Характеристики на свързване и управление на адресируема LED лента

Използването на светодиоди в елементите на осветителите дава на дизайнерите на оборудване практически неограничени възможности. Доскоро потребителите бяха очаровани от възможностите на устройствата, базирани на трицветни (RGB) излъчващи елементи. Днес се появяват нови продукти, чийто потенциал за използване изглежда неограничен.

Адресируеми LED ленти

Такова осветително устройство се превръща в адресируема светодиодна лента. Яркостта и основното съотношение на цветовете, както при конвенционалното RGB-осветление, се регулират чрез широчинно-импулсна модулация, която се използва при цифровото управление на товара. Основната разлика с адресируемото устройство е, че всеки светлоизлъчващ елемент се управлява отделно (конвенционалната лента осветява по един и същи начин целия участък от лентата).

Възможности на адресируема LED лента.

Изграждане на адресируема лента

Адресируемите светодиоди са в основата на тези осветители. Те съдържат полупроводников светлоизлъчващ елемент и индивидуален ШИМ драйвер. В зависимост от вида на адресируемия елемент RGB светодиодът може да бъде разположен в общ корпус или да бъде монтиран навън и свързан към изводите на драйвера. За излъчвател на светлина могат да се използват отделни светодиоди или RGB модул. Захранващите напрежения също могат да варират. Сравнителните характеристики на обичайните чипове, използвани за управление на цветни светодиоди, са показани в таблицата по-долу.

Консумацията на ток за един метър адресируема лента е доста висока, тъй като се изразходва енергия не само за нажежаването на p-n прехода, но и за загубите при превключване на PWM драйверите.

Изграждане на елемент от осветително тяло

Всеки адресируем светодиод съдържа минимален брой изводи:

• Захранване U (VDD);
• общ проводник (GND);;
• въвеждане на данни (DIN);
• изход за данни (DOUT).

Това позволява елементите с вградени излъчватели да се поставят в корпуси с 4 извода (WS2812B).

Разпределение на изводите на WS2812B.

При чиповете с външно свързване на светодиодите ще са необходими още минимум три извода за свързване на светодиодите. По този начин остава стандартен 8-пинов пакет с един свободен пин за други приложения.

Разпределение на изводите WS2818 с допълнителен изход за данни.

Например при дизайна на чипа WS2811 се използва свободен извод за превключвателя на скоростта, а при чипа WS2818 - за излишния вход за данни (BIN).

Взаимно свързване на елементи

Всички елементи, разположени на платното, са свързани паралелно към захранването и последователно към шината за данни. Контролният изход на единия чип е свързан към входа на другия. Управляващият сигнал от контролера се подава към извода DIN на най-левия драйвер на схемата.

Диаграмата на връзките на елементите в платното.

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

Външният вид на секцията с ленти на WS2812B.

Контрол на блясъка

Елементите на адресируемата лента се управляват чрез серийна шина. Обикновено такива шини се изграждат по двупроводна схема - линия за защита и линия за данни. Тези ленти също се предлагат, но са по-рядко срещани. Описаните устройства се управляват от еднопроводна верига. Това даде възможност да се опрости мрежата, да се направи по-евтина. Но това се заплаща от ниската шумоустойчивост на светодиодното устройство. Всеки индуциран шум с достатъчна амплитуда може да бъде интерпретиран от водачите като данни и да освети непредсказуемо. Поради това по време на монтажа трябва да се вземат допълнителни мерки за защита от смущения.

Протоколът за управление съдържа команди от 24 бита. Нулата и единицата се кодират като импулси с еднаква честота, но различна продължителност. Всеки компонент записва (заключва) собствената си команда, след пауза с определена продължителност се изпраща командата за следващия чип и така нататък по веригата. След пауза с увеличена продължителност всички елементи се нулират и се прехвърлят следващите серии от команди. Недостатъкът на този принцип на изграждане на контролната шина е, че повредата на една микросхема прекъсва предаването на командите по-нататък по веригата. Последните поколения драйвери (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 трябва да се обърне на така наречената SPI-лента, която в домашни условия се нарича "бягащ огън" заради най-често срещания светлинен ефект, който изгражда. Разликата между такава лента и разглежданите типове е, че шината за данни съдържа две линии - за данни и за тактови импулси. За такива устройства може да се закупи промишлено произведен контролер с набор от ефекти, включително гореспоменатия "бягащ огън". Възможно е също така да управлявате светенето от обикновени PIC или AVR контролери (включително Arduino). Предимството е по-високата шумоустойчивост, но недостатъкът е, че трябва да се използват два изхода на контролера. Това може да бъде ограничение при изграждането на сложни осветителни системи. Тези устройства се характеризират и с по-висока цена.

SPI лента с двупроводна контролна шина.

Схема на свързване на осветителното тяло и типични грешки

Схемата за свързване на мултимедийни устройства има много общо със схемата на обичайните RGB-светлини. Но има и разлики - за да свържете правилно адресируемата LED лента към контролера, трябва да имате предвид няколко неща.

1. Поради високата консумация на енергия на адресируемата лента не можете да я захранвате от платката Arduino (ако използвате малки сегменти - не е желателно). В общия случай, за да организирате захранването, се нуждаете от отделен източник (в някои случаи той може да бъде един, но веригата за захранване на светодиодите и контролера трябва да бъде направена отделно). Но общият проводниците (GND) на захранването и на платката Arduino трябва да бъдат свързани. В противен случай системата няма да работи.
2. Поради намалената шумоустойчивост проводниците, свързващи изхода на контролера и входа на мрежата, трябва да са възможно най-къси. Изключително желателно е те да бъдат с дължина по-малка от 10 cm. Не е излишно към захранващата линия да се свърже и кондензатор С с напрежение, по-високо от захранващото напрежение на лентата, и с капацитет 1000 µF или повече. Кондензаторът трябва да се монтира в непосредствена близост до лентата, в идеалния случай върху контактните подложки.
3. Секциите на лентата могат да бъдат Свързване на лентите в серия. Изходът DOUT трябва да се свърже към входа DIN на следващия елемент. Но ако общата дължина надхвърля 1 м, серийната връзка не може да се използва - проводниците на мрежовите електропроводи не са проектирани за високи токове. В този случай трябва да се използва и паралелна връзка.
4. Ако изходът на контролера и входът DIN са свързани директно, изходът на контролера може да откаже, ако в осветителното тяло възникне необичайна ситуация. За да се избегне това, към кабела трябва да се свърже резистор с големина до няколкостотин ома.

Неспазването на тези прости правила може да доведе до неправилно функциониране на мултимедийната система или до повреда на компоненти.

Прочетете също

Как да свържете светодиод към платка Arduino

 

Проверка на изправността на адресната лента

Понякога е необходимо да да проверявате Понякога възниква необходимост да се провери дали лентата работи правилно. И тук могат да възникнат проблеми, тъй като не е възможно светодиодите да светнат чрез подаване на захранване към лентата. Също така не е възможно да се провери функционалността с тестер: максималната възможност в този случай е да се провери непрекъснатостта на захранващите линии и връзките между елементите. Затова основният начин да разберете дали осветителното тяло работи, е да го свържете към контролера.

Ако е налична еднопроводна лента за управление, е възможно да се тества адресируемата светодиодна лента, като се докосне с пръст контактната площадка, към която се подава сигналът за управление (докато лентата е под напрежение). Това може да доведе до светване на един или повече светодиоди.

Адресируем светодиодлента Има мултимедийни възможности, които са с един порядък по-високи от тези на други LED устройства. За да избегнете разочарования и ненужни финансови загуби, трябва само да разберете механизмите за управление и да запомните няколко прости термина.