Гайд по адресной светодиодной ленте

В настоящее время существует несколько разновидностей адресных светодиодных лент, в их основе лежат разные светодиоды. Рассмотрим линейку китайских чипов под названием WS28XX.

Чип Напряжение Светодиоды на микросхеме Количество входов данных Покупка радиочастот
WS2811 12-24V 3 1 30 светодиодов, 60 светодиодов
WS2812 3.5-5.3V 1 1 30 светодиодов, 60 светодиодов, 144 светодиода
WS2813 3.5-5.3V 1 2 (не требуется) 30 светодиодов, 60 светодиодов
WS2815 9-13.5V 1 2 (не требуется) 30 светодиодов, 60 светодиодов
WS2818 12/24V 3 2 (не требуется) 60 led

Для двухконтактных лент серии WS28XX к контроллеру необходимо подключить только контакт DI, контакт BI подключать не нужно. Чтобы соединить части ленты, необходимо соединить все штырьки!

WS2811 (WS2818) и WS2812

В настоящее время популярны два типа лент: WS2812b и WS2811 (и новая WS2818). В чем заключаются различия? Микросхема WS2812 расположена внутри диода, поэтому одна микросхема управляет цветом одного диода, а питание ленты осуществляется от 5 В. Микросхемы WS2811 и WS2818 размещаются отдельно и питают по 3 светодиода одновременно, поэтому можно управлять цветом только сегментов из 3 светодиодов. Напряжение питания этих полосок составляет 12-24 В!

Гайд по адресной светодиодной лентеГайд по адресной светодиодной ленте

ЧТО ТАКОЕ АДРЕСНАЯ ЛЕНТА

Итак, это руководство посвящено адресной светодиодной ленте, я решил сделать его информативным и подробным, поэтому, когда вы дойдете до пункта «типичные ошибки и неисправности», вы сможете диагностировать и эффективно вылечить подверженную ошибкам сборку даже не читая вышеупомянутый абзац. Что такое адресная лента? Рассмотрим эволюцию светодиодных лент.

Обычная светодиодная лента — это лента со светодиодами и резисторами, припаянными к ним, источник питания имеет два провода: плюс и минус. Напряжение варьируется: 5 и 12 вольт постоянного тока и 220 переменного тока. Да, он подключен к розетке. Для полос 5 и 12 В необходимо использовать источник питания. Все они светятся одним цветом, который зависит от светодиода.

Гайд по адресной светодиодной ленте

Светодиодные ленты RGB. Эта лента оснащена светодиодами rrb (read ergabe — Red Green Blue). Этот светодиод имеет четыре выхода, один общий +12 (анод) и три минусовых (катод) для каждого цвета, т.е. внутри одного светодиода находятся три светодиода разных цветов. Соответствующими выходами полосы являются: 12, G, R, B. Подавая питание на общий 12 и любой из цветов, мы включаем этот цвет. Если мы подадим все три — получим белый цвет, зеленый и красный дадут желтый и так далее. Существуют контроллеры с пультами для таких лент, типичный контроллер представляет собой три полевых транзистора для каждого цвета и микроконтроллер, управляющий транзисторами, что дает вам возможность включить любой цвет. И, как вы уже поняли, да, управлять такой лентой очень просто с помощью arduino. Берете три полюса и ШИМируете их с помощью analogueWrit и breezy.

Гайд по адресной светодиодной ленте

Адресная светодиодная лента, вершина эволюции лент. Это лента адресуемых светодиодов, один такой светодиод состоит из RGB диода и драйвера. Да, внутри светодиода уже находится драйвер с тремя транзисторными выходами! Внутри каждого! Ну, китайцы дают задницу! С помощью этой начинки мы можем управлять цветом (т.е. яркостью r g b) каждого диода в полосе и создавать потрясающие эффекты. Планка может иметь 3-4 контакта для подключения, два из которых всегда являются силовыми (например, 5V и GND), а остальные (один или два) логическими, для управления.

Гайд по адресной светодиодной ленте

Полоса является «умной» и управляется специальным цифровым протоколом. Это означает, что если вы просто подключите питание к полосе, ничего не произойдет, т.е. вы не сможете протестировать полосу без контроллера. Если вы коснетесь цифрового входа ленты, то, скорее всего, несколько светодиодов загорятся случайными цветами, поскольку вы вносите случайный шум, который воспринимается контроллерами светодиодов как команды. Для управления полосой используются готовые драйверы, но гораздо интереснее управлять полосой вручную, используя, например, платформу arduino, к которой нужно правильно подключить полосу. И вот несколько критических моментов:

ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

1) Команды в ленте передаются от диода к диоду в поезде. Лента имеет начало и конец, направление команд в некоторых моделях указывается стрелками. Для примера рассмотрим ws2812b, у него три вывода. Два из них предназначены для питания, а третий в начале ленты называется DI (цифровой вход), а в конце — DO (цифровой выход). Лента получает команды на вывод DI! Контакт DO необходим для соединения дополнительных кусков ленты или для соединения штампов.

Гайд по адресной светодиодной ленте

2) Если в схеме возможно, что на ленту не подается 5В, но сигнал от микроконтроллера подается — лента начнет питаться от датапина. Если это произойдет, может сгореть как первый диод в полосе, так и штырь драйвера. Не перегружайте, поставьте резистор сопротивлением 200-500 Ом. Какова точность резистора? Любая точность. Какова номинальная мощность этого резистора? Любой. Да, даже 1/4.

Гайд по адресной светодиодной ленте

2.1) Если между лентой и контроллером (Arduino) большое расстояние, то есть длинные провода (длиннее 50 см), сигнальный провод и землю следует скрутить в косичку для защиты от помех, так как протокол связи ленты довольно быстрый (800 кГц), ему сильно мешают внешние помехи, а экранирование витой пары землей позволит этого избежать. Без этого вы можете обнаружить, что кассета не работает, пока вы не коснетесь сигнального кабеля рукой.

Гайд по адресной светодиодной ленте

2.2) При подключении планки к микроконтроллерам с логикой 3,3 В (esp8266, ESP32, STM32) может возникнуть проблема: планка питается от 5 В, но сигнал 3,3 В. В техническом паспорте указана максимальная разница между питанием и управляющим сигналом, если вы превысите ее, лента не будет работать или будет работать нестабильно, с артефактами. Чтобы улучшить ситуацию, вы можете:

  • Понизьте напряжение питания ленты до 4,5 В, «промышленные» блоки питания (металлические в дырочку) позволяют это сделать (у них есть ручка).
  • Поставьте на управляющий сигнал преобразователь с 3,3 В на 5 В.
  • Я также придумал очень грязный диодный трюк: вы можете запитать первый диод в полосе от более низкого напряжения через любой кремниевый диод (например, 1N4007), а остальные как обычно. На диоде падает около 0,6 В, поэтому сигнал будет проходить через ступеньку 3,3-4,4-5,0 В, и все будет работать стабильно. Для этого аккуратно отрежьте кусок пути 5 В между диодом 1 и диодом 2, подключите источник питания к последнему и диод от него к первому (см. схему №1 справа).
  • Еще один способ с нашего форума: с помощью диода «поднять» землю микроконтроллера на те же 0,6 В. Для этого установите диод между катодом GND и анодом GND микроконтроллера (см. схему №2 справа).
  • Гайд по адресной светодиодной лентеНу, а самый правильный способ — преобразование логического уровня с помощью любого PNP-транзистора:
  • Гайд по адресной светодиодной ленте

3) Самый важный момент, который почему-то все игнорируют: цифровой сигнал проходит по двум проводам, поэтому одного провода от ардуино недостаточно для его передачи. Что такое второй? GND земля. Как. Всегда соединяйте вывод GND ленты и вывод GND arduino (любой из доступных). См. два примера.

4) Мощность. Один цвет одного диода при максимальной яркости потребляет 12 миллиампер. В одном диоде три цвета, так что в общей сложности ~36 мА на диод. Предположим, у вас есть метр ленты с плотностью 60 диодов на метр, это 60*36 = 2,1 ампера при максимальной яркости белого цвета, поэтому вам нужно взять блок питания, который сможет это выдержать. Также необходимо подумать о том, в каком режиме будет работать полоса. Если это режимы радужного типа, то мощность можно принять за половину максимальной. Подробнее об источниках питания и связанных с ними глюках вы можете прочитать здесь.

Гайд по адресной светодиодной ленте

5) Продолжая тему блоков питания, хотелось бы отметить важность качества пайки точек питания (подключение кабеля к планке, подключение того же кабеля к блоку питания), а также толщину кабелей. По моему опыту, если вы хотите добиться полной яркости, вам следует использовать не менее 1,5 квадратных метров провода. Пример: на проводе мощностью 0,75 кВт на длине 1,5 метра падает 0,8 вольта при силе тока 2 ампера, что является критическим для источника питания 5 вольт. Первым признаком падения напряжения является то, что запрограммированный белый цвет не становится белым, а отдает желтым/красным цветом. Чем больше красный цвет, тем больше падение напряжения!

Гайд по адресной светодиодной ленте

6) Мерцающая лента вызывает шум в линии питания, и если лента и контроллер питаются от одного источника — шум попадает на микроконтроллер и может вызвать нестабильную работу, глюки и даже перезагрузку (если источник питания слабый). Чтобы сгладить такой шум, рекомендуется использовать конденсатор 470 мкФ 6,3 В (больший конденсатор не нужен) для питания микроконтроллера и конденсатор большего размера (1000 или 2200 мкФ) для питания полосы. Это не обязательно, но очень желательно. Если вы замечаете зависания и сбои в работе системы (Arduino + планка + другое оборудование), то в 50% случаев причина кроется в блоке питания.

Гайд по адресной светодиодной ленте

7) Слой меди на ленте не очень толстый (особенно в моделях ECO), поэтому от места подключения блока питания вдоль ленты напряжение начинает падать: чем выше яркость, тем больше просадка. Если вы хотите сделать большой и яркий кусок ленты, мощность должна быть продублирована 1,5 (или больше, нужно экспериментировать) квадратными медными проводами через каждый метр.

Гайд по адресной светодиодной ленте

КАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ

Как мы выяснили, для питания ленты необходим источник 5 В с током, достаточным для питания ленты, а именно: один цвет высококачественного светодиода при максимальной яркости потребляет 0,012 А (12 мА), соответственно целый светодиод — 0,036 А (36 мА) при максимальной яркости. У китайцев есть «китайские» полоски, которые потребляют меньше и плохо светятся. Я всегда выбираю освещение BTF (см. ссылку в начале статьи). Я понимаю, что иногда вы хотите запитать полоски напрямую от Arduino через USB, или используя встроенную плату стабилизации. Так делать нельзя. В первом случае есть риск, что сгорит защитный диод на плате Arduino (в худшем случае сгорит порт USB), во втором случае из стабилизатора на плате будет выходить синий дым. Если вы действительно этого хотите, есть два варианта:

  • Не подключайте больше светодиодов, чем 500 мА, что означает 500/32 ~ 16
  • Напишите код на основе библиотеки FastLED, в котором вы можете ограничить ток с помощью специальной функции. НО! Если контакт Din отключен от источника сигнала, существует риск случайного включения полосы, и никакие программные ограничения не спасут вас от раскаленного железа.

Вы можете спросить: в таком случае, как можно блеснуть полосатым проектом? Судя по первой фотографии, его нельзя собрать таким образом! Все просто: если прошивка не включает кассету сразу после запуска, просто сделайте это. Если он включается и есть риск перегрузки по току — подключите внешний источник питания к 5 В и GND.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ 12V ЛЕНТ

Если вы приобрели ленту микросхем WS2811/15/18, вы можете подключить ее с помощью этих двух схем. Помните, однако, что в прошивке вам придется указать в три раза больше диодов, потому что каждая микросхема на этой планке управляет тремя диодами и устанавливает их на один и тот же цвет!

ОТ ЧЕГО ПИТАТЬ ЛЕНТУ

Сетевое электропитание:

  • Сетевой адаптер 12В 2А — приобретается в России
  • Сетевой адаптер 12В 6А — приобретается в Российской Федерации
  • Адаптер питания 5V 3A — приобретается в Российской Федерации
  • Адаптер питания 5V 12A — купить в России
  • Источник питания 5В 20А — купить в РФ
  • Адаптер питания 5В 40А — купить в РФ
  • Источники питания алиэкспресс, алиэкспресс, поиск
  • Блок питания алиэкспресс, алиэкспресс, поиск

Самый простой и легкий вариант — источник питания 5 В. Если у вас поблизости есть источник постоянного тока 12 В, вы можете взять понижающий блок питания и настроить его на 5 В. Но часто возникает желание сделать «беспроводное» устройство с бортовым источником питания. Как это должно быть сделано? Согласно техническому описанию WS2812b, диод будет работать при напряжении 3,5-5,5 В, и Arduino тоже. Помните, что если питание ленты ниже 5 В, максимальная яркость будет снижена. Отсюда у нас есть следующие варианты:

  • Powerbank 5V — возьмите кабель с USB-разъемом и подключите в соответствии с приведенными выше схемами. Не подавайте питание на Arduino, этого делать нельзя. Емкость powerbank очень велика, вы и сами это знаете. Обычно можно получить ток 2 ампера, есть также 3-амперные пауэрманы.
  • Батарейки — можно взять обычные батарейки типа АА, 3 штуки полностью заряженные (дадут 4,5 вольта) или 4 штуки слегка разряженные (дадут 5,5 вольта). Емкость батарей очень мала. Вы можете получить ток 1-2 Ампера (щелочные, литиевые, сольные батарейки отправляются прямо в мусорное ведро).
  • Никелевые батареи, когда заряжены, имеют напряжение ~1,4 В, вы можете легко поставить 4 штуки (~5,5 В). Емкость довольно хорошая (до 2700 мАч), вы можете получить 2-3 Ампера тока
  • Литиевые батареи — напряжение при разряде изменяется с 4,2 до 3,0 В, поэтому вы можете питать полосу, но она будет светиться на 10-30% меньше. Также не забывайте следить за напряжением, литий боится переразряда. Емкость — вы можете поставить несколько банков параллельно, что касается тока — вы можете получить 3 ампера от обычных банков (если параллельно — то от каждого)

Здесь описаны проблемы дешевых источников питания и способы их решения.

  • Если вы используете литиевую батарею + повышающее усиление — это хороший способ сохранить полную яркость для меньшего количества светодиодов, у китайцев есть множество повышающих усилений от литиевых (3-4,2 В) до 5 В с максимальным током до 2 А. По сути, это то же самое, что и powerbank, но вы можете поместить его в более компактный корпус.

ПОЧЕМУ НЕ РАБОТАЕТ?

Убедитесь, что земля ленты соединена с землей arduino, как в SEMICON

  • Убедитесь, что сигнальный провод идет к началу ленты (контакт DI), как показано на схеме
  • Убедитесь, что 5 В и GND не перепутаны. КАК В ДОКУМЕНТЕ
  • Он красный? У вас слабый источник питания, плохая пайка линии питания или слишком тонкие провода питания.
  • Подключил без резистора, а теперь не работает даже с резистором? Контакт в arduino ослаблен, подключите другой.
  • Лента неисправна и иногда показывает артефакты? Если у вас проблема с блоком питания, прочитайте учебник на форуме.

УПРАВЛЕНИЕ С ARDUINO

Существует четыре библиотеки для управления лентой: microLED, FastLED, Adafruit NeoPixel и LightWS2812, из всех трех я рекомендую FastLED и microLED.

  • FastLED имеет огромное количество инструментов и позволяет делать сложные эффекты, краткое руководство и частичную документацию на русском языке можно найти на сайте GyverKIT.
  • microLED — моя библиотека, намного проще, имеет самую подробную документацию на русском языке, занимает меньше места в памяти Arduino и обновляет полосу быстрее, чем FastLED.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector