Адресные светодиоды: светодиодная RGB лента, программируемая под Arduino

Многоцветная LED подсветка получила широкое распространение и популярность. Существуют разные варианты конструкции, обладающие разными функциональными возможностями.

В отличие от обычных RGB светильников, адресные светодиодные ленты позволяют управлять режимом работы светодиодов на каждом участке. Это дает возможность создавать различные световые эффекты, получать собственные дизайнерские решения. Рассмотрим их конструкцию и особенности.

Содержание

• 1 Технические хаpaктеристики
  • 1.1 Маркировка
• 2 Как это работает
• 3 Сфера применения
• 4 Лента на базе ws2812b
  • 4.1 Основные преимущества ленты на основе ws2812b
• 5 Пример подключения к Arduino
  • 5.1 Пошаговая инструкция
  • 5.2 Библиотеки Ардуино для работы со светодиодной лентой
  • 5.3 Причины проблем при работе с адресной светодиодная лентой
• 6 Основные выводы

Технические хаpaктеристики

Адресные линейные светильники представляют собой усложненный вариант RGB матрицы, собранный на базе светодиодов в SMD корпусе типоразмера 5050. В каждом корпусе имеется микрочип ШИМ драйвера, позволяющий управлять режимом работы именно светодиода. Параметры светильника:

• ток потрeбления интегральной микросхемы ШИМ составляет 1 мкА;
• сам светодиод потрeбляет 20 мА, а весь пиксель — 60 мА;
• диапазон температур, при которых прибор может работать без сбоев — от – 25° до +80°;
• степень защиты IP30, IP65 или IP67.

Степень защиты — это важный параметр. Он определяет способность светильника противостоять внешним воздействиям, как температурным, так и механическим. Если изделие планируется использовать в условиях улицы, необходимо выбирать экземпляры с уровнем защиты не менее IP65 или IP67.

Маркировка

Светодиодная лента имеет маркировку, содержащую полную информацию о параметрах и даже косвенно о производителе данного светильника. О том, что конструкция программируемая, с адресным управлением посредством микрокомпьютера (контроллера), указывают три первые буквы SPI. Помимо этого, маркировка содержит массу другой информации:

• серия;
• номер завода, на котором произведены светодиоды;
• длина (в миллиметрах) ;
• тип герметизации (P — прямоугольная трубка из силикона, SE — сверху имеется заливка силиконовым герметизирующим составом, PGS — сплошная заливка герметиком в силиконовой трубке) ;
• напряжение питания;
• плотность элементов на ленте (2Х — двойная плотность, 2Х2 — двойная плотность в два ряда) ;
• цвет свечения ленты;
• тип корпуса светодиодов;
• общее количество светодиодов на данной ленте;
• тип основания (W — белое, Y — желтое, B — черное, LUX — белая основа высшего качества).

Важно! Основными значениями являются напряжение питания и количественные показатели светодиодов.

Как это работает

Адресные светодиоды представляют собой цепь из отдельных сегментов, содержащих светодиод и защиту от помех (конденсатор). Соединение этих сегментов произведено таким образом, что питание подается параллельно, обеспечивая +5 В на каждом участке. Данные подаются по последовательной цепочке, что означает прекращение свечения ленты при выходе из строя любого элемента.

Управление режимом свечения производит микрокомпьютер (наиболее распространенным вариантом является контроллер Ардуино), для которого необходимо загрузить специальную программу (скетч).

Сфера применения

Адресные светодиоды используются там, где обычные виды линейных светильников оказываются несостоятельны и справиться с поставленной задачей не могут. Основная сфера использования:

• создание полноцветных модулей;
• конструирование световых приборов типа «soft lights»;
• в оформлении участков интерьера, декора фасадов или иных элементов;
• в рекламных конструкциях;
• для создания LED экранов. Которые популярны при оформлении мероприятий шоу-бизнеса или рекламных кампаний.

Адресные светодиоды относительно дороги, что заметно снижает распространение и востребованность таких конструкций. Кроме того, необходимость использования дополнительных устройств (контроллер), загрузки в них программного обеспечения и прочие сложности отпугивают массового пользователя.

Лента на базе ws2812b

Лента на адресных светодиодах ws2812b представляет собой одну из наиболее совершенных конструкций. Она создана на базе модифицированной ленты ws2811, у которой устранены все недостатки и увеличена компактность чипа. Разработчикам удалось вставить ШИМ драйвер непосредственно в корпус светодиода, что позволило уменьшить число контактов до 4 (против 8 штук в старой версии). Из-за появления дополнительных деталей элемент стали называть не светодиодом, а пикселем. Состав контактной группы:

• +5 V — питание;
• GND — минусовой электрод питания;
• Din — вход данных;
• Do — выход данных.

Важно! Использовать Ардуино в качестве источника питания не рекомендуется, так как его мощность слишком мала (ток контроллера составляет 800 мА, чего хватит лишь на 13 пикселей ленты).

Основные преимущества ленты на основе ws2812b

В список основных достоинств адресных светодиодов ws2812b входят:

• компактность;
• простота, легкость управления;
• подача данных производится по единственному проводнику;
• количество LED элементов, включенных последовательно, не ограничено;
• приобрести отдельно три разноцветных светодиода и драйвер намного дороже, чем готовую адресную систему.

Основным преимуществом специалисты и рядовые пользователи считают простоту подключения, обеспечивающую устойчивость и надежность работы адресных светодиодов.

Пример подключения к Arduino

При подключении адресных светодиодов необходимо определить начало и конец матрицы. На подложку нанесены стрелки, показывающие направление сигнала. Присоединять светильник следует с начальной стороны, откуда стрелки начинают свое движение.

Если планируется включить больше 13 пикселей (а это делается всегда), необходимо приготовить внешний блок питания. Рассмотрим порядок подключения.

Пошаговая инструкция

Порядок подключения адресной ленты ws2812b к микрокомпьютеру Ардуино:

• цифровой вход Din соединяется через токоограничивающий резистор с контактом – 6. Номинал резистора находится в диапазоне 100-500 Ом;
• средний контакт V +5 соединяется с плюсом блока питания;
• контакт GND соединяется одновременно с одноименным контактом контроллера и с минусом блока питания.

Процесс подключения несложен, но требует внимания, чтобы по ошибке не сделать неправильное соединение контактов.

Библиотеки Ардуино для работы со светодиодной лентой

Управление работой светодиодов производится с помощью соответствующего программного обеспечения. Коды для задания режима для Ардуино пишутся самостоятельно, но некоторые участки кода одинаковы и могут быть заранее скопированы для ускорения и облегчения процесса. Сборники таких заготовок называются библиотеками, их довольно много. Наиболее распространенными считаются 3 библиотеки:

• FastLED;
• AdafruitNeoPixel;
• LightWS2812.

Интересно! Некоторые библиотеки изначально входят в состав программы Arduino IDE, но и сторонние библиотеки используются весьма широко. Они позволяют получить оригинальные и привлекательные световые эффекты при использовании адресных светодиодов.

Причины проблем при работе с адресной светодиодная лентой

Причинами возникших неполадок в работе адресной конструкции могут быть:

• некачественный контакт с землей;
• сигнальный провод подключен не к начальному контакту;
• перепyтaны «+» и «-» питания ленты;
• при явном преобладании красного цвета возможны неполадки блока питания, слишком тонкие соединительные дорожки или плохое качество пайки контактов;
• при подключении без резистора контакт на Ардуино может выйти из строя.

Основной причиной неполадок можно назвать невнимательность, отсутствие сосредоточенности и тщательности при подключении светодиодов.

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.