Адресные светодиодные ленты. Описание и схемы подключения. Различия WS2811 & WS2812.
Теория
КОМПОНЕНТЫ
- Адресуемая светодиодная лента
- Геркон
- Диод
- Зуммер
- Кнопка
- Кварцевый резонатор
- Конденсатор
- Макетная плата
- Резистор
- Реле
- Светодиод
- Светодиодные индикаторы
- Сервопривод
- Симистор
- Транзистор
ARDUINO
- Что такое Arduino?
- Среда разработки Arduino IDE
- Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
- Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)
- Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
- Визуальная среда разработки Mixly для Arduino
- Настройка поддержки чипа STM32F103C8T6 средой Arduino IDE
RASPBERRY
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ОБЫЧНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛЕНТА
Обычная светодиодная лента представляет собой ленту с напаянными светодиодами и резисторами, на питание имеет два провода: плюс и минус. Напряжение бывает разное: 5V и 12V DC и 220V AC. Для 5- и 12-вольтовых лент необходимо использовать блоки питания. Светит такая лента одним цветом, которой зависит от светодиодов. Сами светодиоды могут иметь разные размеры, наиболее популярные – SMD2835 (2.8 × 3.5 мм) и SMD5050 (5.0 × 5.0 мм).
Примеры обычных светодиодных лент:
RGB СВЕТОДИОДНАЯ ЛЕНТА
На таких лентах стоят RGB-светодиоды. Такой светодиод имеет уже 4 выхода, один общий +V (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: V+, G, R, B. Подавая питание на общий и любой из цветов, мы включаем этот цвет. Подадим на все три – получим белый, зелёный и красный дадут жёлтый, и т.п. 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, конечно, управлять такой лентой с помощью Arduino возможно. Берем три полевых транзистора, и “ШИМим их analogWrit’ом”.
Примеры RGB светодиодных лент:
 |
АДРЕСУЕМАЯ (СМАРТ) СВЕТОДИОДНАЯ ЛЕНТА
Адресуемая светодиодная лента — наиболее интересный и творческий вариант для подсветки с различными эффектами. Представляет собой ленту из адресных светодиодов, один такой светодиод состоит из RGB-светодиода и контроллера. Внутри светодиода уже находится контроллер с тремя транзисторными выходами. Благодаря такой начинке имеется возможность управлять цветом любого светодиода в ленте и создавать потрясающие эффекты. Адресуемая 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 подать питание, то ничего не произойдет, таким образом проверить ленту без управляющего контроллера невозможно. Если вы потрогаете цифровой вход ленты, то скорее всего несколько светодиодов загорятся случайными цветами, потому что вы вносите случайные помехи, которые воспринимаются контроллерами светодиодов как команды. Для управления лентой используются готовые контроллеры, но гораздо интереснее управлять такой лентой вручную, используя, например, плату Arduino/WeMos, для чего ленту необходимо правильно подключить.
Примеры адресуемых светодиодных лент:
Примеры готовых контроллеров:
 |
|
 |
|
 |
Пример светомузыки (контроллер SP106E):
ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ WS2811 и WS2812?
На данный момент наиболее популярны два вида ленты: на чипах WS2811 и WS2812. В чём их разница?
Чип WS2812 размещён внутри светодиода, таким образом один чип управляет цветом одного диода, а питание ленты – 5V.
Чип WS2811 размещён отдельно и от него питаются сразу 3 светодиода, таком образом можно управлять цветом только сегментами по 3 диода в каждом. А вот напряжение питания у таких лент составляет 12V.
ПРИМЕР ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ARDUINO ЛЕНТЫ WS2812 (5V)
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 6.3V ёмкостью 470 мкФ по питанию микроконтроллера, а также конденсатор (1000 или 2200 мкФ) на питание ленты. Ставить их необязательно, но очень желательно. Если вы заметите зависания и глюки в работе системы (Arduino + лента + другая периферия), то причиной этому может быть как раз питание.
Для прошивки будем использовать библиотеку FastLED (скачать).
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
// пример с «бегущей радугой» для библиотеки FastLED #include "FastLED.h" #define NUM_LEDS 60 // количество упр. светодиодов #define PIN 13 // пин подключения к Arduino CRGB leds[NUM_LEDS]; byte counter; void setup() { FastLED.addLeds<WS2812, PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS).setCorrection( TypicalLEDStrip ); FastLED.setBrightness(50); pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++ ) { 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 } |
ПРИМЕР ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ARDUINO ЛЕНТЫ WS2811 (12V)
Следует помнить, что в прошивке нужно указать втрое меньшее количество светодиодов, так как каждый чип на ленте WS2811 управляет тремя диодами, задаёт им один и тот же цвет!
Для прошивки будем использовать библиотеку FastLED (скачать).
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
// пример с «бегущей радугой» для библиотеки FastLED #define NUM_LEDS 50 #include "FastLED.h" #define PIN 13 CRGB leds[NUM_LEDS]; byte counter; void setup() { FastLED.addLeds<WS2811, PIN, GRB>(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 } |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 |
// пример с «бегущим сегментом» для библиотеки FastLED #include "FastLED.h" #define NUM_LEDS 144 // количество упр. светодиодов #define PIN 8 // пин подключения к Arduino CRGB leds[NUM_LEDS]; int count = 7; // количество светодиодов в сегменте void setup() { FastLED.addLeds<WS2812, PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS).setCorrection( TypicalLEDStrip ); FastLED.setBrightness(50); pinMode(8, OUTPUT); } void loop() { int j = NUM_LEDS - count; // цикл кол-ва светодиодов for (int i = 0; i < NUM_LEDS ; i++) { leds[j].setRGB(0, 0, 0); leds[i].setRGB(255, 255, 255); FastLED.show(); j++; if (j >= NUM_LEDS) j = 0; delay(10); } } |
ОТ ЧЕГО ПИТАТЬ ЛЕНТУ?
Самый простой вариант — мощный блок питания на 5V. Если имеется БП на 12V, можно взять понижающий DC-DC преобразователь и настроить его на 5V. Но часто возникает желание сделать “беспроводной” девайс с бортовым источником питания. Как быть в этом случае? Согласно даташиту на WS2812, светодиод будет работать от напряжения 3.5-5.5 В, собственно как и сама Arduino. Помним, что при питании ленты от напряжения ниже 5 В будет уменьшаться максимальная яркость. Отсюда имеем следующие варианты:
Powerbank 5V: берём провод с USB-штекером и подключаем по схемам выше. Через Arduino не питаем, не рекомендуется! Ёмкость Powerbank очень высокая. По току обычно можно снять 2-3 А.
Обычные батарейки: можно взять АА-батарейки, 3 штуки полностью заряженных (дадут 4,5 В), либо 4 штуки чуть разряженных (дадут 5.5 В). Ёмкость батареек очень небольшая. По току можно снять 1-2 А.
Никелевые аккумуляторы: имеют напряжение ~1.2 В, можно поставить 4 штуки (~4.8 В). Ёмкость сборки весьма достойная, по току можно снять 2-3 А.
Литиевые аккумуляторы: напряжение в процессе разряда меняется с 4.2 до 3.0 В, 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 А (если стоят в параллель – то с каждой).
Литиевый аккумулятор + повышающий DC-DC: отличный способ сохранить полную яркость при небольшом количестве светодиодов, почти тот же powerbank, но можно более компактно разместить.
ПОЧЕМУ НЕ РАБОТАЕТ?
- Убедитесь, что “земля” ленты соединена с “землёй” Arduino.
- Убедитесь, что сигнальный провод идёт в начало ленты (контакт DI).
- Убедитесь, что не перепутали 5V и GND.
- Цвет отдаёт в красный? Это означает, что у вас слабый БП, некачественная пайка линии питания или слишком тонкие провода питания.
- Подключили без резистора и теперь не работает даже с резистором? Пин Arduino мог выйти из строя, попробуйте подключить в другой.
КАЛЬКУЛЯТОР