Возможности адресной светодиодной ленты

В обычной RGB светодиодной ленте все светодиоды одинаково реагируют на сигналы контроллера, а в адресной ленте каждый светодиод получает индивидуальную команду на управление, позволяя таким образом наиболее точно подбирать оттенок, создавать особенные световые эффекты с матрицами более 16 млн цветов.

Технические особенности.

Адресная светодиодная лента – это заключенные в корпусе 5050 RGB светодиоды и микрочипы ШИМ-драйверов («ШИМ» значит работа осуществляется по принципу широтно-импульсной модуляции, то есть среднее значение тока на выходе определяется отношением ширины импульсов к периоду их следования). Самыми популярными на сегодняшний день стали адресные светодиодные ленты с микрочипами WS2811 и WS2812В.

Модель WS2811 является интегральной микросхемой (ИМС – преобразователь обработки сигнала) в корпусе DIP-8 (9,2х6,4мм) или SOP-8 (5,1х4,0мм). Данный драйвер имеет каналы вывода следующей конфигурации:

- 3 регулируемых ШИМ-выходов (красный, зеленый и синий);

- общий вход, который называется GND;

- 2 выхода передачи данных: DIN – начало ленты и DO – ее конец;

- выбор режима работы SET;

- выход на питание +5V – VDD.

В ленте WS2811 с питанием 5V перед каждым RGB-светодиодом SMD5050 расположена микросхема драйвера, токоограничивающие резисторы и конденсатор, защищающий от помех. Такие светодиодные ленты стали все реже встречаться в продаже, их заменили ленты на чипах WS2811 с питанием +12V под управлением не одного светодиода, а группы из трех штук.

После адаптации 12-вольтовой WS2811 разработчики занялись еще более совершенной моделью WS2812B, в которой ШИМ-драйвер устроен настолько компактно, что размещается непосредственно в корпусе светодиода SMD 5050. Такая унификация в строении позволила сократить количество выходов до 4:

- питание – VDD;

- выходы передачи данных DO и DIN;

- общий выход GND.

ИМС – преобразователь потребляет всего 1мкА, а максимальный ток одного адресного светодиода составляет 60 мА. Рабочие температурные диапазоны ленты WS2812B очень высоки – от -25 до +80 С, поэтому она может бесперебойно работать в совершенно разных условиях практически на грани температурных пиков.

Применение.

Благодаря своей относительно недорогой стоимости обычные LED-ленты распространены практически повсеместно, но есть области применения, с которыми их функционал не справляется. Тогда им на замену и приходят ленты, собранные на чипах WS2811 и WS2812B.

- Из них собирают полноцветные модули;

- Конструируют светильники, которые управляются по принципу «soft lights» - возможность свечения с мягким переходом от цвета к цвету и изменению яркости.

- Создают декоративную подсветку, которая в зависимости от того, как запрограммирована лента, меняет яркость и цвет в такт музыке или по специально заданному режиму.

- LED - реклама наружного типа, создание иллюминационных декораций или светодиодные инсталляции на концертах и выставках также проходят на адресных линейках.

В адресных светодиодных лентах подсветка меняет цвет и яркость по определенно заданному алгоритму. Передача данных в ленте осуществляется последовательно от сегмента к сегменту, поэтому при выходе одного из строя, остальная лента перестает светиться. Так как на сегодняшний день наибольшее распространение получила адресная светодиодная лента WS2812B, благодаря своему более современному и совершенному исполнению, именно для ее прошивки создается большое количество скетчей (программ, написанных для Arduino, на основании которых можно самостоятельно создавать световые эффекты). В свою очередь Arduino – это специальный контроллер, внутри которого записан скетч, то есть программа.

Работа с Arduino.

Именно Arduino раскрывает весь потенциал адресной светодиодной ленты, без него ее работа невозможна. Каждая адресная линейка имеет начало и конец, которые нельзя путать, на ленте направление сигнала для правильности подключения указано стрелками. Подключается WS2812B по следующему алгоритму:

- питание VDD и общий выход GND соединяются с соответствующими выводами на самой плате Arduino;

- если отрезок подсоединяемой ленты насчитывает более 13 светодиодов, необходимо использовать выносной блок питания. При этом между собой соединяются GND Arduino и «минус» блока питания;

- контакт DIN на ленте принимает данные от контроллера и соединяется с любым его цифровым портом;

- на каждом сегменте ленты расположены свои три контакта +5V, DO и GND, к которым в свою очередь также можно подключать отрезки ленты разной длины;

- ввиду того, что каждый элемент WS2812B состоит из трех светодиодов (синего, красного и зеленого), для управления их свечением необходимо по 1 байту на светодиод, то есть 3 байта на одну ячейку. В рабочем состоянии ленты каждый байт принимает значение от 0 до 255, исходя из чего в результате можно получить более 16,5 млн оттенков.

Передача данных на всех сегментах адресной светодиодной ленты WS2812B происходит следующим образом:

- ШИМ-драйвер первого сегмента забирает свои 3 байта, пропуская остальные данные на выход DO к следующим сегментам;

- между передачами данных следует пауза до 50 мкс, после чего свои 3 байта забирает следующий драйвер, и так по цепочке от одного к другому. Если пауза более 50 мкс, это означает, что цикл передачи данных прекращен.

Библиотек для работы с адресными лентами много, но самые простые и популярные: FastLED и Adafruit NeoPixel. Внутри них уже есть готовые скетчи (программы, написанные для Arduino), также на их основе несложно самостоятельно создать любые световые эффекты.

Благодаря «умному» исполнению адресных светодиодных лент и множеству решений для их программирования, на сегодняшний день они остаются универсальными для украшений частного пространства, создания гирлянд, внешнего и внутреннего украшений домов и изготовления глобальных декораций.