Що таке адресна світлодіодна стрічка і як вона працює

У продажу є велика різноманітність світлодіодних стрічок освітлення і підсвічування. З їх допомогою можна створювати різні світлові ефекти. Але у них є істотний недолік - вся поверхня стрічки може світитися тільки одним кольором. І це стосується всіх типів RGB-стрічок. Вибір кольору і яскравість здійснює контролер за заданим алгоритмом або вручну. Тобто реалізувати ефекти типу біжить вогню, світломузики або «еквалайзера» не вийде. Для створення таких ефектів використовують адресну світлодіодну стрічку. Як працює цей тип стрічок, ми розповімо далі.

 

Пристрій і призначення

Адресна світлодіодна стрічка - це стрічка з RGB-світлодіодами з вбудованими чіпами, для індивідуального управління параметрами світіння, що ви бачите на фото нижче.

А на наступній ілюстрації ви бачите, як світить звичайна RGB-стрічка.

Якщо в RGB-стрічці контролер керував кольором всій лінії, яка до нього підключена, то головна відмінність адресних стрічок це те, що колір і інтенсивність світіння кожного з світлодіодів в ній налаштовується індивідуально (окремо для кожного).

Де використовується такий функціонал? Насправді сфери застосування практично нескінченні:

  • індивідуальним регулюванням кожним світлодіодом дозволяє створювати великі LED-екрани, наприклад, для рекламних щитів;
  • отримання повноцінних кольорових модулів для архітектурного підсвічування;
  • оформлення вітрин, підсвічування акваріумів і басейнів.
  • створення динамічного фону для телевізорів і моніторів (як Ambilight в продукції Philips) і т.п .;

Створення світломузики, суміщеної з підсвічуванням на стелю кімнати або в салоні автомобіля.
Так як адресні стрічки дозволяють створити будь-які світлові ефекти і управляти кожним світлодіодом окремо, їх іноді називають «розумними».

Принцип роботи

У простій RGB-стрічці зазвичай встановлюються RGB-світлодіоди типу 5050, які складаються фактично з трьох кристалів (червоного, зеленого і синього) розташованих в одному корпусі.

В адресній стрічці також використовуються світлодіоди в корпусі 5050, але відрізняється тим, що у них 4, а не 6 висновків. У самому ж корпусі розташовані светоизлучающие кристали і мікрочіп, керуючий їх світінням, на ілюстрації на нього вказує червона стрілка.

З харчування все світлодіоди в стрічці з'єднані паралельно, а лінії управління з'єднуються послідовно. Терморегулятори адресному стрічки наступна: контакти + 5V і GND відповідають за харчування, контакт DO - вихід сигналу, а DI - вхід.

Система управління, або просто контролер, подає цифрові сигнали, кожен з яких містить команду з даними про яскравість кожного з квітів (червоного, синього і зеленого), таким чином формується потрібні тон і яскравість світіння. Подібно поїзду, дані передаються через кожен з сегментів стрічки від попереднього до наступного, тобто послідовно.

Найбільш поширені дві моделі з різними контролерами, це ws2812b і ws2811. Головна їхня відмінність в тому, що вироби з чіпами ws2811 харчуються від 12 Вольт, а сам чіп знаходиться не всередині світлодіода, а окремо і управляє сегментом з трьох світлодіодів. Так в моделях з ws2811 можливо управління не кожним світлодіодом, а кожним сегментом з 3 світлодіодів відразу, що дещо обмежує застосування.

Принцип управління не надто складний:

  • Сигнал управління надсилається на стрічку невеликими «пачками» цифрових імпульсів довжиною в 24 біта. Контролер приймає цей сигнал і видає на світлодіоди певну напругу для отримання потрібного кольору.
  • Нагадаю, що у випадку з WS2812b контролер вбудований в світлодіод і керуючий сигнал управляє кожним світлодіодом окремо, а у випадку з WS2811 контролер загальний для сегмента з трьох світлодіодів. Тобто можна задати параметри світіння для кожного окремого сегмента.
  • При цьому перший контролер приймає першу пачку з 24-біт, друга 24-бітна команда приймається другим чіпом і так далі. Кожна наступна 24-бітна команда посилається на кожен наступний контролер, нумерація пачок при цьому збігається з нумерацією контролерів.
  • Таким чином, керують індивідуально кожним контролером. Якщо один з блоків несправний, наприклад, другий, то горить тільки перший світлодіод. Решта світитися не будуть, тому що не буде проходити керуючий сигнал.

При створенні унікальних ефектів використовують не готові контролери, а різні мікроконтролери. До того ж в мережі багато проектів під керуванням Arduino (мікроконтролери сімейства AVR). Схема підключення до неї елементарна, на прикладі з контролерами WS2812b зображена нижче.

Але бажано подавати сигал управління через резистор номіналом в 200-400 Ом, для захисту Піна Ардуіно.

Пристрій являє програмований мікроконтролер сімейства AVR, з уже розведеною платою, харчуванням і схемою для програмування через USB. За допомогою запису в нього різних програм можна отримати необмежену кількість кольорових сполучень і чергувань. Що дозволяє створити необмежену кількість варіантів для підсвічування. Широке поширення обмежується відносно високою вартістю на відміну від звичайних діодів.

Сфера застосування

Зараз вартість цих стрічок зменшується, а популярність зростає. З затребуваністю розширюється і сфера застосування. Їх використовують для створення різних колірних ефектів типу хвиля, що біжить вогонь, різних підсвічувань для телевізора, для комп'ютера, для підсвічування материнської плати, оформлення рюкзака і т.п.

Можливість написання програм самостійно дозволяє отримати додаткові можливості переливу кольору, його мерехтіння або моргання. Можна використовувати для оформлення на вікна або для підсвічування сходів. Для більшої видовищності поєднують режими підсвічування з світломузикою.

Або створити неповторний вигляд свого будинку, закріпивши її по периметру фасаду. Промисловість випускає стрічки не тільки для використання в приміщеннях, але і для вулиці. Для цього підійдуть вироби зі ступенем захисту IP65-IP68. Часто світлодіодні стрічки застосовують для створення колірного підсвічування і в автомобілі.

Способи підключення адресному стрічки

На відміну від RGB LED, проста подача напруги на адресну стрічку ні до чого не приведе. Для перевірки працездатності необхідно спеціальне програмований пристрій.

Однак, якщо просто доторкнутися рукою до інформаційного контакту (DI), загоряться кілька перших модулів. Драйвери сприймуть наведену перешкоду, як сигнал управління.

Повністю перевірити без Ардуіно або без контролера неможливо. Для зручності підключення адресна світлодіодна стрічка має позначення початку і кінця. Стрілками вказано напрямок сигналу. Міняти місцями початок і кінець не можна. Смуга складається з 60 модулів. Невеликий відрізок (до 5 світлодіодів) можна живити і від самої плати Ардуіно, але для підключення смуги максимальної довжини, застосовують додаткове джерело живлення.

На малюнку знизу показана схема підключення блоку управління до стрічки з додатковим блоком живлення.

Як зазначалося вище, для створення необхідного світлового ефекту, застосовується Ардуіно. А також потрібна спеціальна програма, яка називається в народі «скетч». Її не складно написати своїми руками, але можна скористатися вже наявними, наприклад, скористатися проектами блогера Алекса Гайвера.

Можна підібрати необхідний скетч в інтернеті. Для цього можна скопіювати QR-код, нанесений на стрічці і за нього підібрати необхідний протокол.

Або скористатися бібліотеками. Наприклад, FastLED і Adafruit NeoPixel, всередині бібліотек є готові скетчі. На їх основі можна створити свої неповторні варіанти. Залишається лише підключити Ардуіно до комп'ютера і завантажити в пам'ять скетч. Після чого можна монтувати і включати систему підсвічування.

Висновок

Адресна світлодіодна стрічка випускається в декількох варіантах, як у вигляді звичайної стрічки, так і у вигляді жорсткий модулів у формі смуги або кола. Однак придбати можна не тільки різні адресні світлодіодні стрічки, але і Ардуіно різних модифікацій. З їх допомогою нескладно створити ефект біжить вогню, використовуючи принцип зсувного регістру.

На «аліекспресс» можна придбати світлодіоди іншого виду, з харчуванням на 12 Вольт. У них використовуються контролери WS2815 або WS2813. Якщо замість Ардуіно використовувати контролер ESP8266, управління можна здійснювати по Wi-Fi протоколу. Принцип роботи і схема підключення дана в інструкції, що додається.

Додати коментар


Захисний код
Оновити