Они позволяют управлять режимами работы отдельных секций по отдельности. Это позволяет включать и выключать каждый светодиод или пиксель напрямую.
Особенности подключения и управления адресной светодиодной лентой
Использование светодиодов в элементах освещения открывает перед дизайнерами практически неограниченные возможности. До недавнего времени потребители были очарованы возможностями устройств на основе RGB (трехцветных излучающих элементов). Сегодня появляются новые продукты, применение которых кажется безграничным.
Адресная светодиодная лента является одним из таких светильников. Регулировка яркости и соотношения основных цветов осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции, как в обычном RGB-светильнике, который используется в цифровом управлении нагрузкой. Основное отличие управляемого устройства заключается в том, что каждый светоизлучающий элемент управляется отдельно (при использовании обычной ленты весь участок ленты освещается одинаково).
Устройство адресной ленты
Светодиоды являются основой для производства таких светильников. Они состоят из светоизлучающего полупроводникового элемента и индивидуального ШИМ-драйвера. В зависимости от типа адресуемого светодиодного элемента, RGB-светодиоды могут быть установлены в общий корпус или непосредственно на контакты драйвера. В качестве источника света можно использовать отдельные светодиоды или RGB-сборку. Напряжение питания также может быть разным. В таблице ниже приведены сопоставимые характеристики распространенных микросхем, используемых для управления цветными светодиодами.
Потребление энергии на метр адресуемой светодиодной ленты довольно высокое, поскольку энергия расходуется не только на свечение p-n-перехода, но и на потери при переключении драйверов ШИМ.
Устройство элемента светильника
Каждый адресуемый светодиод содержит минимальное количество клемм:
- U питания (VDD);
- общий провод (GND);
- вход данных (DIN);
- выход данных (DOUT).
Это позволяет размещать компоненты со встроенными передатчиками в 4-контактных корпусах (WS2812B).
Для микросхем с внешним подключением светодиодов необходимо как минимум три дополнительных вывода для подключения светодиодов. Таким образом, в стандартном 8-контактном корпусе остается один свободный вывод, который можно использовать для других целей.
Например, разработчики микросхемы WS2811 использовали дополнительный вывод для переключателя скорости, а WS2818 — для резервного входа данных (BIN).
Что это такое?
Адресные светодиодные ленты (диоды, пиксели, светодиодные ленты, как их еще называют) — это не просто ряд светодиодов, нанизанных друг на друга или собранных по другой топологии. Каждый диод управляется отдельно и независимо от других. Оригинальная лента представляет собой светодиодную матрицу, где каждый пиксель — это триада из красного, зеленого и синего светодиодов.
Контроллер в матрице или ленте заставляет каждый из светодиодов светить с разной яркостью.
Подобно тому, как светодиодный матричный дисплей или экран смартфона воспроизводит определенное изображение, адресная лента позволяет организовать эффект «бегущих огней» любого цвета, включая или выключая отдельные светодиоды в любой области и в любой точке.
Принцип работы
Популярность красно-сине-зеленой светодиодной ленты, которая может достигать до 16777216 оттенков цвета, воспринимаемых человеческим глазом, не заставила себя ждать. Каждый из светодиодов имеет свой собственный крошечный микроконтроллерный чип, который позволяет регулировать цвет свечения точно в соответствии с предпочтениями пользователя. Однако наличие отдельного микроконтроллера для каждого светодиода значительно увеличивает стоимость ленты.
Общие контакты для подключения ленты — не более 4, но не менее 3. Один общий контакт — «земля» — служит заземлением для корпуса драйвера. Второй обеспечивает положительное напряжение питания 5 вольт. Третий (и четвертый) посылает сигналы программирования с общей платы на микроконтроллер.
Адресуемая полоса управляется цифровыми данными. Работа без общего контроллера не даст никакого эффекта. В лучшем случае будут постоянно гореть группы из трех светодиодов, излучающих холодный белый (голубоватый) свет. Когда пользователь прикасается пальцем к шине передачи цифрового сигнала, контроллер воспринимает это нарушение как команду и зажигает все или некоторые светодиоды. Напряжение питания для каждого сегмента составляет 5 или 12 вольт.
Управляющий сигнал передается последовательно между всеми сегментами, а не всеми сразу. Если микрочип вышел из строя, команда не будет продолжена, и последующие светодиоды в той же цепи не загорятся.
Чтобы усложнить алгоритм управления, такие полосы могут быть «модулированы» в управляющих цепях дополнительных микроконтроллеров.
Обзор лент
Наиболее популярными были сборки на основе микросхем WS2812b и WS2811. Они рассчитаны на напряжение 5 и 12 вольт соответственно.
- Пиксельная лента на основе микросхемы WS2811 характеризуется наличием у каждого из вспомогательных контроллеров не менее 8 выходов. Три из них отвечают за красный, зелёный и синий цвета, два – обеспечивают обмен данными, один – для включения нужного режима работы, один – на питание и последний – на «массу». Более «продвинутая» версия сборки WS2811 имеет существенное отличие от своего предшественника: точечный (местный) контроллер включается сразу с тремя светодиодами, что значительно повышает дешевизну и надёжность этой модели.
- Управление лентами на основе микросхем WS2812B осуществляется посредством отдельного контроллера, служащего программным блоком. Радиолюбители собирают подобные устройства на базе плат Arduino, применяя небольшой программный скрипт, написанный на языке программирования C++. Для повышения помехоустойчивости параллельно светодиодам – в лентах на основе любых микросхем – подключаются электролитические конденсаторы. Дополнительная особенность этой модели – точечный управляющий кристалл помещён в сборку SMD-5050, а 4 выхода подписаны как «питание», «масса», «отправка» и «приём». Запитывается она от 12 В.
- Отличие версии WS2813 от предыдущей в данном перечне – добавочный дублирующий вывод, позволяющий передавать команды от общего контроллера далее. Это позволило избежать преждевременного выхода из строя любого из точечных контроллеров цепочки – в плане работоспособности последующих секторов ленты, расположенных за ним.
В целом, о стандартах деятельности можно сказать следующее. В «умных лентах» используется DIP-контроллер, встроенный непосредственно в корпус SMD-светодиода. Серия 5050 имеет именно такую схему управления. Единый модуль — светоизлучающие диоды и простой контроллер — позволяет собрать ленту любой длины в такие светодиоды. Количество контактов в такой сборке составляет от 4 до 8 на один светильник.
Единственное — для создания 10-метровой (и более) полосы необходимо усовершенствовать (с увеличением сечения) токоподводы «питание» и «земля» — низкое напряжение заметно падает на малом сечении провода, чего нельзя сказать о высоком.
NeoPixel 12 – кольцо из светодиодов WS2812B
Шлейф проводов «Папа — Папа» (20см, 40шт.)
Самые популярные материалы в блоге
За все время
За сегодня
Voltik — это сплоченная команда амбициозных и полных энтузиазма инженеров. Мы создали эту программу, чтобы познакомить вас, талантливых и начинающих профессионалов, с захватывающим миром микроэлектроники!
Отчет о тестировании Z-Uno — платы для прототипирования устройств Z-Wave
32 комментария. Оставить новый
Ваш код не работает. Вы получаете ошибку функции при вызове ‘CFastLED::addLeds(CRGB 30, int)’ со строкой FastLED.addLeds(strip, LED_COUNT),
Вы исправили первоначальный эскиз? Если да, опубликуйте его, наши эксперты рассмотрят его и ответят в комментариях.
В первом коде есть ошибка в инициализации полосы, строка 16 должна быть заменена на: FastLED.addLeds(strip, LED_COUNT),
и вы будете счастливы))
Большое спасибо за ваш комментарий! Я исправил это в коде скетча.
Подскажите, можно ли подключить к Arduino дюжину разных полосок и управлять каждой из них по отдельности? Все заземление полосок также проходит через отрицательную клемму Arduino?
Привет! Все стрипы должны быть подключены к одной шине для подачи питания на стрип, вы не можете подавать питание от Arduino на стрип (только передача данных). Количество светодиодов зависит от используемой библиотеки.
В библиотеке FastLED к Arduino можно подключить до 600 пикселей ленты, с Adafruit NeoPixel — около 800.
Подскажите, пожалуйста, как это сделать в таком случае: если я хочу собрать большой стенд, скажем, 10 000 пикселей, как мне это сделать? В этом случае изображение является обычным. Нужно ли мне сварить все 3 матрицы 16*16, чтобы склеить все изображение? А если это анимация изображений, то задача усложняется во много раз.
Кто может объяснить мне, как работает DIN и можно ли регулировать цвет отдельных светодиодов без Arduino?
Выше указано что необходимо подавать на пин DIN чтобы светодиоды светились нужными цветами. А именно подавать на пин напряжение с интервалами в 40-45мкс и 80-85мкс, а так же между пакетами 50мкс и окончание>100 мс. Удачи!
Привет всем для однотонных полос, какой код должен быть при добавлении полос в сетап
Что вы подразумеваете под словом «монохромный»? Хотите ли вы блистать в черно-белом цвете или вам нужен только определенный цвет?
У меня есть адресная дорожка с 335 адресами. Я хотел бы построить фонарь, который можно было бы перемещать внутрь и наружу. Где я могу найти такую библиотеку?
Здравствуйте. Вы можете посмотреть примеры стандартной библиотеки Adafruit, я уверен, что текущий маяк можно найти там.
Здравствуйте. Подскажите, пожалуйста, как сделать так: через компьютер я передаю цвет, который нужно передать на ленту. Это комбинация ПК, DRUINO и ленты: например, я выбираю цвет на ПК, и он передается на ленту.
Компьютер может посылать информацию в порт (последовательный), Arduino получает информацию и в итоге создает… arduino1507@gmail.com
Здравствуйте, подскажите, пожалуйста, как добавить резервный выход 12 к существующему выходу 11, чтобы они работали синхронно? #include
int b1=0; int b2=0; int b3=0; int p_top, p_bottom; int t_top, t_bottom; int state_top, state_bottom,
char buf32- unsigned long prev_top, prev_bottom- int pin_bottom = 11- int pin_top = 13- int tick = 200,
WS2811 (WS2818) и WS2812
В настоящее время очень популярны два типа лент: WS2812b и WS2811 (и новая WS2818). В чем заключаются различия? Микросхема WS2812 размещена внутри светодиода таким образом, что одна микросхема управляет цветом одного диода, а питание ленты составляет 5 вольт. Микросхемы WS2811 и WS2818 установлены отдельно и питают одновременно 3 светодиода, поэтому одновременно можно управлять цветом только части из 3 светодиодов. Но напряжение питания этих полосок составляет 12-24 вольта!
ЧТО ТАКОЕ АДРЕСНАЯ ЛЕНТА
Поскольку это руководство посвящено рассмотрению светодиодных лент, я решил сделать его информативным и подробным, чтобы, когда вы дойдете до пункта «типичные неисправности и отказы», вы смогли диагностировать и успешно починить свою склонную к неисправностям плату, даже не читая абзац выше. Что такое адресная лента? Рассмотрим эволюцию светодиодных лент.
Обычная светодиодная лента — это лента с припаянными светодиодами и резисторами, источник питания имеет два провода: плюс и минус. Напряжение разное: 5 и 12 вольт постоянного тока и 220 переменного тока. Да, устройство подключено к розетке. Для 5 и 12-вольтовых полос необходимо использовать блоки питания. Лента светится цветом, который зависит от светодиодов.
Светодиодная лента RGB. В этой ленте есть rgb (читается как ergbe — Red Green Blue) светодиоды. Эта светодиодная лента имеет 4 выхода, один общий +12 (анод) и три минусовых (катод) для каждого цвета, т.е. в одной светодиодной ленте три светодиода разных цветов. Аналогично, те же выходы имеют полосу: 12, G, R, B. Если мы подадим ток на общий 12 и один из цветов, мы активируем этот цвет. Если мы дадим все три, то получим белый цвет, зеленый и красный — желтый, и так далее. Типичный контроллер состоит из трех полевых транзисторов для каждого цвета и микроконтроллера, который управляет транзисторами так, чтобы каждый цвет мог быть активирован. И, как вы уже обнаружили, управлять такой лентой очень просто с помощью Arduino. Вы получаете три полюса, и ШИМ их с помощью аналоговой записи, и бризи.
Адресная светодиодная лента — вершина развития светодиодных лент. Это лента с адресуемыми диодами. Один из светодиодов состоит из RGB-светодиода и контроллера. Да, внутри светодиода уже есть контроллер с тремя транзисторными выходами! Внутри каждого! Ну, китайцы помогают! Благодаря этой начинке мы имеем возможность управлять цветом (т.е. яркостью r g b) каждого светодиода в ленте и создавать удивительные эффекты. Планка может иметь 3-4 контакта для подключения, два из которых всегда являются питанием (например, 5V и GND), а остальные (один или два) — логическими, для управления.
Полоса является «интеллектуальной» и управляется по специальному цифровому протоколу. Это означает, что ничего не произойдет, если вы просто подадите питание на полосу, т.е. вы не сможете управлять полосой без блока управления. Если вы коснетесь цифрового входа ленты, возможно, что некоторые светодиоды загорятся случайными цветами, поскольку вы вносите случайный шум, который воспринимается диодными контроллерами как команды. Для управления полосой используются имеющиеся в продаже контроллеры, но гораздо интереснее управлять полосой вручную, например, с помощью платформы Arduino, для чего полоса должна быть правильно подключена. И вот несколько критических моментов:
ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ
1) Команды на ленте передаются от диода к диоду за один проход. Лента имеет начало и конец, а направление команд указывается стрелками на некоторых моделях. Например, рассмотрим ws2812b, он имеет три контакта. Два предназначены для питания, но третий в начале ленты называется DI (цифровой вход), а в конце — D O (цифровой выход). Лента получает команды на терминале DI! Клемма DO необходима для подключения дополнительных кусков ленты или для соединения панелей.
2) Если в схеме возможно, что на ленту не подается питание 5В, но сигнал подается от микроконтроллера — лента начнет питаться от датапина. В этом случае может перегореть как первый светодиод ленты, так и клемма контроллера. Не переусердствуйте, используйте резистор с сопротивлением 200-500 Ом. Какова точность резистора? Любая точность. Какова номинальная мощность резистора? Любой. Да, даже 1/4.
2.1) Если у вас большое расстояние между лентой и контроллером (Arduino), т.е. длинные кабели (длиннее 50 см), то сигнальный кабель и заземление должны быть скручены в косичку для защиты от помех, так как протокол связи ленты довольно быстрый (800 кГц), на него будут сильно влиять внешние помехи, а экранирование его проводом заземления позволит избежать этого. В противном случае кассета может не работать, пока вы не коснетесь рукой сигнального кабеля.
2.2) При подключении планки к микроконтроллерам с логикой 3,3 В (esp8266, ESP32, STM32) возникает проблема: На ленту подается напряжение 5 В, но сигнал составляет 3,3 В. В спецификации указана максимальная разница между питанием и управляющим сигналом, при превышении которой лента не работает или работает нерегулярно и с артефактами. Вы можете сделать это, чтобы исправить ситуацию:
3) Самый важный момент, который почему-то все игнорируют: Цифровой сигнал проходит по двум проводам, поэтому одного провода от Arduino недостаточно для его передачи. Какой из них второй? GND земля. Как. Клемма GND ленты и клемма GND Arduino (одна из доступных клемм) должны быть всегда соединены. См. два примера.
4) Мощность. Один цвет светодиода потребляет 12 миллиампер при максимальной яркости. Один светодиод имеет три цвета, таким образом, всего ~36 мА на диод. Если у вас есть рулетка с плотностью 60 диодов/метр, то это 60*36 = 2,1 ампера при максимальной яркости белого цвета, поэтому вам нужен источник питания, способный это выдержать. Вам также нужно подумать о том, в каком режиме будет работать лента. Если это радужные режимы, то мощность можно принять равной половине максимальной. Подробнее об источниках питания и связанных с ними неисправностях читайте здесь.
5) Что касается питания, я хотел бы отметить, насколько важно качество пайки точек питания (соединение кабеля с планкой, соединение того же кабеля с блоком питания), а также толщина кабелей. По моему опыту, для достижения полной яркости следует использовать не менее 1,5 квадратных метров провода. Пример: на проводе сечением 0,75 квадратного миллиметра и длиной 1,5 м при силе тока 2 ампера будет падать 0,8 вольта, что критично для источника питания напряжением 5 вольт. Первым признаком падения напряжения является то, что запрограммированный белый цвет не становится белым, а приобретает желто-красный оттенок. Чем он краснее, тем больше падение напряжения!
Выбор контроллера для адресной ленты
При выборе SPI-контроллера для Smart Stripes следует ориентироваться не на мощность подсветки, как это обычно бывает, а на количество пикселей.
Этот параметр всегда указывается на корпусе изделия.
При выборе источника питания следует руководствоваться следующей иллюстрацией. Светодиод для моделей sw2812b потребляет около 60 мА в белом свете.
Подсчитайте общее количество в полосе, сделайте запас в 30 % и выберите подходящий источник питания.
От источника питания провода подключаются к блоку управления, а с другой стороны блока управления питается сама лента.
Возможно прямое питание, но контроллер обязателен.
Подключение более 5 метров.
Если вам необходимо подключить более 5 метров Smart Strip, вы не сможете просто соединить светильники последовательно для обеспечения равномерного освещения. В первую очередь речь идет об источнике питания!
Если количество пикселей на контроллере позволяет подключить большую длину, не проблема соединить вместе разъемы DI и DO. Но источник питания (5В или 12В), нужно тянуть отдельно (параллельно).
Для такого случая существуют блоки управления с дополнительными кабелями для «лишнего» источника питания.
Вы не можете соединить несколько лент последовательно и получить большее напряжение.
Например, возьмем три отрезка ws2812b (5м+5м+5м) и подадим на них напряжение 15 вольт в начале ленты, рассчитав последовательное падение напряжения.
В этом случае вам придется оснастить каждую дорожку отдельным контроллером и каким-то образом убедиться, что дорожки имеют одинаковое потребление тока.
Лента светится уже не белым, а желтоватым или красным светом.
Скорее всего, это связано с неправильной площадью поперечного сечения проводов. Всегда используйте не менее 1,5 мм2.
Отсутствие цвета является первым признаком падения напряжения. Причина красного цвета заключается в том, что для синего и зеленого цветов требуется около 3,5 В на чипе 2812b, а для красного цвета достаточно 2 В.
Поэтому, когда напряжение на светодиодах падает, зеленый и синий кристаллы гаснут, а красный кристалл перегорает.
Правильная покупка светодиодной ленты на AliExpress.
Что еще вы можете сказать о сечении провода? Например, лента 2812 потребляет около 60 мА на диод. Если длина подсветки составляет 5 метров, сила тока будет равна 18 амперам!
Согласно всем расчетным таблицам, для этого тока требуется провод сечением 2,0-2,5 мм2. Даже в самой ленте медные дорожки не имеют такого сечения.
Поэтому, если вы хотите получить нормальную вспышку и яркость даже на типичных 5-метровых участках, всегда подключайте питание с обоих концов.
Помимо сечения кабелей, важно также качество самих трасс. Конечно, китайцы скажут вам, что у них самая лучшая продукция и никто никогда не жаловался.
Но как вы можете проверить это, не покупая продукт? Это очень просто: спросите вес изделия. Затем сравните одинаковые модели разных производителей.
Например, на ленте длиной 5 м (60 светодиодов на метр) с весом менее 100 г ослабление натяжения начинается через 1,5 м!
Это происходит из-за очень тонких медных дорожек или некачественной меди в проводниках.
