Характеристики на свързване и управление на адресируемата LED лента

Използването на светодиоди в осветителните елементи предоставя на дизайнерите на оборудване почти неограничени възможности. Доскоро потребителите бяха очаровани от възможностите на устройствата, изградени на базата на трицветни излъчващи елементи (RGB). Днес се появиха нови продукти, чийто потенциал изглежда е неограничен.

Адресируеми LED ленти

Такова осветително устройство се превърна в адресна LED лента. Яркостта и съотношението на основните цветове, както в конвенционалната RGB лампа, се регулират чрез метода на широчинно-импулсна модулация, който се използва при цифров контрол на натоварването. Основната разлика между адресируемото устройство е, че всеки светоизлъчващ елемент се управлява отделно (за конвенционална лента целият сегмент от мрежата е еднакво осветен).

Възможности на адресируемата LED лента.

Адресна лента

Адресируемите светодиоди станаха основата за изграждането на такива осветителни устройства.Те съдържат действителния полупроводников светлоизлъчващ елемент и индивидуален PWM драйвер. В зависимост от вида на адресния елемент, RGB светодиодът може да бъде разположен вътре в общ корпус или да бъде изваден и свързан към изходите на драйвера. Отделни светодиоди или RGB модул могат да се използват като излъчвател на светлина. Захранващото напрежение също може да бъде различно. Сравнителните характеристики на обичайните микросхеми, използвани за управление на цветни светодиоди, са показани в таблицата.

Текущата консумация на един метър от адресната лента е доста голяма, тъй като мощността се изразходва не само за светенето на p-n преходите, но и за загубите при превключване на PWM драйверите.

Устройство на елемента на лампата

Всеки адресируем светодиод съдържа минимален брой щифтове:

• U захранване (VDD);
• общ проводник (GND);
• въвеждане на данни (DIN);
• извеждане на данни (DOUT).

Това позволява елементи с вградени емитери да бъдат поставени в пакети с 4 извода (WS2812B).

Изводи WS2812B.

Чиповете с външна LED връзка ще изискват поне още три щифта за свързване на светодиодите.В резултат на това стандартният пакет с 8 пина има един свободен крак, който разработчиците могат да използват за други нужди.

Изводи WS2818 с допълнителен изход на данни.

И така, дизайнерите на чипа WS2811 използваха свободен щифт за превключвателя на скоростта и WS2818 за въвеждане на резервни данни (BIN).

Свързване на елементи

Всички елементи, разположени върху платното, са свързани паралелно чрез захранване и последователно чрез шината за данни. Контролният изход на една микросхема е свързан към входа на друга. Сигналът за управление от контролера се подава към най-левия DIN изход според веригата на драйвера.

Схема на свързване на елементи върху платното.

По-добре е да захранвате светодиодите и микросхемите от отделно устройство, особено ако лентата се захранва от напрежение, различно от 5 V. Общият проводник на контролера и източника на напрежение трябва да бъдат свързани.

Появата на парче лента на WS2812B.

Контрол на светенето

Елементите на адресната лента се управляват чрез серийна шина. Обикновено такива шини са изградени на двупроводна верига - стробоскопска линия и линия за данни. Има и такива ленти, но са по-рядко срещани. И описаните устройства се управляват от еднопроводна верига. Това даде възможност да се опрости платното, да се намали цената му. Но това се плаща от ниската устойчивост на шум на LED устройството. Всяка индуцирана смущения с достатъчна амплитуда може да се интерпретира от водачите като данни и да светне непредвидимо. Следователно по време на монтажа трябва да се вземат допълнителни мерки за защита от смущения.

Протоколът за управление съдържа команди от 24 бита. Нула и единица са кодирани като импулси с една и съща честота, но с различна продължителност.Всеки елемент записва („закопчава“) своята команда, след пауза с определена продължителност се предава командата за следващата микросхема и така нататък по веригата. След по-дълга пауза всички елементи се нулират и се предава следващата серия от команди. Недостатъкът на този принцип на изграждане на контролна шина е, че повредата на една микросхема прекъсва предаването на команди по-нататък по веригата. Драйверите от последно поколение (WS2818 и др.) имат допълнителен вход (BIN), за да се избегне този проблем.

Прочетете също

Как да свържете адресируема LED лента WS2812B към Arduino

 

"Бягащ огън"

Отделно внимание заслужава т. нар. SPI-лента, която в ежедневието се нарича "бегов огън" заради най-разпространения светлинен ефект, който се изгражда върху нея. Разликата между такава лента и разглежданите типове е, че шината за данни съдържа две линии - за данни и за тактови импулси. За такива устройства можете да закупите комерсиално произведен контролер с набор от ефекти, включително споменатия „работящ огън“. Можете също да контролирате сиянието от конвенционални PIC или AVR контролери (включително Arduino). Предимството им е повишената устойчивост на шум, а недостатъкът е необходимостта от използване на два изхода на контролера. Това може да служи като ограничение за изграждането на сложни светлинни системи. Също така, такива устройства се характеризират с по-висока цена.

SPI лента с двупроводна контролна шина.

Схема на свързване на осветителното тяло и типични грешки

Схемата за включване на мултимедийни устройства има много общо със схемата на конвенционалните RGB осветители.Но има и разлики - за да свържете правилно адресируемата LED лента към контролера, трябва да имате предвид няколко точки.

1. Поради повишената консумация на енергия на адресната лента е невъзможно да се захранва от платката Arduino (ако се използват малки сегменти, не е желателно). В общия случай ще е необходим отделен източник за захранване (в някои случаи може да има такъв, но захранващите вериги за светодиодите и контролера трябва да бъдат направени отделно). Но често срещано проводниците (GND) на захранващите вериги и платката Arduino трябва да бъдат свързани. В противен случай системата ще бъде неработоспособна.
2. Поради намалената устойчивост на шум, проводниците, свързващи изхода на контролера и входа на мрежата, трябва да бъдат възможно най-къси. Много е желателно те да бъдат не повече от 10 см. Също така, няма да е излишно да свържете кондензатор C към електропровода за напрежение, надвишаващо захранващото напрежение на лентата, и с капацитет от 1000 микрофарада. Необходимо е да се инсталира кондензаторът в непосредствена близост до лентата, в идеалния случай върху контактни подложки.
3. Ленти от лента може обединете се последователно. Изходът DOUT трябва да бъде свързан към DIN входа на следващото парче. Но с обща дължина над 1 метър не може да се използва серийна връзка - проводниците на мрежовите електропроводи не са проектирани за висок ток. И в този случай е необходимо да се приложи паралелно свързване на сегментите.
4. Ако свържете директно изхода на контролера и DIN входа, ако възникне необичайна ситуация в осветителното тяло, изходът на контролера може да се повреди. За да се избегне това, в прекъсването на проводника трябва да се постави резистор със съпротивление до няколкостотин ома.

Неспазването на тези прости правила може да доведе до неработоспособност на мултимедийната система или до повреда на нейните компоненти.

Прочетете също

Как да свържете LED към Arduino платка

 

Проверка на изправността на адресната лента

Понякога има нужда чекове осветително тяло за изпълнение. И тук могат да възникнат проблеми, защото няма да е възможно да се запалят светодиодите чрез захранване на лентата. Също така няма да е възможно да се провери изправността с тестер: максималните възможности в този случай са да се звъни за целостта на електропроводите и връзките. Следователно основният начин за откриване на производителността на осветителното тяло е свързването му към контролера.

Ако има платно с еднопроводна контролна шина, можете да проверите адресируемата LED лента, като докоснете пръста си до контактната подложка, към която се прилага контролният сигнал (когато се подава захранване към лентата). Това може да доведе до светване на един или повече светодиода.