Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 36

Адресная светодиодная лента и её подключение к Arduino

В этом гайде расскажу вам о такой штуке как адресная светодиодная лента (лента из адресных светодиодов). Рассмотрим отличия от других типов светодиодных лент, особенности и тонкости подключения, а также управление при помощи Arduino

РАСШИФРОВКА

  • Black PCB / White PCB — цвет подложки ленты, чёрная / белая
  • 1m/5m — длина ленты в метрах
  • 30/60/74/96/100/144 — количество светодиодов на 1 метр ленты
  • IP30 лента без влагозащиты (как на видео)
  • IP65 лента покрыта силиконом
  • IP67 лента полностью в силиконовом коробе

Лента

Screenshot_1-4.jpg

Полоски

Screenshot_16-1.jpg

Кольца

Screenshot_27-1-1.jpg

Матрицы

КОНТРОЛЛЕРЫ

Адресные ленты можно подключить к готовому контроллеру и переключать режимы пультом/со смартфона

Контроллер 0

Контроллер 1

Контроллер 2

Контроллер 3

Итак, данный гайд посвящен адресной светодиодной ленте, я решил сделать его познавательным и подробным, поэтому дойдя до пункта “типичные ошибки и неисправности” вы сможете диагностировать и успешно излечить косорукость сборки даже не читая вышеупомянутого пункта. Что такое адресная лента? Рассмотрим эволюцию светодиодных лент.

Обычная светодиодная лента представляет собой ленту с напаянными светодиодами и резисторами, на питание имеет два провода: плюс и минус. Напряжение бывает разное: 5 и 12 вольт постоянки и 220 переменки. Да, в розетку. Для 5 и 12 вольтовых лент нужно использовать блоки питания. Светит такая лента одним цветом, которой зависит от светодиодов.

RGB светодиодная лента. На этой ленте стоят ргб (читай эргэбэ – Рэд Грин Блю) светодиоды. Такой светодиод имеет уже 4 выхода, один общий +12 (анод), и три минуса (катода) на каждый цвет, т.е. внутри одного светодиода находится три светодиода разных цветов. Соответственно такие же выходы имеет и лента: 12, G, R, B. Подавая питание на общий 12 и любой из цветов, мы включаем этот цвет. Подадим на все три – получим белый, зелёный и красный дадут жёлтый, и так далее. Для таких лент существуют контроллеры с пультами, типичный контроллер представляет собой три полевых транзистора на каждый цвет и микроконтроллер, который управляет транзисторами, таким образом давая возможность включить любой цвет. И, как вы уже поняли, да, управлять такой лентой с ардуино очень просто. Берем три полевика, и ШИМим их analogWrit’ом, изи бризи.

Адресная светодиодная лента, вершина эволюции лент. Представляет собой ленту из адресных диодов, один такой светодиод состоит из RGB светодиода и контроллера. Да, внутри светодиода уже находится контроллер с тремя транзисторными выходами! Внутри каждого! Ну дают китайцы блэт! Благодаря такой начинке у нас есть возможность управлять цветом (то бишь яркостью r g b) любого светодиода в ленте и создавать потрясающие эффекты. Адресная лента может иметь 3-4 контакта для подключения, два из них всегда питание (5V и GND например), и остальные (один или два) – логические, для управления.

Лента “умная” и управляется по специальному цифровому протоколу. Это означает, что если просто воткнуть в ленту питание не произойдет ровным счётом ничего, то есть проверить ленту без управляющего контроллера нельзя. Если вы потрогаете цифровой вход ленты, то скорее всего несколько светодиодов загорятся случайными цветами, потому что вы вносите случайные помехи, которые воспринимаются контроллерами диодов как команды. Для управления лентой используются готовые контроллеры, но гораздо интереснее рулить лентой вручную, используя, например, платформу ардуино, для чего ленту нужно правильно подключить. И вот тут есть несколько критических моментов:

1) Команды в ленте передаются от диода к диоду, паровозиком. У ленты есть начало и конец, направление движение команд на некоторых моделях указано стрелочками. Для примера рассмотрим ws2812b, у нее три контакта. Два на питание, а вот третий в начале ленты называется DI (digital input), а в конце – DO (digital output). Лента принимает команды в контакт DI! Контакт DO нужен для подключения дополнительных кусков ленты или соединения матриц.

2) Цифровой вход ленты идёт напрямую на «сырой» вход микроконтроллера внутри диода, поэтому между ним и управляющим пином ардуино нужен токоограничиваюший резистор с номиналом 200-500 ом. Без него есть большой шанс выгорания пина Ардуино или первого светодиода в ленте. Не испытывайте удачу, поставьте резистор. Точность резистора? Любая. Мощность резистора? Любая. Да, даже 1/4.

2.1) Если между лентой и контроллером (Arduino) большое расстояние, т.е. длинные провода (длиннее 10-15 см), то сигнальный провод и землю нужно скрутить в косичку для защиты от наводок, так как протокол связи у ленты достаточно скоростной (800 кГц), на него сильно влияют внешние наводки, экранирование земляной скруткой поможет этого избежать. Без этого может наблюдаться такая картина: лента не работает до тех пор, пока не коснёшься рукой сигнального провода.

3) Самый важный пункт, который почему то все игнорят: цифровой сигнал ходит по двум проводам, поэтому для его передачи одного провода от ардуины мало. Какой второй? Земля GND. Как? Контакт ленты GND и пин ардуино GND (любой из имеющихся) должны быть соединены. Смотрим два примера

4) Питание. Один цвет одного светодиода при максимальной яркости кушает 20 миллиампер. В одном светодиоде три цвета, итого 60 мА на диод. Пусть у вас есть метр ленты с плотностью 60 диод/метр, тогда 60*60 = 3.6 Ампера при максимальной яркости (белый цвет), соответственно нужно брать БП, который с этим справится, но заранее подумать, в каком режиме будет работать лента. Если это режимы типа «радуга», то мощность можно принять как половину от максимальной.

5) Продолжая тему питания, хочу отметить важность качества пайки силовых точек (подключение провода к ленте, подключение этого же провода к БП), а также толщину проводов. Как показывает мой опыт, брать нужно провод сечением минимум 1.5 квадрата, если нужна полная яркость. Пример: на проводе 0.75 кв.мм. на длине 1.5 метра при токе 2 Ампера падает 0.8 вольта, что критично для 5 вольт питания. Первый признак просадки напряжения: заданный программно белый цвет светит не белым, а отдаёт в жёлтый/красный. Чем краснее, тем сильнее просело напряжение!

6) Мигающая лента создаёт помехи на линию питания, а если лента и контроллер питаются от одного источника – помехи идут на микроконтроллер и могут стать причиной нестабильной работы, глюков и даже перезагрузки (если БП слабый). Для сглаживания таких помех рекомендуется ставить электролитический конденсатор 6.3В ёмкостью 470 мкФ (ставить более ёмкий нет смысла) по питанию микроконтроллера, а также более “жирный” конденсатор (1000 или 2200 мкФ) на питание ленты. Ставить их необязательно, но очень желательно. Если вы заметите зависания и глюки в работе системы (Ардуино + лента + другое железо), то причиной в 50% является как раз питание.

7) Слой меди на ленте не очень толстый, поэтому от точки подключения питания вдоль ленты напряжение начинает падать, чем больше яркость, тем больше просадка. Если нужно сделать большой и яркий кусок ленты, то питание нужно дублировать медным проводом 1.5 (или больше, надо экспериментировать) квадрата через каждый метр.

КАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ

Как мы уже поняли, для питания ленты нужен источник 5 Вольт с достаточным запасом по току, а именно: один цвет одного качественного светодиода на максимальной яркости потребляет 0.02 А (20 мА), соответственно весь светодиод – 0.06 А (60 мА) на максимальной яркости. У китайцев есть “китайские” ленты, которые потребляют меньше и светят тускло. Я всегда закупаюсь в магазине BTF lighting (ссылки в начале статьи), у них ленты качественные. Я понимаю, что порой очень хочется запитать ленту напрямую от Ардуино через USB, либо используя бортовой стабилизатор платы. Так делать нельзя. В первом случае есть риск выгорания защитного диода на плате Arduino (в худшем случае – выгорания USB порта), во втором – синий дым пойдёт из стабилизатора на плате. Если всё-таки очень хочется, есть два варианта:

  • Не подключать больше количества светодиодов, при котором ток потребления будет выше 500 мА, а именно 500/60 ~ 8 штук
  • Писать код на основе библиотеки FastLED, где можно ограничить ток специальной функцией. НО! В случае отключения пина Din от источника сигнала есть риск случайного включения ленты, и никакие софтварные ограничения не спасут от выгорания железа

Вы наверное спросите: а как тогда прошивать проект с лентой? Ведь судя по первой картинке так подключать нельзя! Оч просто: если прошивка не включает ленту сразу после запуска – прошивайте. Если включает и есть риск перегрузки по току – подключаем внешнее питание на 5V и GND.

ОТ ЧЕГО ПИТАТЬ ЛЕНТУ?

Самый простой и понятный вариант – мощный блок питания на 5 Вольт. Если рядом есть источник постоянки 12 Вольт – можно взять понижайку и настроить её на 5 Вольт. Но часто возникает желание сделать “беспроводной” девайс с бортовым источником питания. Как быть в этом случае? Согласно даташиту на WS2812b светодиод будет работать от напряжения 3.5-5.5 Вольт, собственно как и сама Arduino. Помним, что при питании ленты от напряжения ниже 5 Вольт будет уменьшаться максимальная яркость. Отсюда имеем следующие варианты:

  • Powerbank 5V – берём провод с USB штекером и подключаем по схемам выше. Через Ардуино не питаем, нельзя. Ёмкость паурбанков очень высокая, сами знаете. По току обычно можно снять 2 Ампера, есть паурбанки на 3 А
  • Батарейки – можно взять обычные АА батарейки, 3 штуки полностью заряженных (дадут 4,5 Вольт), либо 4 штуки чуть разряженных (дадут 5.5 Вольт). Ёмкость батареек очень небольшая. По току можно снять 1-2 Ампера (алкалин, литий. Солевые сразу в помойку)
  • Никелевые аккумуляторы – имеют напряжение ~1.4В после зарядки, можно смело поставить 4 штуки (~5.5 Вольт). Ёмкость сборки весьма достойная (до 2700 ма*ч), по току можно снять 2-3 Ампера
  • Литиевые аккумуляторы – напряжение в процессе разряда меняется с 4.2 до 3.0 Вольт, значит ленту можно питать, но светить будет на 10-30% менее ярко. Также нельзя забывать следить за напряжением, литий боится переразряда. Ёмкость – параллельно можно поставить много банок, по току – с обычных банок можно снять 3 Ампера (если стоят в параллель – то с каждой)
  • Литиевый акум + повышайка – отличный способ сохранить полную яркость при небольшом количестве светодиодов, у китайцев есть куча повышаек с лития (3-4.2В) до 5 Вольт с максимальным током до 2 Ампер. Считай тот же powerbank, но можно более компактно разместить

ПОЧЕМУ НЕ РАБОТАЕТ?!

  • Убедись, что земля ленты соединена с землёй ардуино КАК НА СХЕМЕ

  • Убедись, что сигнальный провод идёт в начало ленты (контакт DI) КАК НА СХЕМЕ

  • Убедись, что не перепутал 5в и GND. КАК НА СХЕМЕ

  • Цвет отдаёт в красный? У тебя слабый БП, некачественная пайка линии питания или слишком тонкие провода питания

  • Подключил без резистора и теперь не работает даже с резистором? Пин ардуино отбросил ласты, подключай в другой

WS2811 и WS2812b

Сейчас популярны два вида ленты: на чипах WS2812b и WS2811. В чём же разница? Чип WS2812 размещён внутри светодиода, таким образом один чип управляет цветом одного диода, а питание ленты – 5 Вольт. Чип WS2811 размещён отдельно, и от него питаются сразу 3 светодиода, таком образом можно управлять цветом сегментов по 3 диода в каждом. А вот питание у ленты на WS2811 составляет 12 вольт!

Подключение ленты WS2811

Если вы вдруг купили ленту на чипах WS2811 (12-вольтовую версию), подключить её можно вот по этим двум схемам. Но следует помнить, что в прошивке нужно указать втрое меньшее количество светодиодов, так как каждый чип на этой ленте управляет тремя диодами, задаёт им один и тот же цвет!

УПРАВЛЕНИЕ С ARDUINO

ВНИМАНИЕ! Во время загрузки и выполнения этого примера должно быть подключено внешнее питание! Иначе выгорит защита по току (диод) на плате Ардуино!

Для управления лентой можно выделить три библиотеки: FastLED, Adafruit NeoPixel и LightWS2812, из всех трёх рекомендую FastLED. Ниже привожу пример кода, который сначала показывает 3 цвета ленты на одном куске, плавно включая диоды. А потом ещё 3 цвета. Ну и ещё что-то, смотрите скетч.

ПРИМЕР 1

#define PIN 13        // пин DI  #define NUM_LEDS 16   // число диодов    #include "Adafruit_NeoPixel.h"  Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(NUM_LEDS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);    void setup() {    strip.begin();    strip.setBrightness(50);    // яркость, от 0 до 255      strip.clear();                          // очистить    strip.show();                           // отправить на ленту  }  void loop() {    // заливаем трёмя цветами плавно    for (int i = 0; i < NUM_LEDS / 3; i++ ) {   // от 0 до первой трети      strip.setPixelColor(i, 0xff0000);     // залить красным      strip.show();                         // отправить на ленту      delay(100);    }      for (int i = NUM_LEDS / 3; i < NUM_LEDS * 2 / 3; i++ ) {   // от 1/3 до 2/3      strip.setPixelColor(i, 0x00ff00);     // залить зелёным      strip.show();                         // отправить на ленту      delay(100);    }      for (int i = NUM_LEDS * 2 / 3; i < NUM_LEDS; i++ ) {   // от 2/3 до конца      strip.setPixelColor(i, 0x0000ff);     // залить синим      strip.show();                         // отправить на ленту      delay(100);    }      delay(1000);      // заливаем белым    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ ) {   // всю ленту      strip.setPixelColor(i, 0xffffff);     // залить белым      strip.show();                         // отправить на ленту      delay(10);    }      delay(1000);      // заливаем чёрным    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ ) {   // всю ленту      strip.setPixelColor(i, 0x000000);     // залить чёрным      strip.show();                         // отправить на ленту      delay(10);    }    delay(1000);      // включаем случайные диоды жёлтым    for (int i = 0; i < 50; i++ ) {         // 50 раз      strip.setPixelColor(random(0, NUM_LEDS), 0xffff00);     // залить жёлтым      strip.show();                         // отправить на ленту      delay(500);    }  }

Пример с бегущей радугой

ПРИМЕР 2

// пример с "бегущей радугой" для библиотеки FastLED    #define NUM_LEDS 144  #include "FastLED.h"  #define PIN 6  CRGB leds[NUM_LEDS];  byte counter;    void setup() {    FastLED.addLeds(leds, NUM_LEDS).setCorrection( TypicalLEDStrip );    FastLED.setBrightness(50);    pinMode(13, OUTPUT);  }    void loop() {    for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ ) {         // от 0 до первой трети      leds[i] = CHSV(counter + i * 2, 255, 255);  // HSV. Увеличивать HUE (цвет)      // умножение i уменьшает шаг радуги    }    counter++;        // counter меняется от 0 до 255 (тип данных byte)    FastLED.show();    delay(5);         // скорость движения радуги  }

НЕКОТОРАЯ ИНФА

  • Цвет кодируется 3-мя байтами, то бишь глубина его составляет 24 бита. У нас есть три цвета, каждый кодируется числом от 0 до 255, итого имеем 256*256*256 = 16 777 216 цветов, 16.8 миллионов оттенков может принимать КАЖДЫЙ светодиод в ленте. Цвета при программировании задаются в шестнадцатеричной кодировке вида 0xFFFFFF. Сам цвет здесь задаётся тремя байтами: красный зелёный синий, красный будет FF0000, синий 0000FF, зелёный 00FF00, то есть у каждого цвета есть яркость, которая задаётся шестнадцатеричным числом от 00 до FF. Например бледно жёлтый будет вот так 555500. При использовании библиотеки FastLED вам доступна куча преднастроенных цветов, их названия и коды можно посмотреть здесь.

    Надыбать коды цветов можно здесь http://getcolor.ru/

Адресная светодиодная лента – это украшение любого проекта Arduino. С ее помощью вы можете создавать светомузыку, умную подсветку для телевизора, бегущие строки и другие проекты, в которых требуется отобразить информацию на широком экране. Благодаря встроенным контроллерам, вы можете управлять каждым из светодиодов ленты в отдельности, управляя ими как пикселями на экране. В этой статье мы разберемся, как работает адресная светодиодная лента, как ее подключить к  Ардуино и какие библиотеки лучше использовать для управления.  

Адресные светодиодные ленты

Светодиодная лента – это набор связанных светодиодов, на которые может одновременно подаваться напряжение питания. Обычные ленты хорошо всем знакомы, они используются сегодня повсюду. В адресной светодиодной ленте так же используются светодиоды, но светоизлучающий диод может управляться отдельно и независимо от других. Таким образом, адресные ленты можно использовать для более интеллектуального управления световым потоком на отдельных участках ленты, включая или выключая подсветку в нужное время и в нужном месте.

Адресная светодиодная лента WS2811

Сегодня наибольшей популярностью пользуются разноцветные светодиодные ленты RGB-формата, позволяющие получать множество цветов. Благодаря конструкции есть возможность управления цветом каждого светодиода, что позволяет создавать оригинальные световые эффекты. Главное отличие адресной светодиодной ленты от обычной RGB ленты – это наличие специальных контроллеров (конструктивно выполненных в виде микросхем) возле каждого светодиода, что и дает возможность индивидуальной адресации и регулирования каждого оттенка.

Как правило,л ента содержит 3-4 контакта для подключения. Два вывода используются для питания – 5 Вольт и земля, остальные один или два – логический, для управления свечением. 

Управление умной лентой производится по цифровому протоколу. Это значит, что без управляющего контроллера управлять устройством нельзя. Кстати, при прикосновении к цифровому входу может загореться несколько диодов – это связано с тем, что появляются помехи, которые контроллер принимает за команды. 

Самыми популярными адресными светодиодными лентами являются устройства на чипах WS2812b и WS2811. В первом случае чип находится прямо внутри светодиода, то есть один прибор управляет свечением одного излучающего диода. Питание ленты составляет 5 вольт. Во втором случае чип помещается отдельно, и к нему подключаются 3 диода. Мощность – 12 вольт.

Купить адресную светодиодную ленту

Ленты ws2812 достаточно распространены на российском рынке, их без труда можно найти в многочисленных специализированных магазинах. Можем посоветовать интернет-магазин Giant4.Ru с достаточно широким ассортиментом различных светодиодных лент и вполне низкими ценами, сопоставимыми с али. Если же есть возможность и желание ждать товар с Алиэкспресса, то ниже мы собрали вместе некоторые популярные варианты у надежных поставщиков:

Адресная светодиодная лент 1m/4m/5m WS2812B 30/60/144 pixels,IP30/IP65/IP67 DC5V Светодиодная лента DC5V WS2812B 1m/4m/5m 30/60/74/96/144 pixels/leds/m от надежного поставщика Адресная светодиодная лента DC5V 1m/4m/5m WS2812B

Как работает адресная светодиодная лента

Принцип работы ленты следующий. Она поделена на сегменты, в каждом из которых находятся светодиод и конденсатор. Они все подключены параллельно, а данные передаются последовательно от одного сегмента к другому. Управление осуществляется контроллером, в котором прописывается программа функционирования. Управлять лентой можно через платформу Ардуино. 

Маркировка адресной ленты:

  • Black PCB / White PCB – цвета подложки;
  • 1м/5 м – длина адресной ленты;
  • 30/60/74 и т.д. – сколько светодиодов приходится на 1 метр ленты;
  • IP30, IP65, IP67 – степень влаго- и пылезащищенности ленты =. 

Адресные светодиодные ленты используются для сборки полноценных модулей, в конструировании ламп с управлением soft lights, для декоративной подсветки, в построении диодных экранов уличной рекламы. 

Видео инструкции и ролики

Обучающее видео на канале HomeMade:

Видео по созданию бегущей строки на базе ленты ws2112

Лента на базе ws2812b

Лента на базе ws2812b

Лента на чипе ws2812b является более совершенствованной, чем ее предшественник. ШИМ драйвер в адресной ленте компактен, и размещается прямо в корпусе светоизлучающего диода. 

Основные преимущества ленты на основе ws2812b:

  • компактные размеры;
  • легкость управления;
  • управление осуществляется всего по одной линии + провода питания;
  • количество включенных последовательно светодиодов не ограничено;
  • невысокая стоимость – покупка отдельно трех светодиодов и драйвера к ним выйдет значительно дороже.

Лента оснащена четырьмя выходами:

  • питание;
  • выход передачи данных;
  • общий контакт;
  • вход передачи данных.

Максимальный ток одного адресного светодиода равняется 60 миллиамперам. Рабочие температуры лежат в пределах от -25 до +80 градусов. Напряжение питания составляет 5 В +-0,5.

ШИМ драйверы ленты 8-мибитные – для каждого цвета возможно 256 градация яркости. Для установки яркости нужно 3 байта информации – по 8 бит с каждого светодиода. Информация передается по однолинейному протоколу с фиксированной скоростью. Нули и единицы кодируются высоким и низким уровнем сигнала по линии. 

1 бит передается за 1,25 мкс. Весь пакет из 24 бит для одного светодиода передается за 30 мкс. 

Пример подключения к ардуино

Любая адресная светодиодная лента имеет начало и конец, которые важно не перепутать во время сборки. На них есть специальные обозначающие стрелки, которые указывают направление сигнала. 

Лента ws2812B подключается к Ардуино следующим образом.

Лента ws2812B подключается к Ардуино следующим образом

Еще один вариант подключения:

Подключение ws2128 к Ардуино

Выходы питания с ленты 5В и земля соединяются с соответствующими контактами на микроконтроллере Ардуино. При подключении отрезка с более чем 13 светодиодами потребуется выносной блок питания. Земля и минус блока питания должны быть соединены друг с другом. DINможно подключить к любому цифровому порту на Ардуино. Он используется для получения данных с контроллера. 

Цифровой вход ленты идет на вход контроллера, поэтому между ними нужен токоограничивающий резистор номиналом 100-500 Ом. С его использованием нагрузка на пин будет ниже. На другом конце ленты также есть 3 контакта, к которым можно подключить отрезки различной длины. 

Каждый блок ленты состоит из трех светодиодов. Соответственно, для управления подсветкой потребуется 3 байта – по одному на каждый свет. Каждый байт принимает значение от 0 до 255 – это значит, что есть возможность задания более 16 миллионов оттенков.

Данные передаются следующим образом:

  • ШИМ драйвер забирает первые 3 байта, остальные передаются на выход D0;
  • затем пауза длительностью 50 мкс;
  • второй драйвер принимает следующие 3 байта.И так далее.
  • Когда длительность задержки становится более 50 мкс, передача окончена и начинается второй цикл.

Причины проблем при работе с адресной светодиодная лентой:

  • неправильное соединение с землей;
  • сигнальный провод идет не в начало схемы;
  • перепутаны земля и 5 В;
  • если получаются цвета ближе к красному, проблема с блоком питания, пайкой линии или слишком тонкие провода;
  • после подключения без резистора пин на Ардуино может сломаться, поэтому придется переключать на другой.

Библиотеки Ардуино для работы со светодиодной лентой

Для управления адресной светодиодной лентой существует 3 библиотеки: FastLED, AdafruitNeoPixel и LightWS2812. Наиюолее популярной является первая. Она поддерживает все версии Ардуино и различные протоколы данных, которые используются не только для адресной ленты. Но надо иметь в виду, что FastLED более ресурсоемкая.

Вторая библиотека, AdafruitNeoPixel, чаще используется при работе со светодиодными кольцами. Возможностей меньше, скорость ниже, но она менее требовательна к ресурсам, в ее составе только самое нужное. Поддерживает все версии Ардуино. Третья библиотека используется не очень часто.

Работать с библиотеками FastLED и Adafruit NeoPixel одинаково просто. Их отличия заключаются в функциональности и объеме занимаемой памяти.

Основные моменты подключения ленты:

  • Команды передаются друг за другом, и нужно не перепутать начало и конец. D1 принимает команды, D0 используется для подключения дополнительных отрезков. 
  • Для подключения цифрового входа нужно резистор.
  • При монтаже адресной светодиодной ленты нельзя допускать статического электричества. 
  • Если между лентой и Ардуино расстояние более 15 см, сигнальный провод и землю нужно перекрутить в косичку. Это поможет избежать наводок. 
  • Питание. Каждому светодиоду в сегменте нужно 20 мА. Суммарный ток будет составлять 60 мА. Нужно просчитать общий ток ленты, и, исходя из полученного значения, подбирать блок питания. Например, лента длиной 1 м с 60 диодами будет потреблять 60*60=3600 мА=3,6 Ампер. Блок питания подбирается с похожей мощностью. 
  • Силовые точки должны быть запаяны качественно. Провода должны иметь такое сечение, чтобы выдерживать подаваемую нагрузку. Минимальное сечение 1,5 кв.м. При тонких проводах заданный программно белый цвет будет отдавать красным оттенком. 
  • Помехи. Лента, которая мигает, может создать помехи на линии. Если она с контроллером получает напряжение от одного источника, то помехи пойдут на микроконтроллер. Это может привести к нестабильности работы и различным сбоям. Решением проблемы будет установка электролитического конденсатора емкостью 470 мкФ на питание микроконтроллера и конденсатор на 1000 или 2200 мкФ на питание ленты. 
  • Если лента и устройство управления питаются от источников с разным напряжением, нужно использовать преобразователь уровня. 
  • Рекомендуется подавать на ленту менее 5 В питания.
  • Питание в длинной ленте советуется распределить по всей длине. В ином случае моет произойти перегрев токопроводящих дорожек.
  • На ленте имеется толстый слой меди. От точки питания по ленте может падать напряжение. Для удаления подобной проблемы нужно дублировать питание при помощи медного провода сечением минимум 1,5 кв.м. через каждый метр. 

Соблюдение основных моментов и следование инструкции позволяет самостоятельно подключить адресную светодиодную ленту к вашему проекту.

adresnaya-led-lenta.jpgОглавление:

Технические характеристики

Адресная светодиодная лента состоит из RGB-светодиодов в SMD корпусе 5050 и микрочипов ШИМ-драйверов. В настоящее время наиболее популярными являются адресные LED-ленты с использованием чипов WS2811 и WS2812B. Модификация WS2811 представляет собой интегральную микросхему (ИМС) в корпусе DIP-8 (9,2х6,4 мм) или SOP-8 (5,1х4,0 мм). Данный 3-канальный драйвер имеет следующую конфигурацию выводов:raspinovka.png

  • 1 – ШИМ-регулируемый выход (красный);
  • 2 – ШИМ-регулируемый выход (зелёный);
  • 3 – ШИМ-регулируемый выход (синий);
  • 4 – общий;
  • 5 – выход передачи данных;
  • 6 – вход передачи данных;
  • 7 – выбор режима работы;
  • 8 – питание +5В.

В адресной ленте с использованием чипа WS2811 и питанием 5 вольт микросхема драйвера располагается в непосредственной близости перед каждым RGB-светодиодом SMD 5050, рядом с которым также установлены токоограничивающие резисторы и конденсатор, защищающий от помех. Но на сегодняшний момент такие модели устарели и встречаются крайне редко. Сегодня в продаже имеются адресные светодиодные ленты на чипах WS2811 только с питанием от +12 В. В этом случае чип WS2811 управляет не одним светодиодом, а группой из 3 штук. LED-lenta-WS2811.jpgНе успела ИМС WS2811 обрести популярность, как её место заняла более совершенная WS2812B. Данный тип ШИМ-драйвера намного компактнее и размещается непосредственно в корпусе светодиода SMD 5050. Если присмотреться, то под прозрачным люминофором можно увидеть миниатюрный чёрный прямоугольник с отходящими позолоченными проводниками. LED-lenta-WS2812B.jpgПодобная унификация позволила значительно упростить сборку адресных светодиодных лент и модулей, а сам WS2812B имеет лишь 4 вывода:

  • 1 – питание (+3,5… +5,3 В);
  • 2 – выход передачи данных;
  • 3 – общий;
  • 4 – вход передачи данных.

ИМС драйвера потребляет не более 1 мкА, а максимальный ток одного адресного светодиода составляет 60 мА. Диапазон рабочих температур: от -25 до +80°C.

При выборе адресной светодиодной ленты важным критерием является степень защиты от влаги и пыли. Для использования в уличных условиях подойдут только модели с IP65 и IP67.

Сфера применения

Относительно высокая стоимость светодиодов и лент, собранных на чипах WS2811 и WS2812B, ограничивает их область применения в сравнении с обычными LED-лентами. Главным образом их используют для решения таких задач, с которыми обычной светодиодной ленте не справиться:

  • для сборки полноцветных модулей;
  • в конструировании светильников, управляемых по принципу «soft lights»;
  • в качестве декоративной подсветки чего-либо;
  • в построении LED-видео экранов, используемых в уличной рекламе и шоу-бизнесе.

Интерес к адресной светодиодной ленте среди радиолюбителей вызван тем, что на её основе можно собрать подсветку, которая будет изменять цвет и яркость по заданному алгоритму.

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 WS2812B 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. shema.jpgКонтакты питания +5V и GND соединяют с соответствующими выводами на плате Arduino. 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:

  1. ШИМ-драйвер WS2812B первого сегмента забирает из посылки первые 3 байта, пропуская остальные данные на выход DO.
  2. 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).

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.

Используемые источники:

  • https://alexgyver.ru/ws2812_guide/
  • https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/adresnaya-svetodiodnaya-lenta/
  • https://ledjournal.info/spravochnik/adresnaja-svetodiodnaja-lenta.html

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации