Особенности подключения и управления адресной светодиодной лентой

Адресные LED-ленты

Таким осветительным прибором стала светодиодная лента адресная. Яркость и соотношение базовых цветов, как и в обычном RGB-светильнике, регулируются методом широтно-импульсной модуляции, которая применяется при цифровом управлении нагрузкой. Принципиальное же отличие адресного прибора в том, что каждый светоизлучающий элемент управляется раздельно (у обычной ленты одинаково светится весь отрезок полотна).

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.

Устройство адресной ленты

Базой для построения таких осветительных приборов стали адресные светодиоды. Они содержат собственно полупроводниковый светоизлучающий элемент и индивидуальный драйвер ШИМ. В зависимости от типа адресного элемента, RGB LED может располагаться внутри общего корпуса или быть вынесенным и подключаться к выводам драйвера. В качестве светоизлучателя могут применяться раздельные светодиоды или RGB-сборка. Напряжение питания также может быть различным. Сравнительные характеристики распространенных микросхем, применяемых для управления цветными светодиодами, приведены в таблице.

Драйвер ШИМ	U питания, В	Подключение LED	Примечание	Потребляемый ток
WS2811	12-24	Внешнее	Встроенный стабилизатор напряжения на 12 В. Быстрый и медленный режимы	В зависимости от примененных LED
WS2812B	5	Встроенный	Форм-фактор LED — 5050	До 60 мА на один элемент (при максимальной яркости)
WS2813	5	Встроенный	Форм-фактор LED — 5050	До 60 мА на один элемент (при максимальной яркости)
WS2815	12	Встроенный	Форм-фактор LED — 5050	До 60 мА на один элемент (при максимальной яркости)
WS2818	12/24	Внешний	Напряжение управляющего входа – до 9 В. Дополнительный управляющий вход	В зависимости от примененных LED

Потребление тока одного метра адресной лентой довольно велико, ведь мощность расходуется не только на свечение p-n переходов, но и на коммутационные потери ШИМ-драйверов.

Как рассчитать количество адресов для ленты DMX 512

DMX (RGB)

• 1 пиксель = 3 канала DMX (RGBW) • 1 пиксель = 4 канала DMX (RGBW)

Имея разную плотность светодиодов на ленте и разную длину, вы можете умножить все это вместе и получить различные результаты.

Например:

• (8PL30) 30 светодиодов RGB / м ленты x 5 метровой катушки = 150 пикселей (150 пикселей х 3) = 450 каналов • (8PL60) 60 светодиодов RGB / м ленты x 5 метровой бобины = 300 пикселей (300 пикселей х 3) = 900 каналов • (8PL144) 144 светодиода RGB / м ленты x 2 метра = 288 пикселей (288 пикселей x 3) = 864 канала • (8PX30) 30 светодиодов RGBW / м ленты 5 м = 150 пикселей (150 пикселей x 4) ) = 600 каналов • (8PX60) 60 светодиодов RGBW / м лента x 4-метровая катушка = 240 пикселей (240 пикселей x 4) = 960 каналов

Удобно запомнить:

• 170 пикселей RGB = 510 каналов DMX = 1 вселенная DMX • 128 пикселей RGBW = 512 каналов DMX = 1 вселенная DMX

Устройство элемента светильника

Каждый адресный светодиод содержит минимальное количество выводов:

• U питания (VDD);
• общий провод (GND);
• вход данных (DIN);
• выход данных (DOUT).

Это позволяет элементы со встроенными излучателями размещать в корпусах с 4 выводами (WS2812B).

У микросхем с внешним подключением LED потребуется еще минимум три вывода для подсоединения светодиодов. В итоге у стандартного корпуса с 8 выводами остается одна свободная ножка, которую разработчики могут задействовать под другие нужды.

Цоколевка WS2818 с дополнительным выходом данных.

Так, проектанты микросхемы WS2811 задействовали свободный вывод под переключатель скорости, а WS2818 – под резервный вход данных (BIN).

Где купить?

На фото ниже изображена WS2812B, которую я купил для себя. Ее длина составляет 5 метров, а светодиоды спрятаны за водонепроницаемым силиконом. То есть ее можно спокойно оставить там, где может быть дождливо или даже пыльно.

На мой взгляд, это самый лучший тип светодиодных лент. Вы можете управлять яркостью и цветом каждого светодиода по отдельности, что позволяет делать сложные и очень красивые эффекты.

Светодиоды в ленте WS2812B подключены друг к другу последовательно. Кроме того, каждый светодиод оснащен собственным чипом, что позволяет управлять лентой через 1

-проводной интерфейс. Это значит, что вы можете управлять всеми светодиодами на ленте, используя лишь один цифровой контакт Arduino.

На фото ниже показан чип, которым оснащен каждый светодиод. Кроме того, каждый светодиод – это RGB

-светодиод.

Светодиодные ленты такого типа – очень гибкие. Их даже можно разрезать, чтобы получить куски нужной длины. На рисунке ниже видно, что лента состоит из сегментов, и каждый сегмент состоит из одного RGB

-светодиода.

Разрез нужно делать в специальном месте, которое помечено черной полоской.

На каждом конце полосы находится коннектор. Я решил отрезать коннекторы и припаять вместо них гребешковые контакты. Так удобней, если вы хотите подключить светодиодную полосу к Arduino или макетной плате.

Соединение элементов

Все элементы, расположенные на полотне, соединены по питанию параллельно, а по шине данных – последовательно. Выход управления одной микросхемы соединяется со входом другой. Управляющий сигнал с контроллера подается на вывод DIN крайнего левого по схеме драйвера.

Питание светодиодов и микросхем лучше выполнить от отдельного блока, особенно, если лента питается напряжением, отличным от 5 В. Общий провод контроллера и источника напряжения надо соединить.

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.

Управление свечением

Управляются элементы адресной ленты по последовательной шине. Обычно такие шины строятся по двухпроводной схеме – линия строба и линия данных. Существуют и такие ленты, но они получили меньшее распространение. А описываемые приборы управляются по однопроводной схеме. Это позволило упростить полотно, удешевить его. Но оплачено это низкой помехоустойчивостью LED-прибора. Любую наведенную помеху с достаточной амплитудой драйверы могут интерпретировать как данные и непредсказуемо засветиться. Поэтому при монтаже надо предпринимать дополнительные меры для защиты от помех.

Протокол управления содержит команды из 24 бит. Ноль и единица кодируются в виде импульсов одинаковой частоты, но разной длительности. Каждый элемент записывает («защелкивает») свою команду, после паузы определенной длительности передается команда для следующей микросхемы и так по цепочке. После паузы повышенной длительности происходит сброс всех элементов и передача следующей серии команд. Недостатком такого принципа построения шины управления является то, что выход из строя одной микросхемы прерывает передачу команд далее по цепочке. У драйверов последних поколений (WS2818 и т.п.) имеется дополнительный вход (BIN), позволяющий избежать данной проблемы.

Программная часть

Код и библиотеки можно скачать здесь.

SUP_v1.0Скачать

Распаковываем архив, копируем библиотеки из папки lib в папку C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries.

После чего открываем файл SUP_V1.0.ino и видим настройки:

Далее подключаем ардуино к компьютеру и заливаем код. После сообщения «загрузка завершена» можно проверять работоспособность устройства.

Короткие клики по кнопке меняют цвет ленты согласно прописанному массиву цветов, длинные нажатия увеличивают или снижают яркость поочерёдно.

Яркость регулируется для двух режимов, сработавшего датчика движения и без его срабатывания. Регулировка для каждого режима производится в том состоянии датчика в котором вы хотите отрегулировать яркость.

Это был домашний вариант подсветки, а теперь покажу вам автомобильный:

«Бегущий огонь»

Отдельного рассмотрения заслуживает так называемая SPI-лента, которую в быту называют «бегущий огонь» из-за самого распространенного светового эффекта, который на ней строят. Отличие такой ленты от рассмотренных типов в том, что шина данных содержит две линии – для данных и для тактовых импульсов. Для таких приборов можно приобрести изготовленный промышленно контроллер с набором эффектов, включая упомянутый «бегущий огонь». Также можно управлять свечением и от обычных контроллеров PIC или AVR (включая Arduino). Их преимуществом является повышенная помехозащищенность, а недостатком – необходимость задействования двух выходов контроллера. Это может послужить ограничением для построения сложных световых систем. Также для таких приборов характерна более высокая стоимость.

Что нужно еще сделать

Смотрите!!! Лента пришла в бабине, и при подключении ее к блоку питания, блок питания уходил в защиту, скорее всего это из за того, что контакты замыкали между собой и было замыкание. Так как лента открытая без изоляции. Как только раскрутил ленту, все стало нормально, поэтому обратите внимание, если блок будет уходить в защиту, то снимите ее с бабины и все будет нормально.

Если все сделали правильно, то все будет работать отлично.

Что бы сделать свет более рассеиваемым, я купил прозрачную термоусадочную трубку. Нарезал ее отрезками по 2 см и обжал кусочками каждый светодиод. Так свет стал более мягким и рассеиваемым. И к тому же можно так смело можно закатывать ленту в бабину и подключать, не боясь замыкания контактов.

Так же в этих схемах можно использовать блоки питания на 12 вольт, но подключать их через преобразователь напряжения на 5 вольт. Или использовать ленты других типов, но там нужно смотреть настройки, так как в них отличается схема работы светодиодов. И корректировки нужно вносить в прошивку. Приятных вам праздников и хорошего нового года!

Так же я подключил Arduino Nano V 3.0 с такой же прошивкой к другой адресной ленте, которую использовал в проекте цветомузыка. И получился довольно таки неплохой эффект. И из него можно тоже что то сделать. Я например приклеил ее к столу и сделал подсветку стола, смотрится так же довольно не плохо. Об этом посмотрите в видео на youtube внизу статьи.

Схема подключения светильника и типичные ошибки

Схема включения мультимедийных приборов имеет много общего со схемой обычных RGB-осветителей. Но имеются и отличия — чтобы правильно подключить к контроллеру адресную светодиодную ленту, надо иметь в виду несколько моментов.

1. Из-за повышенного энергопотребления адресной ленты запитывать ее от платы Ардуино нельзя (если используются небольшие отрезки – нежелательно). В общем случае для организации питания потребуется отдельный источник (в некоторых случаях он может быть один, но цепи питания для светодиодов и контроллера должны быть выполнены раздельно). Но общие провода (GND) цепей питания и платы Arduino должны быть соединены. В противном случае система будет неработоспособной.

2. Из-за пониженной помехоустойчивости проводники, соединяющие выход контроллера и вход полотна, должны быть как можно короче. Крайне желательно, чтобы они были не длиннее 10 см. Также далеко не лишним будет подключение на линию питания конденсатора С на напряжение, превышающее напряжение питания ленты, и емкостью от 1000 мкФ. Устанавливать конденсатор надо в непосредственной близости от ленты, в идеале – на контактных площадках.
3. Отрезки ленты можно соединять последовательно. Выход DOUT надо подключать к входу DIN следующего куска. Но при общей длине, превышающей 1 метр, последовательное соединение применять нельзя – проводники линий питания полотна не рассчитаны на большой ток. И в этом случае надо применить параллельное соединение отрезков.
4. Если соединить выход контроллера и вход DIN напрямую, при возникновении нештатной ситуации в светильнике выход контроллера может выйти из строя. Чтобы этого избежать, в разрыв провода надо поставить резистор сопротивлением до нескольких сотен Ом.

Несоблюдение этих простых правил может привести к неработоспособности мультимедийной системы или к выходу из строя ее компонентов.

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.