Подключение обычной светодиодной ленты у большинства пользователей не вызывает особых вопросов.
А что делать, если лента у вас не простая, а адресная или цифровая? Какие особенности и отличия есть у данной ленты?
Большинство видеороликов, которыми переполнен ютуб, подробно объясняют, как ее подключить с помощью Arduino — “припаяйте провода вот к этим контактам на ардуинке, залейте мой скетч и т.д.”
А если у вас нет желания разбираться в этом вопросе и лезть в дебри программирования? 99% пользователей хотят купить готовый продукт, нажать на кнопочку и наслаждаться подсветкой.
В этом случае к своей умной ленте вам придется докупить специальный SPI контроллер.
При этом самостоятельно настроить цвета, скорость и динамические режимы можно на обычном смартфоне.
Что такое адресная светодиодная лента?
В первую очередь давайте рассмотрим, что вообще такое цифровая Led лента, как она устроена и как работает? По-другому ее еще называют адресной, умной или лентой “бегущий огонь”.
Главное отличие от обычных изделий заключается в присутствии на плате микросхем. Причем они могут быть как встроенными в сам светодиод.
Так и внешними.
Они позволяют управлять режимами работы каждого сегмента по отдельности. Таким образом можно напрямую запускать и отключать свечение любого светодиода или пикселя.
В данном случае пикселем называют ячейку из одного или нескольких светодиодов сразу (обычно по 3 штуки).
Вы сможете управлять как яркостью, так и цветом любого диода в ленте и при этом создавать совершенно потрясающие световые эффекты:
- для автомобиля
- для аквариума
- на фасаде дома
- на ёлке
Многообразие вариантов будет зависеть только от вашей фантазии.
Где можно приобрести?
Адресную светодиодную лентe без труда можно найти в любом специализированном магазине. Из проверенного варианта, отличающегося не высокими ценниками и хорошим качеством продукта, можно посоветовать интернет-магазин www.giant4.ru. Также адресную LED-ленты можно приобрести и на всем известной площадки AliExpress.com.
Чтобы избежать проблем с некачественной продукцией, при покупке товара на AliExpress стоит внимательно изучать товар и отзывы покупателей.
Отличие лент ws2812, ws2812b, ws2811
Наиболее распространенные модели со встроенными микросхемами имеют маркировку WS2812 или WS2812b. С внешними – WS2811.
Чем модель ws2812 отличается от ws2812b? Первые имеют 6 контактов (PIN) для управления, а вторые, с буковкой “b” – всего четыре.
На 2812 питание светодиода и чипа разнесены. У 2812b питание интегрированного драйвера и светодиода вынесено на один PIN (VDD).
А в чем главные отличия между ws2812b и ws2811?
- ws2812b – работает от 5v
- ws2811 – питание 12v (в 2015г прекращен выпуск последних моделей на 5в)
WS2812 управляет кластерами по одному диоду, WS2811 управляет тремя светодиодами одновременно.
Существенным недостатком диодов ws2812 является то, что если в цепочке сгорит хотя бы один из них, то все дальнейшие светодиоды, стоящие после него, тут же перестают работать.
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).
Расположение выводов 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).
Адресная лента ws2813
Поэтому прогресс не стоял на месте и позже были разработаны более совершенные ленты – ws2813 (5V), ws2815 (12V).
У таких лент добавлена четвертая дублирующая дорожка. По ней передаются данные, если какой-то из диодов сгорел и вышел из строя.
Как это работает? Сигнал в нормальном состоянии поступает на Data Input (DIN) и выходит с чипа на Data Out (DO). По такой цепочке данные проходят по всей ленте.
Когда первый чип выходит из строя и данные перестают выходить с DO, благодаря дублирующей дорожке сигнал продолжает поступать на разъем BIN.
Второй чип анализирует пропажу сигнала на DIN, но видит его наличие на BIN и продолжает работать как ни в чем не бывало.
Самое главное, чтобы при выходе из строя первого диода не произошло замыкания между VDD и GND.
Ошибка №1
Никогда не используйте подсветку на чипах типа WS2812b при съемке видео.
Если захотите снимать кино или видеоклип с такой подсветкой, то применяйте только ленту WS2813, не меньше.
Дело здесь в частоте регенерации. У старых моделей она всего 400Гц.
Для человеческого глаза это может быть и незаметно, а вот камера вам такой ошибки не простит.
Вот очень наглядный эксперимент с такими светодиодами в динамике. Подключите отрезок ленты с двумя разными чипами и попробуйте помахать ими из стороны в сторону.
Результат на пойманом стопкадре.
Надо заметить, что это всего лишь один подключенный светодиод 2812b и 2813, а не несколько их штук в одном ряду.
Подключение к блоку питания и контроллеру
Сигналы по программируемой ленте передаются от контроллера с SPI микросхемами по цифровым протоколам связи. После того, как на первый светодиод пришли 24 бита информации, данный диод переходит в режим передачи.
Все данные, которые до него доходят, транслируются на выход, то есть на следующий диод в последовательной цепочке.
Ошибка №2
Если к такой ленте напрямую подключить блок питания, работать она не будет.
В данном случае наличие контроллера обязательно.
В управляемые светодиоды нужно “загрузить” их цвета.
Кроме того, отличается и сам принцип передачи сигнала между элементами. Если присмотреться, то можно увидеть на каждой умной ленте стрелочки строго в одном направлении.
Они показывают, что управляющий сигнал будет передаваться от одного элемента к другому именно в эту сторону, а не наоборот.
Ошибка №3
Встроенные микросхемы боятся переполюсовки!
Поэтому, если вы подключаетесь не через специальные коннекторы, а методом прямой пайки, всегда проверяйте “+” и “-” (GND).
Иначе адресная светодиодная лента у вас при первом же подключении сгорит.
«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.
SPI-лента с двухпроводной шиной управления.
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.
Выбор контроллера для адресной ленты
При выборе SPI контроллера для умных лент нужно рассчитывать не на мощность подсветки, как обычно это делается, а на количество пикселей.
Данные параметр всегда указывается на корпусе изделия.
Что касается выбора мощности блока питания, то здесь ориентируйтесь на следующий показатель. Один светодиод для моделей sw2812b – это примерно 60мА при белом свете.
Считайте их общее количество в ленте, берите запас в 30% и подбирайте подходящий блок.
От блока питания провода подключаются на контроллер, а с другой стороны контроллера запитывается сама лента.
Питание можно подать и напрямую, но наличие контроллера обязательно.
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.
Теперь тайминги
Изначально на ножке стоит лог. единица. Для перевода светодиода в режим получения сигнала необходимо подать логический ноль в течение 5 мс. После этого идут биты данных: для передачи «нулевого» символа необходимо подать логическую единицу, и сразу подать логический ноль. Для передачи «единичного» символа необходимо подать логическую единицу, подождать 3 мкс и подать логический ноль. Интервал между сигналами от 6 до 20 мкс. Временные интервалы можете увидеть на осциллограммах в разных временных развертках.(рис3, рис2, рис1).
После подачи последнего информационного бита на шину необходимо подать логическую единицу. Установленные таким образом цвета будут светиться пока вы не выключите питание или не обновите цветовой рисунок новым пакетом данных.
И последний нюанс — на моей ленте при таком управлении светодиодами, если долго не отправлялись данные, и при попытке начала передачи нового пакета данных первый светодиод принимает 24 бита, дальнейшие биты начинает передавать на следующие светодиоды, но свой цвет не меняет.
Пример: имеется лента, в ленте 4 светодиода. Хочу в теории: в 1-ю секунду включить все в красный цвет, 2 сек — все светодиоды в синий цвет, 3 сек — все светодиоды в зеленый цвет. Что получается на практике: в 1-ю секунду первый светодиод не горит, 2,3,4 — горят красным, 2-я сек — первый светодиод загорается красным, 2,3,4 — горят синими, 3-я сек — первый светодиод горит синим, 2,3,4 — горят зелеными.
Пока с проблемой справился таким образом: в исходном состоянии стоит лог. единица, даю сигнал инициализации (5 мс), 24 бита — пакет данных для первого светодиода, жду 30 мкс, снова даю сигнал инициализации (5 мс), и отправляю информационные биты для всех светодиодов.
Уважаемые форумчане, не знаю, может на моих светодиодах такой глюк. А возможно пользуюсь неправильным алгоритмом для взаимодействия с светодиодами. Поэтому если кто нибудь знает почему может возникнуть такой глюк пишите в комментариях. На этом все. Всем удачи!
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.
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
