Что такое адресная светодиодная лента

Адресная RGB лента отличается от обычной светодиодной ленты возможностью изменения цвета и яркости отдельных ламп. Но вместе с функциональностью, добавились и некоторые особенности по использованию такой ленты.

Светодиодная лента представляет собой продольную печатную плату, усиленную полимерным материалом для прочности. На ней размещаются RGB-диоды, а с одного конца подключены блок питания и управляющий контроллер. Минусом такой ленты при расположении в длину была невозможность изменения цвета и яркости отдельных ламп. Эту возможность добавили в адресной диодной ленте.

Отличия управляемой и обычной диодной ленты

Для всех подключаются в начале и действуют на все диоды одновременно. Контроллером можно регулировать яркость и цвет диодов, но все лампочки меняют эти показатели одновременно. Адресные диоды предусматривают монтаж чипа управления на каждый элемент или группу. Это позволяет изменить цвет каждой лампы в диапазоне из 256 цветов. Возможности ограничиваются только уровнем конкретного блока управления.

Управляемые ленты часто подключаются к блоку питания на 5 В параллельным методом. Усовершенствованные модели имеют соединение по 3 диода на контроллер – это позволяет использовать питание на 12 или 24 В и увеличить количество светодиодов на метр и длину всей ленты. Статичная лента загорается сразу при включении, но адресная начнет излучать свет только после управляющей команды. Также управляемые ленты имеют начало и конец платы, что учитывается при монтаже и подаче напряжения. Для определения места присоединения у платы бывают специальные стрелки, по направлению которых идет сигнал.

1. Немного об обычной RGB ленте.

RGB (Red, Green, Blue) лента — это разноцветная светодиодная лента с четырьмя контактами: R, G, B и +. Для управления этой лентой используется контроллер, который «решает» какое напряжение подать на какой канал в зависимости от цвета, который вы выбрали. Если он, например, подаст питание поровну на «синий» и «зеленый» канал, мы должны увидеть желтый. В основном RGB ленты делают на основе диодов 2835 и 5050. Однако SMD 2835 — лишь симуляция RGB, в которой красный, синий и зеленый диод чередуются и якобы получается RGB. Внешне это очень напоминает обычную гирлянду (см картинку ниже).

RGB лента на диодах 2835

Лента RGB 2835

Лента 5050 RGB при включении белого режима

Лента SMD 5050 более современна. Внутри каждого диода совмещены красный, зеленый и синий кристаллы. Контроллер подает большее или меньшее напряжение на соответствующий канал в зависимости от команды, и в итоге диоды могут светить не только красным-синим-зеленым, но и их смешением: розовым, оранжевым, фиолетовым и т.д.

Управляемая адресная светодиодная лента. Бегущий огонь. Как подключить контроллер. Address LED Strip

Принцип работы

Популярность завоевали красно-сине-зелёные светодиодные ленты, позволяющие получить до 16777216 оттенков, которые способен воспринять человеческий глаз. Каждый из светодиодов обладает собственной миниатюрной микросхемой-контроллером, позволяющей задать ему именно тот цвет свечения, который запросил пользователь. Наличие отдельного микроконтроллера возле каждого светодиода, впрочем, ведёт к значительному увеличению стоимости такой ленты.

Общие контакты для подключения ленты – не более 4, но не менее 3. Один общий контакт – «масса» – служит заземлением на корпус драйвера. Второй – подаёт положительное напряжение питания в 5 вольт. Третий (и четвёртый) – посылает программные сигналы от общей платы микроконтроллера.

Адресная лента управляется с помощью цифровых данных. Работа без общего контроллера не даст никаких результатов. В лучшем случае вы получили бы непрерывно светящиеся светодиодные триады, излучающие холодный беловатый (синюшный) свет. Если пользователь пальцем прикоснётся к цифровой шине посылке сигналов, то контроллер примет эту помеху за команду и зажжёт все светодиоды либо несколько из них. Напряжение питания на каждом сегменте составляет 5 или 12 вольт.

Передача управляющего сигнала осуществляется последовательно между всеми сегментами, а не разом. Из-за данной особенности, если вышла из строя одна микросхема, то дальше команда не пойдёт, и последующие светодиоды в этой же цепи не засветятся.

Усложнить алгоритм управления подобными лентами можно, «навесив» в схему управления дополнительные микроконтроллеры.

Обзор лент

Лентами, завоевавшими наибольшую популярность у народа, послужили сборки на основе микросхем WS2812b и WS2811. Рассчитаны они на 5 и 12 вольт соответственно.

  • Пиксельная лента на основе микросхемы WS2811 характеризуется наличием у каждого из вспомогательных контроллеров не менее 8 выходов. Три из них отвечают за красный, зелёный и синий цвета, два – обеспечивают обмен данными, один – для включения нужного режима работы, один – на питание и последний – на «массу». Более «продвинутая» версия сборки WS2811 имеет существенное отличие от своего предшественника: точечный (местный) контроллер включается сразу с тремя светодиодами, что значительно повышает дешевизну и надёжность этой модели.
  • Управление лентами на основе микросхем WS2812B осуществляется посредством отдельного контроллера, служащего программным блоком. Радиолюбители собирают подобные устройства на базе плат Arduino, применяя небольшой программный скрипт, написанный на языке программирования C++. Для повышения помехоустойчивости параллельно светодиодам – в лентах на основе любых микросхем – подключаются электролитические конденсаторы. Дополнительная особенность этой модели – точечный управляющий кристалл помещён в сборку SMD-5050, а 4 выхода подписаны как «питание», «масса», «отправка» и «приём». Запитывается она от 12 В.
  • Отличие версии WS2813 от предыдущей в данном перечне – добавочный дублирующий вывод, позволяющий передавать команды от общего контроллера далее. Это позволило избежать преждевременного выхода из строя любого из точечных контроллеров цепочки – в плане работоспособности последующих секторов ленты, расположенных за ним.

Обобщая закономерности функционирования, стоит отметить следующее. В составе смарт-лент используется ШИП-контроллер, размещённый непосредственно в корпусе SMD-светодиода. Серия 5050 располагает именно такой схемой управления. Единый блок – светоизлучающие диоды и простейший контроллер – позволяют набирать ленту любой длины на таком светодиоде. Число выводов такой сборки – от 4 до 8 на каждый светоэлемент.

Единственное – для создания 10-метровой (и более) ленты потребуются усиленные (с повышенным сечением) токоведущие выводы «питание» и «масса» – низкое напряжение заметно падает при небольшом сечении провода, чего не скажешь о высоком.

Как работает адресная светодиодная лента?

Наверное этот вопрос «как работает» очень многим покажется глупым. Ответ почти очевиден: адресная светодиодная лента состоит из множества последовательно соединенных «умных светодиодов». Это можно увидеть просто рассматривая устройство ленты. Видны отдельные микросхемы, припаянные к гибкому шлейфу, видны соединения: микросхемы соединены последовательно всего тремя проводами, при этом два из них это питание и земля. Только один провод передает данные о цвете пикселей. Как же это? Что такое «умный светодиод»?

Дальше я расскажу о протоколе передачи данных, используемом в светодиодной ленте на базе WS2812B, и, более того, я почти создам свою «микросхему светодиодной ленты» в микросхеме ПЛИС.

Итак, в ленте используется последовательная передача через один единственный сигнал данных.

Бит ноль передается, как короткий положительный импульс и пауза, которая примерно в два раза шире импульса. Бит единица передается как широкий положительный импульс и короткая пауза:

При отсутствии передачи более 50 микросекунд лента переходит в исходное состояние, готова принимать пиксели начиная с первого.

Каждые 24 бита в последовательности — это 3 байта для трех цветов RGB. Причем на самом деле последовательность будет G-R-B. Старший бит G7 идет первым.

Последовательность из первых 24х бит представляет из себя один пиксель, который получит самый первый светодиод в ленте. Пока первый светодиод не насытится он не передает данные дальше к следующему светодиоду. После того, как первый светодиод получит свою порцию из 24х бит RGB он открывает передачу следующему. Примитивно можно последовательность светодиодов представить, как каскад из кувшинов, последовательно наполняемых водой:

Заполнится первый, потом второй, потом третий и так все по очереди.

Таким образом, я считаю, что с протоколом передачи разобрались.

Можно ли попробовать самому спроектировать такой «умный светодиод»? Практического смысла в этом конечно мало, но для самообразования и расширения кругозора — задача интересная. Попробуем описать логику чипа на языке проектирования аппраратуры Verilog HDL. Конечно, это будет не настоящий дизайн микросхемы, будут ограничения. Одно из самых важных ограничений — мне для моей микросхемы будет нужен внешний тактовый генератор. В настоящем умном светодиоде такой генератор тоже есть, но он встроен уже в чип.

Модуль на Verilog начнем вот так:

module WS2812B( input wire clk, input wire in, output wire out, output reg r, output reg g, output reg b );

Здесь думаю все понятно: тактовая частота clk, входной и выходной сигналы «умного светодиода» in и out, ну и, конечно, выходные сигналы r, g, b через которые я буду управлять реальными внешними светодиодами красным, зеленым и синим.

Входной сигнал я буду захватывать в двухбитный сдвиговый регистр и по текущему состоянию в этих захваченных битах смогу определить начало положительного фронта сигнала in:

Кроме этого, важно определить состояние сброса ленты, когда управляющий контроллер выдерживает паузу перед началом новой передачи:

Дальше, от положительного фронта in_pos_edge нужно выдержать некоторую паузу, чтобы получить момент фиксации нового бита:

Количество уже принятых бит в чипе считаем так:

Здесь вводится еще важный сигнал pass, который как раз и определяет перенаправление входного потока на выход. После принятия 24х бит пикселя сигнал pass устанавливается в единицу:

На выход out мультиплексируются входные данные, когда сигнал pass_final в единице.

Ну и, конечно, нужен сдвиговый регистр, где накапливаются принятые 24 бита пикселя:

По приему всех 24х бит они переписываются в итоговый так же 24х битный регистр.

Теперь остается дело за малым. Нужно реализовать ШИМ (Широтно Импульсную Модуляцию) сигнала для передачи яркости реальным внешним светодиодам согласно принятым байтам RGB:

Вот кажется и все.

Остается маленькая деталь — как это все испытать?

Я взял несколько простых плат с ПЛИС MAX II (это платы серии Марсоход) и прошил их все проектом с вот этим Verilog кодом. На платах уже было 8 светодиодов, но они были все желтые. На каждой из плат я заменил 3 светодиода на R, G, B. Платы соединил последовательно и более того подключил их к настоящей светодиодной ленте. Таким образом, я удлинил настоящую ленту своими самодельными светодиодами.

Получилось вот такое соединение:

В реальности это выглядит вот так:

Теперь, подавая на ленту некоторое изображение я вижу, что мои «умные светодиоды» ведут себе точно так же, как и настоящие из ленты:

Получается, что реализованная мною в ПЛИС логика вполне работоспособна! Я смог в первом приближении сделать нечто похожее на реальный чип «умного светодиода».

Вообще, мне нравятся светодиодные ленты. На их основе каждый может изобрести что-то свое: интеллектуальное освещение, экраны, амбилайт эффекты. Однажды я даже реализовал цветомузыку на светодионой ленте под управлением FPGA. Но это уже другая история.

  • fpga
  • светодиодная лента
  • реверс-инжиниринг
  • verilog
  • FPGA
  • Программирование микроконтроллеров
  • Схемотехника

Тип адресной светодиодной ленты?

Адресные светодиодные ленты делятся на две основные категории: Адресная светодиодная лента DMX512 и Адресная светодиодная лента SPI.

Адресная светодиодная лента DMX512

DMX512 расшифровывается как цифровое мультиплексирование 512. Это означает, что 512 каналов управляются в цифровом виде через 1 кабель передачи данных. DMX512 — это стандарт для сетей цифровой связи, которые обычно используются для управления освещением и эффектами. Первоначально он был задуман как стандартизированный метод управления диммерами сценического освещения, которые до DMX512 использовали различные несовместимые проприетарные протоколы.

Общие модели ИС с адресуемой светодиодной лентой SPI с функцией возобновления точки останова: WS2813, WS2815B, CS2803, CS8812B, WS2818, TM1914, CS8208
Общие модели ИС с адресной светодиодной лентой SPI без функции возобновления точки останова: WS2812B, SK6812, SK9822, APA102, WS2801, WS2811, UCS1903, TM1814, TM1812, CS6816, CS6814, LPD8806

Распространенные модели микросхем с тактовым каналом: SK9822, APA102, WS2801, LPD8806.
Общие модели микросхем без тактового канала: WS2812B, WS2813, WS2815B, SK6812, CS2803, CS8812B, WS2811, WS2818, UCS1903, TM1814, TM1914, TM1812, CS8208, CS6816, CS6814

Скачать спецификацию ИС

Светодиоды Плотность

Плотность светодиодов относится к количеству светодиодов на один метр адресных светодиодных лент. Чем выше плотность светодиодов, тем более равномерный свет, выше яркость и отсутствие световых пятен.

Ранг IP

IP-код или код защиты от проникновения определяется в стандарте IEC 60529, который классифицирует и оценивает степень защиты, обеспечиваемую механическими и электрическими корпусами, от проникновения внутрь, пыли, случайного контакта и воды. Он опубликован в Европейском Союзе CENELEC как EN 60529.

Если вам необходимо установить адресные светодиодные ленты на открытом воздухе, вам необходимо использовать адресные светодиодные ленты со степенью защиты IP65 или выше. Однако для установок, которые погружаются в воду на короткое время, более безопасным будет IP67 или даже IP68.

Как подключить адресную светодиодную ленту?

Прежде чем управлять адресной светодиодной лентой DMX512, вам необходимо использовать «программу записи адреса», предоставленную производителем ИС, для установки адреса dmx512 в ИС DMX512. Вам нужно только один раз установить адрес dmx512, и микросхема DMX512 сохранит данные, даже если питание отключено. Пожалуйста, проверьте, как установить адрес dmx512 видео ниже:

Адресная светодиодная лента с внешней микросхемой SPI

Адресная светодиодная лента с тактовым каналом SPI IC

С функцией возобновления передачи с прерыванием Адресная светодиодная лента SPI IC

Схема подключения адресной светодиодной ленты DMX512

Нажмите здесь чтобы проверить высококачественную схему подключения DMX512 в формате PDF

Адресная светодиодная лента SPI со схемой подключения только канала данных

Светодиодная лента с адресацией SPI и только каналом данных и каналом синхронизации

Адресная светодиодная лента SPI с каналом только данных и каналом возобновления перерыва

Как управлять адресной светодиодной лентой?

Вы можете управлять адресными светодиодными лентами dmx512 через контроллер dmx512 или мастер dmx512.

Точно так же вы можете управлять светодиодными лентами с SPI-адресацией через SPI-контроллер.

Разновидности SPI лент

Адресные Spi ленты «Бегущий огонь» способны создавать завораживающие световые эффекты, благодаря чему хорошо привлекают внимание. Это объясняет их популярность и широкую сферу применения. В зависимости от дизайнерской идеи такие LED ленты устанавливают по отдельности или в комплектах.

«Бегущий огонь» часто используется при создании световых композиций, которые должны притягивать взгляд к рекламным вывескам, витринам, мероприятиям и т. п. Динамические эффекты смены цветов применяют для выделения информации, акцента на разноуровневых поверхностях, создания светящихся фигур, оформления интерьера, ландшафтной декоративной подсветки и пр.

Перед тем, как выбрать светодиодную ленту «Бегущий огонь», важно точно представить условия использования. В зависимости от целей применения определяют основные параметры подсветки:

  • напряжение – 5, 12, 24 В;
  • цвет свечения – обычно в продаже представлены платы с многоцветными RGB диодами, менее популярны адресные ленты белого свечения (холодного, теплого или дневного);
  • степень защиты – имеются модификации с классом защиты от ip20 до ip66;
  • разновидность встроенного чипа – определяет функции и возможности LED-ленты.

В интернет-магазине LedRus представлен широкий выбор светодиодных лент для реализации любых проектов по созданию ярких световых эффектов. Наши сотрудники готовы проконсультировать по всем вопросам и помочь с выбором.

Управление пиксельной лентой

Существует несколько вариантов управления Spi лентой, перечислим основные из них:

  • Автоматические программы – светодиодные ленты с таким управлением могут работать в автоматическом режиме без внешних управляющих устройств. В конструкцию подсветки встроен микроконтроллер с фиксированным набором динамических эффектов, запрограммированных на заводе. Пользователю остается подключить ленту к блоку питания, и программы запустятся автоматически. Такая подсветка подходит в тех случаях, когда использование программируемого контроллера для адресной Spi ленты «Бегущий огонь» по каким-то причинам неудобно или нежелательно. Так можно организовать, например, освещение вывесок, фасадов, витрин – без лишних действий и с минимальными затратами. Память микроконтроллера может содержать до 300 программ освещения, которые чередуются между собой, привлекая внимание динамическими эффектами.
  • Spi контроллер – внешнее устройство, которое подключается к ленте для настройки и выбора программ. С его помощью можно создавать сложные системы освещения и украшать даже масштабные объекты, контролируя сразу несколько плат с диодами. Новые программы световых эффектов для контроллера можно разрабатывать на компьютере через специальное ПО и записывать на флешку или SD-карту.
  • Мастер-контроллер – управляет лентами с интерфейсом DMX-512. Такое устройство может быть заменено подключением и управлением с ПК. Можно настраивать уже установленные программы или создавать на компьютере новые.
  • Собственный контроллер, собранный с помощью ардуино – схемы сборки есть в открытом доступе. Такие системы управления обычно используются для непрофессиональной подсветки дома или других простых задач.
  • Внешний контроллер подбирается таким образом, чтобы устройство поддерживало тип микросхемы, которая используется у ленты (WS2812B, WS2811-2818, TM1804, TM1812 и др.). Перед тем, как выбрать светодиодную ленту RGB «Бегущий огонь» и контроллер, важно проверить их совместимость. Для надежности можно покупать компоненты от одного производителя, которые предусмотрены друг для друга.

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
  • Лента глючит и иногда показывает артефакты? У вас беды с питанием, читать гайд на форуме.

УПРАВЛЕНИЕ С ARDUINO

Для управления лентой можно выделить четыре библиотеки: microLED, FastLED, Adafruit NeoPixel и LightWS2812, из всех трёх рекомендую FastLED и microLED.

  • FastLED обладает гигантским набором инструментов и позволяет делать сложные эффекты, краткий гайд и частичная документация на русском языке есть на сайте набора GyverKIT.
  • microLED – моя библиотека, она гораздо проще, имеет подробнейшую документацию на русском языке, занимает меньше места в памяти Ардуино, а также обновляет ленту быстрее FastLED.

Ниже привожу примеры кода с использованием разных библиотек.

Бегущая радуга (microLED)
#define STRIP_PIN 2 // пин ленты #define NUMLEDS 100 // кол-во светодиодов #include // подключаем библу microLED < NUMLEDS, STRIP_PIN, -1, LED_WS2812, ORDER_GRB >strip; void setup() < strip.setBrightness(60); // яркость >void loop() < static byte counter = 0; for (int i = 0; i < NUMLEDS; i++) < strip.set(i, mWheel8(counter + i * 255 / NUMLEDS)); // counter смещает цвет >counter += 3; // counter имеет тип byte и при достижении 255 сбросится в 0 delay(30); // 30 кадров в секунду >
Бегущая радуга (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 >

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий