Светодиодные пиксели

Уже несколько лет на рынке светотехники можно встретить такие названия, как: «smart led strip», «smart led pixel» и подобные. Как правило, «умный пиксель» — это сборка из миниатюрного 3-х канального светодиодного драйвера (с интегрированным стабилизатором тока, PWM модулятором и сдвиговым регистром), подключенная к RGB светодиоду. На базе таких пикселей многие производители выпускают «умные» гибкие светодиодные ленты, LED «гвозди» и LED кластера. Также можно встретить такие модели чипов, как WS2812, WS2813, с интегрированным LED драйвером непосредственно в корпус 5050 RGB светодиода. Малые габариты, большое количество последовательно включенных пикселей (более 1000 шт.), простота управления по 1(2) проводу и сравнительно низкая стоимость решения — более чем оправдывают их применение. Эта моя первая публикация на Хабре, в которой я хочу донести мой опыт использования и обозначить недостатки таких пикселей. За несколько последних лет я успел поработать со следующими LED драйверами: LPD6803, WS2801, WS2811, WS2812(B), TM1903, UCS1903, TM1804, TM1803, SM16716 и другими менее ходовыми. В интернете часто можно встретить такой термин как «светодиодная лента с пиксельной адресацией» — я с этим совершенно не согласен, и это является первым ограничением. Информация в такие ленты/пиксели загружается по последовательному каналу, а именно через сдвиговые регистры с 24-х битной разрядностью (как правило), т.е. 3 канала по 8 бит для RGB. Никаких адресов такие LED пиксели не помнят и работают исключительно по последовательному принципу. Отсутствие сигнала управления на линии данных или синхронизации (если таковая есть), служит командой для преобразования значений в регистрах в PWM сигналы для RGB светодиодов. По этой причине, при выходе из строя информационного канала одного из пикселей, последующие пиксели перестанут корректно работать. Многие неопытные LED «рекламисты» наступили на эти грабли, применяя такие пиксели для уличных экранов. Рисунок ниже демонстрирует «битые» полоски.Второе ограничение связанно с температурой использования. В большинстве случаев у пикселей, что управляются только по одному проводу «DATA», к примеру, WS2812B — нижняя температура использования -25 градусов. На практике, часто от -15 градусов. Это связанно с отсутствием хорошего кварцевого блока регенерации сигнала внутри чипа. Таким образом, при низких температурах пиксель перестает корректно работать, наблюдаются «сверчки» и т.п. до полного отсутствия картинки. Другое дело — чипы с синхронизацией: WS2801, LPD6803, к примеру. Здесь имеется хорошая регенерация сигналов по уровням, по времени — регенерация не нужна, поскольку имеется линия синхронизации. Рабочая температура в этом случае от -40 градусов. Но и стоят эти чипы вдвое дороже. Третье ограничение — глубина цвета. Рисунок ниже демонстрирует экраны собранный на чипах WS2801. Не вооруженным глазом заметно, что экран с фоном засвечен. Низкие уровни градиента «умные пиксели» (WS2812, WS2801 и т.п. практически все) не способны воспроизводить так, как это делают современные экраны. Это связанно с низкой разрядностью интегрированного в чип PWM генератора (всего 8 бит на канал) и как следствие – отсутствие полноценной гамма коррекции. Проще говоря, светодиод светит слишком ярко, когда хочется совсем чуть-чуть и ничего с этим нельзя поделать. Ощутимым минусом, во всяком случае для меня, было отсутствие хорошего софта подготовки и конвертирования анимации, непосредственно для вывода на «железки». Это явилось четвертым ограничением. Поначалу я использовал софт «LedEdit». «LedEdit» обеспечивает возможность создания и редактирования видео анимации, захвата и последующего конвертирования на «железо». Но использовать этот софт я могу только совместно с их контроллерами. Также я выявил большие недостатки софта «LedEdit» в плане качества видео захвата и стабильности обработки кадров. Поскольку в этой теме я был очень заинтересован и обладал неплохими знаниями в области программирования, в том числе микроконтроллеров, я написал свой «граббер» видео с последующей конвертацией на «пиксели». Идею объединить в одной программе возможности создания и конвертирования анимации я сразу отложил, поскольку это не профессиональный подход. Анимацию нужно создавать и редактировать в специализированных программах, к примеру, я выбрал FREE программное обеспечение «Jinx!». На выходе ПО «Jinx!» можно получить открытый бинарный файл *.out представляющих битовое представление данных прямоугольной матрицы из пикселей для каждого кадра. Теперь дело остается за немногим: сопоставить прямоугольную матрицу из данных для каждого кадра с реальным расположением «умного пикселя» на пиксельном поле и произвести граб анимации. Так у меня родилось FREE программное обеспечение «LS Terminal». Сейчас ПО «LS Terminal» позволяет работать с большинством видео форматов *.avi, *.flv и д.р., использовать десятки портов, качественно обрабатывать видео захват для десятков тысяч «умных пикселей» расставленных по полю пользователем. Для обработки и визуализации видео я использовал библиотеки OpenCV и OpenGL. Выгрузку данных на «умные пиксели» осуществляю посредством микроконтроллера, который считывает данных с SD карты. В целом, я привел все основные недостатки «умных пикселей» и если их вынести за скобки, то мы можем увидеть десятки тысяч реализованных проектов. Вот некоторые из них выполненные с помощью моего граббера видео: — для LED костюмов: — WS2815 VS WS2813 — APA102 vs SK9822 — Барабанное шоу — в этом объекте несколько тысяч «умных пикселей» WS2801: 04.07.2013<center>

Структурная блок-схема LED PIXEL

Основной сферой применения пикселей данного типа является:

• светодиодные полно-цветные динамические вывески любой сложности и геометрии,
• динамические логотипы любой сложности,
• использование пикселей, как динамического источника света для воплощения дизайнерских идей (подсветки акриловых панелей, льда, матовых бутылок и тд.)

Способ крепления: в отверстие диаметром 11,8 мм, это дает возможность устанавливать не только на плоские поверхности, но и на криволинейные (сфера, колонны и т.д.).

Основные достоинства данных пикселей:

• высокая яркость,
• высокая степень защиты IP65,
• простота монтажа,
• возможность демонтажа и повторного применения.

Недостатки:

• длина корпуса пикселя.

Основными факторами, влияющими на «эффектность» проекта в целом является:

1. Количество пикселей в проекте и шаг установки пикселя.

Это основной критерий, который наиболее влияет на «бюджет» проекта. Вполне логично, что чем больше пикселей в инсталляции, тем более привлекательной и уникальной будет ваш проект. Поэтому предлагаем два основных типа применения данного типа светодиодного пикселя.

<center>

Рис.1 — Установка по контуру

Для такого типа применения рекомендуемый шаг пикселя (17- 25мм)

<center>

Рис. 2 — По площади

Для применения рекомендуемый шаг пикселя (20 — 50мм)

Шаг пикселя напрямую влияет на комфортную дистанцию для просмотра эффектов.

Основное правило для выбора шага пикселя:

• 15 мм — комфортное расстояние просмотра более 10 метров,
• 25 мм — комфортное расстояние просмотра более 22 метров,
• 50 мм — комфортное расстояние просмотра более 45 метров.

В ряде случаев перед пикселями на небольшом расстоянии устанавливается дополнительный светорассеивающий элемент (лист матового акрила) для уменьшения эффекта «точек».

2. «Качество» написания эффектов.

Эффектность восприятия проекта напрямую зависит от сложности и длительности программы. Применение стандартных «встроенных переливалок и дождиков» не делает ваш проект уникальным. Для создания оригинального проекта необходимо потратить время на создание уникальной и неповторимой анимации (видео контента). ПО контроллеров позволяет импортировать (захватывать) анимацию низкого разрешения (GIF, AVI и т.д.), созданную другим программным обеспечением. Это дает возможность создать анимацию (светодинамику) любой сложности.

Электрическое подключение.

Пиксели подключаются последовательно с помощью 4-проводного шлейфа, где два провода — питание 5VDC и два провода — цифрового интерфейса SPI (DAT и CLK). Пиксели поставляются в виде гирлянд по 50шт. с разъемами на концах.

Максимальный шаг установки 80мм (без удлинения), его можно увеличить, разрезав стандартный кабель и удлинив его на необходимое расстояние (до 1.5 метров).

Так как пиксели управляются по цифровому протоколу SPI (DAT), который изначально не защищен от электромагнитных помех, увеличение длины между пикселями может привести к полному отказу системы или периодическим «промаргиваниям».

На длинный кабель могут влиять различные факторы:

• сопротивление провода (Второй закон Ома никто не отменял).
• частота сигнала CLK. Чем выше частота CLK, тем меньше удлинение можно выполнить.
• электромагнитные помехи. Наличие в непосредственной близости силового кабеля или приемо-передающей антенны может привести к непредсказуемому результату.

Если все же удлинять пришлось, рекомендуем следующее:

• снизить частоту сигнала CLK до минимально возможного значения.

Внимание:

уменьшение частоты приведет к уменьшению скорости перерисовки анимации.

• для удлинения применять 8 жильный кабель типа «витая пара» в экране (UTP – интернет кабель). Для питания использовать по 3 провода, на сигналы DAT и CLK по одному. Экран соединить с минусом (GND). Причем провода DAT и CLK должны быть «свиты» относительно GND по отдельности.

<center>

Подключение светодиодов к контроллеру по витой паре при удалении от 5 и более метров.

Схема соединения UTP кабеля на примере контроллера ML-4096

Ниже приведена схема проекта с использованием нескольких блоков питания.

<center>

Если блок питания рассчитан на участок из 4-6 подсистем, то каждый отрезок из двух модульных систем нужно запитать с двух сторон. Плюсовой провод разрывается перед новым участком модулей с блоком питания.

<center>

Схема проекта с использованием мощного блока питания.

Внимание: Шина блока питания 5V должна выдержать нагрузку: 3A на 50 модулей.

Используйте медный провод с сечением, исходя из расчета 1,5- 2,5 мм на 200 модулей, в зависимости от расстояния до пикселей (не более 40-50 см). При значительном удалении блока питания от 1 метра и более необходимо закладывать в расчет провод большего сечения от 4 кв. мм. для компенсация падения напряжения под нагрузкой, омических (резистивных) потерь в проводе.

• Пиксели подключаются в виде непрерывной гирлянды, в зависимости от используемого контроллера.
• Питание 5VDC необходимо «подводить» через каждые 50 пикселей.
• Если последний отрезок пикселей менее 25 шт., то питание на конец гирлянды можно не подводить.
• Если в проекте используется несколько блоков питания, то в месте перехода гирлянды на другой блок питания шина 5V разрывается.
• Провода последнего пикселя обязательно заизолировать друг от друга.
• Для стационарных уличных конструкций рекомендуем обрезать разъемы на концах гирлянды, провода соединять методом спаивания и изолирования термоусаживаемой трубкой.

При использовании штатныx коннекторов обязательно пролить каким-нибудь герметиком (например, силиконом, горячим клеем и т.д.). Короткое замыкание в соединениях, с учетом реальных уличных условий, совсем ни к чему.

Пиксель по шине управления имеет «вход» и «выход», указаны в виде гравировки стрелками на корпусе пикселя. Все RGB LED пиксели подключаются от выхода к входу. Для разных пикселей определение входа и выхода различно (см. ниже).

ВАЖНО!

Вход первого пикселя подключается к котроллеру только проводами GND, DAT, CLK.

<center>

Назначение проводов пикселя ML-1PIX-IC-RGB-SF

• Цвет и назначение проводов для разных моделей пикселей может отличаться. Даже цвет шлейфа в разных «партиях» может отличаться.

На практике выбор блока питания для пиксельной системы с контроллером производится по формуле: N*0.3 – фактическая нагрузка, т.к. максимальное значение достигается на белом свечении, что очень редко.

Выбор конкретной модели контроллера зависит от общего количество пикселей в проекте. Теоретически максимальное количество пикселей ограничивается конкретной моделью LED контроллера. Если в проекте применяется многопортовый контроллер, то желательно равномерно распределить пиксели по всем портам.

Рекомендации по установке

Пиксели ML-1PIX-IC-RGB-SF устанавливаются в отверстие диаметром 11,8 мм в любом материале толщиной 2-4 мм., как на плоскость, так и на криволинейную поверхность (труба, сфера и тд.)

Типовым материалом для LED панелей является композит — «алюминий-пластик-алюминий» (любой другой сэндвич материал, монолит – зависит от ваших возможностей). Для удобства монтажа также можно сделать фаску для отверстий с монтажной стороны не более 1мм на глубину.

Монтаж пикселей производится вручную с небольшим усилием без использования какого-либо вспомогательного слесарного инструмента.

<center>

Габаритн-установочные размеры пикселей.

Общие рекомендации по монтажу пикселей:

• Пиксели монтируются в виде непрерывной гирлянды, с «подводом» питания через 50 шт. <center> Монтажная сторона конструкции также должна быть защищена от воздействий окружающей среды (дождь, снег, град и т.д.) <center>

</center>

Данные рекомендации не являются полной гарантией результата.

Часто задаваемые вопросы (FAQ).

Вопрос A. А можно на этих пикселях собрать видео экран (медиа фасад)?

Ответ. Нет в «техническом смысле этого слова». Видео экран подразумевает высокую чистоту обновления информации, не менее 25 кадров в секунду. В таких случаях используют «видео» пиксели. Несмотря на схожий состав пикселя, в них применяются дорогие высокочастотные микросхемы управления с токовой стабилизацией выходов. И используются более яркие и сбалансированные светодиоды. В медиа фасадах используются более скоростная система управления, что дает возможность обеспечить частоту перерисовки изображения на уровне более 100 кадров в секунду и воспроизведения онлайн видео.

На базе обычных RGB пикселей создать видео систему теоретически можно применив одну из стандартных систем управления видео экранов. Это накладывает ряд ограничений.

Предлагаемые нами контроллеры позволяют воспроизводить анимационный ролик, заранее записанный в память контроллера.

Вопрос B. Какие лучше — 5 или 8 битные пиксели.

Ответ. На этот ответ нет однозначного ответа. С точки зрения частоты обновления, 5 битная микросхема однозначно лучше, она на 33% быстрее.

С точки зрения кол-ва цветов, для 5 бит — 32768 цветов, для 8 бит – 16млн. — 8 битная микросхема однозначно лучше.

В пиксельной системе « MAKSILED» используется контроллер SM16716.

Технические характеристики пикселей:

Тип диода O8мм RGB диффузионный

Яркость 9 lm

Количество цветов (SM16716), 8 бит — 16 млн.(256 уровней серого на цвет).

Угол луча 90 — 120 градусов

Тип крепления — Через отверстие O11,8 мм, толщина мат. 2-4 мм

IP 65

Габариты (ДхШхВ) 40мм х 11,2мм х 11,2мм

Питание 5V DC

Мощность, максимальная 0,3 Вт (60 мА)

Тип соединения 4 проводное

Протокол SPI — DAT, тип SM16716.

</ul></center></ul></center></ul></center></center>

• 01 декабря 2016 19:17:48
• Просмотров: 3035

        Светодиодный пиксель – это светодиодное изделие, которое представляет собой печатную плату с одним светодиодом, данная плата заключается в герметичный пластиковый корпус.

Применение светодиодных пикселей.

Преимущества использования светодиодных пикселей в световых рекламных конструкциях:

• LED пиксели довольно просто и быстро монтируются в монтажные отверстия на коробе (рекламной конструкции)
• светодиодные модули имеют компактные размеры, что обеспечивает возможность использования их практически в любом дизайнерском проекте
• высококачественные светодиодные чипы излучают чистый цвет свечения, который не зависит от угла обзора
• так как светодиодные пиксели имеют маленькую мощность, LED модули (пиксели) позволят сэкономить электроэнергию и снизить затраты на блоки питания, тем самым оптимизировать затраты на конечный рекламный продукт
• при производстве светодиодных пикселей используются качественные современные материалы, благодаря которым пиксель имеет низкое тепловыделение
• срок службы светодиодных пикселей достигает 100 000 часов, что в разы больше галогеновых ламп

Крепление светодиодного пикселя на рекламную конструкцию:

Подключение светодиодных пикселей к сети 220В.

</span>← Светодиодные ленты  |  Светодиодные модули →Светодиодный пиксель LEDOKS P9-6500 4 р.Светодиодный пиксель LEDOKS P12-6500 8 р.Светодиодная лента LEDOKS PS-5050-300-W-IP65 95 р.Блок питания PVS-V12-100W67 герметичный 1 199 р.Светодиодный модуль LEDOKS LN3-8000 17 р.</span>Используемые источники:

• https://habr.com/post/305876/
• https://maksiled.ru/about/articles/rekomendatsii-po-primeneniyu-svetodiodnykh-rgb-pikseley-pikselnaya-sistema-smart-tipa-ml-1pix-ic-rgb/
• https://ledoks.ru/blog/led-pikseli/