите контроллер (если он есть), соблюдая инструкцию по сборке и пусконаладке устройства.
- Подведите и подключите провода (и их отрезки), сверившись по вашему индивидуальному плану наладки светосистемы.
Проверьте, правильно ли собрана система. Вся светосборка должна засветиться. Если предусмотрен пульт – вставьте в него батарейки или аккумуляторы и проверьте переключение режимов в свечения. Переберите режимы свечения – все, установленные заводом, должны работать. Если предусмотрено программирование с пульта – установите свой алгоритм переключения цветов и белого света. Результат – разноцветное свечение, идущее в сочетание с основным (белым) или без него.
Как выполнить подключение RGB ленты через контроллер
Как подключить RGB ленту к контроллеру стоит разобрать отдельно, так как есть некоторые особенности.
На фото ниже изображена схема подключения РГБ ленты к контроллеру, соединяющаяся при помощи четырех проводов: 3 из них цветные и 1 соединительный для подачи тока от блока питания. Контроллер должен строго устанавливаться между трансформатором и диодным отрезком.
- Первое, что нужно сделать – с одной стороны где только два провода «+» и «-», соединить контроллер с трансформатором, соблюдая полярность проводов.
- Далее, с другой стороны, нужно подключить отрезок светодиодной ленты с контроллером, как это сделать смотрите подробно на картинке выше. Соедините четыре провода, 3 из них с соблюдением цветной маркировки, а четвертый провод прикрепите на оставшееся место (он обычно белого или черного цвета).
На деле, если выполнить подключение правильно, процесс оказывается совсем не сложным. Если с первого раза не получилось выполнить соединение верно, то не волнуйтесь – током не ударит. Просто поменяйте провода местами.
Основные схемы подключения RGB-ленты
Когда разобрались с подключением контроллера к RGB-ленте, ваш следующий шаг – соединить все оставшиеся детали в общую цепь. Рассмотрим несколько схем подключения, когда требуется соединить один и более отрезок, а также в каком случае необходим усилитель.
- Простой вариант установки всех элементов между собой. Эта схема будет полезна для тех, кто собирается подключить только одну диодную ленту, длиной не более, чем 5 метров. При этом способе достаточно применить один блок питания и RGB контроллер. Если требуемая мощность блока рассчитана правильно, то усилитель не понадобится. Ниже представлена наглядная схема подключения.
- Способ для подключения двух светодиодных отрезков, каждый длиной не более 5 м. Этот метод подключения RGB ленты также прост, но требует некоторых условий для его реализации:
- мощности блока питания и контроллера должно быть достаточно для обслуживания током нескольких диодных отрезков, у которых суммарная длина не более 10 м.
- потребуются дополнительные провода. Как показано на схеме ниже, это можно выполнить путем присоединения к соответствующим выходам контроллера по два провода, которые идут на две разные ленты, соединяя их параллельно друг другу. То есть к одному контакту контроллера присоединяются сразу два провода.
Насколько эффективен этот способ остается только гадать. Ведь мощности одного блока питания может не хватить на долгое время обслуживания двух отрезков лент, а если вы допустили ошибки в расчетах, то конструкция может вовсе не работать.
Для подключения двух отрезков диодных лент существуют более надежные способы. Подразумевается два основных метода соединения всей цепи, длиной свыше 5 м: при помощи дополнительного блока питания и при помощи усилителя.
- Рассмотрим схему подключения РГБ ленты к двум источникам питания, которая представлена ниже. Эта цепь гораздо лучше подходит для обслуживания более длинных участков лент, так как мощность распределяется равномерно на оба отрезка в необходимом объеме. Недостаток этого способа кроется в том, что трансформатор стоит дороже, чем усилитель.
- Следующий метод соединения заключается в добавлении нового элемента – усилителя. При его выборе не требуется рассчитывать мощность всей ленты, а только отдельного отрезка, к которому он присоединяется. Его удобнее использовать, так как трансформатор выглядит более громоздким и тяжелым. К тому же не каждый контроллер выдерживает такое напряжение тока. Здесь на помощь приходит использование RGB усилителей сигнала. В итоге оба отрезка будут синхронно работать. Чтобы было понятнее, взгляните на схему.
- Способ подключения, который позволяет создать более сложную конструкцию из светодиодов любой длины и сложности. Для этого потребуется несколько блоков питания и усилителей, в соответствии с количеством светодиодных лент. Нужно ли добавлять дополнительный трансформатор зависит от мощности освещения. Ниже следует схема того, как вы сможете постепенно наращивать длину подсветки, добавляя через каждые 5 метров по одному усилителю.
Вот еще одна возможная схема подключения сложных конструкций, схожая с предыдущими. Как ее выполнить смотрите ниже.
Вот такое существует разнообразие вариаций подключения, и это не предел, дальше все зависит от вашей фантазии. Главное, найти место для размещения всего этого оборудования.
Что такое NeoPixel?
RGB светодиод способен излучать любой цвет, комбинируя в нужной пропорции 3 основных базовых цвета – красный, зеленый и синий. Например, красного и синего цвета формирует фиолетовый цвет. То есть если каждым из базовых цветов управлять с помощью соответствующих им значений от 0 до 255, то можно сформировать любой цвет. Например, фиолетовый (magenta) цвет в этом случае будет формироваться совокупностью значений 255 0 255 (в шестнадцатеричном коде — 2550255 = # FF00FF). RGB светодиоды формируют множество цветов, основываясь на этой модели.
Для управления RGB светодиодом необходимо 3 цифровых контакта микроконтроллера (платы Arduino). То есть, к примеру, если мы хотим управлять 60 RGB светодиодами (причем цвет каждого из них настраивать независимо от других), то нам для этой цели понадобится 180 цифровых контактов. Естественно, подобный подход очень неудобен, поэтому для управления большой совокупностью RGB светодиодов, объединенных, к примеру, в ленту, стали использовать адресацию.
Адресуемые (адресные) светодиоды (addressable LEDs) – это новое поколение светодиодов, включающих помимо RGB светодиоды также микросхему (контроллер) управления им. В настоящее время для управления подобными светодиодами наиболее часто используется контроллер WS2812, который позволяет получить доступ к множеству светодиодов с помощью одного цифрового контакта по интерфейсу one wire (1-wire), используя адреса светодиодов.
Но в отличие от обычных светодиодов данные светодиоды не включаются просто при подаче на них напряжения, для управления ими необходим микроконтроллер. NeoPixel – это марка (наименование) компании Adafruit для адресуемых светодиодов.
5Подключение RGB светодиода с общим катодомк Arduino
Если вы используете RGB светодиод с общим катодом, то подключите длинный вывод светодиода к GND платы Arduino, а каналы R, G и B – к цифровым портам Arduino. При этом нужно помнить, что светодиоды загораются при подаче на каналы R, G, B высокого уровня (HIGH), в отличие от светодиода с общим анодом.
Схема подключения RGB светодиода с общим катодом к Arduino
Если не менять вышеприведённый скетч, то каждый цвет светодиода в этом случае будет гореть 0,2 секунды, а пауза между ними составит 0,1 секунду.
Полезный совет
Если вы хотите управлять яркостью светодиода, то подключайте RGB светодиод к цифровым выводам Arduino, которые имеют функцию ШИМ (PWM). Такие выводы на плате Arduino обычно помечены знаком тильда (волнистая линия), звёздочкой или обведены кружочками.
https://youtube.com/watch?v=pt3v41iVhGs
https://youtube.com/watch?v=q_nZ_k3jCdA
Ошибки подключения
1
контроллер — блок — лента (должно быть: блок — контроллер — лента) или
блок — усилитель — контроллер — лента (правильно: блок — контроллер — усилитель — лента)
2
Так вот, при наклеивании ленты и срыве скотча, эти самые места могут оголиться. Такое зачастую происходит на изделиях эконом класса.
В итоге, когда вы ленту наклеите на алюминиевый профиль, вы тем самым просто закоротите все 4 дорожки между собой и сожгете свою подсветку. Поэтому всегда проверяйте обратную сторону, перед непосредственным процессом наклеивания.
3
Даже если для блока и был выбран запас в 30%, в конечном итоге работа на износ рано или поздно выведет из строя или блок или светодиоды.
Как это работает
Адресная лента WS2812B поделена на сегменты, в каждом из которых расположен светодиод и конденсатор (для повышения помехоустойчивости). Относительно напряжения питания все они между собой подключены параллельно, то есть +5 В будет присутствовать на каждом сегменте. А вот передача данных осуществляется последовательно: от предыдущего сегмента к последующему. Поэтому при выходе из строя одного из светодиодов цепи все следующие сегменты перестанут светиться. Управление готовыми устройствами и модулями на базе WS2812.
B производится с помощью специализированного контроллера, внутри которого записана программа. На радиолюбительском уровне управлять работой адресной светодиодной ленты удобней всего через Arduino, используя для этого небольшую программу – скетч. Схема подключения к Arduino
У каждой адресной ленты есть начало и конец, которые нельзя менять местами во время сборки схемы. Чтобы не запутаться, производители используют условные обозначения, например, стрелки, указывающие направление сигнала. Подключение адресной светодиодной ленты WS2812B к Arduino производится по трём проводам, как показано на рисунке.Контакты питания +5V и GND соединяют с соответствующими выводами на плате Arduino.
https://youtube.com/watch?v=_h-Vj8Z6hqs
Если подсоединяемый отрезок насчитывает более 13-ти светодиодов, то необходимо использовать выносной блок питания. При этом общий провод (GND) Arduino и «минус» блока питания должны быть соединены между собой. Контакт DIN (digital input) предназначен для приёма данных от контроллера и электрически соединяется с любым из его цифровых портов. С другой стороны адресной ленты (и каждого сегмента тоже) размещено 3 контакта: +5V, DO (digital output) и GND, к которым можно подключить ещё несколько отрезков разной длины.
Так как каждый элемент WS2812B фактически состоит из 3 светодиодов (синего, красного, зелёного), то для управления его свечением потребуется 3 байта (по одному на каждый цвет). В свою очередь, каждый байт может принимать значение от 0 до 255, в результате чего можно задать более 16,5 млн оттенков. Размер скетча будет равен количеству светодиодных сегментов, умноженному на 3. Передача данных происходит следующим образом: ШИМ-драйвер WS2812B первого сегмента забирает из посылки первые 3 байта, пропуская остальные данные на выход DO.
Далее следует пауза длиною до 50 мкс, означающая, что второй по счёту драйвер должен принять следующие 3 байта. И так далее. Длительность паузы больше 50 мкс означает конец передачи и повторение цикла. Для работы с адресными лентами и модулями проще всего использовать библиотеки FastLED и Adafruit NeoPixel. Внутри каждой библиотеки есть готовые скетчи, на основе которых несложно научиться самостоятельно создавать новые световые эффекты. Чтобы скетч заработал с первого раза, необходимо в заголовке правильно указать количество светодиодов в ленте (NUM_LEDS) и номер порта для передачи данных (PIN).
Будет интересно Что такое полевые транзисторы?
Адресные ленты стоят дороже обычных лент, и применяются обычно там, где простые ленты по какой-то причине не применимы: полноцветные модульные сборки, декоративная подсветка с управлением «soft light», наружная реклама и т. д. Особенность таких сборок в том, что они способны изменять и цвет и яркость отдельных своих сегментов по более сложному алгоритму, нежели простые LED-ленты, даже если эти LED-ленты оснащены умными драйверами. ШИМ-сигнал управления подается со специального запрограммированного контроллера на вход ленты, и передается последовательно на вход одного чипа (digital input – DI), выходит из него (digital output – DO), затем проходит через второй чип, и т. д. Управление легко осуществить при помощи программы на ардуино.
Светодиодная лента в блоком управления.
