Merkmale des Anschlusses und der Steuerung von adressierbaren LED-Streifen

Die Verwendung von LEDs in Leuchtelementen bietet den Designern von Geräten nahezu unbegrenzte Möglichkeiten. Bis vor kurzem waren die Verbraucher fasziniert von den Möglichkeiten der Geräte, die auf dreifarbig (RGB) leuchtenden Elementen basieren. Heute sind neue Produkte aufgetaucht, deren Einsatzmöglichkeiten unbegrenzt zu sein scheinen.

Adressierbare LED-Streifen

Ein solches Beleuchtungsgerät ist ein adressierbares LED-Band geworden. Die Regelung der Helligkeit und des Grundfarbverhältnisses erfolgt wie bei einer herkömmlichen RGB-Beleuchtung durch Pulsweitenmodulation, die in der digitalen Laststeuerung eingesetzt wird. Der Hauptunterschied zur adressierbaren Vorrichtung besteht darin, dass jedes lichtemittierende Element separat gesteuert wird (bei einem herkömmlichen Streifen wird das gleiche Licht von dem gesamten Abschnitt des Streifens ausgestrahlt).

Möglichkeiten der adressierbaren LED-Leiste.

Aufbau eines adressierbaren Streifens

Adressierbare LEDs sind die Basis für diese Beleuchtungen. Sie enthalten ein lichtemittierendes Halbleiterelement und einen individuellen PWM-Treiber. Je nach Art des adressierbaren Elements kann sich die RGB-LED in einem gemeinsamen Gehäuse befinden oder außen angebracht und mit den Treiberstiften verbunden sein. Als Lichtquelle können einzelne LEDs oder eine RGB-Baugruppe verwendet werden. Auch die Versorgungsspannung kann unterschiedlich sein. Die nachstehende Tabelle zeigt die vergleichbaren Eigenschaften gängiger Chips, die zur Ansteuerung farbiger LEDs verwendet werden.

Der Stromverbrauch von einem Meter adressierbarem Band ist recht hoch, da nicht nur für den leuchtenden p-n-Übergang Strom verbraucht wird, sondern auch für die Schaltverluste der PWM-Treiber.

Konstruktion eines Leuchtelements

Jede adressierbare LED enthält eine Mindestanzahl von Pins:

• U Versorgung (VDD);
• gemeinsame Leitung (GND);;
• Dateneingabe (DIN);
• Datenausgang (DOUT).

Dadurch können Elemente mit integrierten Emittern in 4-Pin-Gehäusen (WS2812B) untergebracht werden.

WS2812B Anschlussbelegung.

Bei Chips mit externem LED-Anschluss werden mindestens drei weitere Pins für den Anschluss der LEDs benötigt. Damit verbleibt ein 8-poliges Standardgehäuse mit einem Ersatzstift für andere Zwecke.

WS2818 Pinbelegung mit zusätzlichem Datenausgang.

So nutzen die WS2811-Chipdesigns einen freien Pin für den Geschwindigkeitsschalter und der WS2818 für den redundanten Dateneingang (BIN).

Zusammenschaltung von Elementen

Alle Elemente, die sich auf der Leinwand befinden, sind parallel an die Stromversorgung und in Reihe an den Datenbus angeschlossen. Der Steuerausgang des einen Chips ist mit dem Eingang des anderen Chips verbunden. Das Steuersignal des Controllers wird an den DIN-Pin des linken Treibers im Diagramm angelegt.

Das Verbindungsdiagramm der Elemente auf der Leinwand.

Es ist besser, LEDs und Mikroschaltungen von einem separaten Gerät aus zu versorgen, insbesondere wenn die Leiste mit einer anderen Spannung als 5 V betrieben wird. Die gemeinsame Leitung des Steuergeräts und der Spannungsquelle muss angeschlossen werden.

Das Aussehen des Streifenabschnitts auf der WS2812B.

Glühkontrolle

Die Elemente des adressierbaren Bandes werden über einen seriellen Bus gesteuert. Normalerweise sind solche Busse in einem Zweidraht-Schema aufgebaut - eine Torleitung und eine Datenleitung. Diese Bänder sind ebenfalls erhältlich, werden aber seltener verwendet. Und die beschriebenen Geräte werden durch eine Ein-Draht-Schaltung gesteuert. Dies hat es ermöglicht, das Web zu vereinfachen und billiger zu machen. Dies wird jedoch durch die geringe Störfestigkeit des LED-Geräts kompensiert. Jedes induzierte Rauschen mit ausreichender Amplitude kann von den Fahrern als Daten interpretiert werden und unvorhersehbar leuchten. Daher müssen bei der Installation zusätzliche Maßnahmen zum Schutz vor Störungen getroffen werden.

Das Steuerprotokoll enthält Befehle von 24 Bit. Null und Eins werden als Impulse mit gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Dauer kodiert. Jeder Baustein speichert (latch) seinen eigenen Befehl, nach einer Pause von bestimmter Dauer wird der Befehl für den nächsten Baustein gesendet, und so weiter in der Kette. Nach einer Pause von längerer Dauer werden alle Elemente zurückgesetzt und die nächste Reihe von Befehlen wird übertragen. Der Nachteil dieses Steuerbusprinzips ist, dass der Ausfall eines Chips die Befehlsübertragung in der weiteren Kette unterbricht. Die neuesten Generationen von Treibern (WS2818 usw.) haben einen zusätzlichen Eingang (BIN), um dieses Problem zu vermeiden.

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"Laufendes Feuer"

Gesondert betrachtet werden sollte das so genannte SPI-Band, das im Haushalt wegen des Lichteffekts, den es erzeugt, meist als "Lauffeuer" bezeichnet wird. Der Unterschied zwischen einem solchen Band und den betrachteten Typen besteht darin, dass der Datenbus zwei Leitungen enthält - für Daten und für Taktimpulse. Für solche Geräte kann ein industriell gefertigtes Steuergerät mit einer Reihe von Effekten, einschließlich des bereits erwähnten "laufenden Feuers", erworben werden. Es ist auch möglich, das Glühen mit herkömmlichen PIC- oder AVR-Controllern (einschließlich Arduino) zu steuern. Der Vorteil ist die höhere Störsicherheit, der Nachteil ist jedoch, dass zwei Reglerausgänge verwendet werden müssen. Dies kann eine Einschränkung bei der Konstruktion komplexer Beleuchtungssysteme darstellen. Außerdem sind die Kosten für diese Geräte höher.

SPI-Bändchen mit Zweidraht-Steuerbus.

Verdrahtungsplan der Leuchte und typische Fehler

Das Schema des Anschlusses von Multimediageräten hat viel mit dem Schema der üblichen RGB-Lichter gemeinsam. Aber es gibt Unterschiede - um den adressierbaren LED-Streifen richtig an das Steuergerät anzuschließen, müssen Sie einige Punkte beachten.

1. Wegen des hohen Stromverbrauchs des adressierbaren Streifens können Sie ihn nicht über das Arduino-Board mit Strom versorgen (wenn Sie kleine Segmente verwenden - nicht wünschenswert). Im allgemeinen braucht man für die Stromversorgung eine separate Quelle (in manchen Fällen kann es eine sein, aber der Stromkreis für die LEDs und den Controller muss separat hergestellt werden). Aber die gemeinsame Drähte (GND) des Netzteils und des Arduino-Boards müssen verbunden werden. Andernfalls wird das System nicht funktionieren.
2. Wegen der geringeren Störfestigkeit sollten die Verbindungsleitungen zwischen Reglerausgang und Bahneingang so kurz wie möglich sein. Es ist sehr wünschenswert, dass sie weniger als 10 cm lang. Es ist auch nicht überflüssig, einen Kondensator C an die Stromversorgungsleitung anzuschließen, dessen Spannung höher ist als die Versorgungsspannung des Gürtels und der eine Kapazität von mindestens 1000 µF hat. Der Kondensator muss in unmittelbarer Nähe des Bandes installiert werden, am besten auf den Kontaktflächen.
3. Bandabschnitte können sein Verbinden Sie die Streifen in Serie. Der Ausgang DOUT muss mit dem DIN-Eingang des nächsten Teils verbunden werden. Übersteigt die Gesamtlänge jedoch 1 m, kann die serielle Verbindung nicht verwendet werden - die Leiter der Stromleitungen sind nicht für hohe Ströme ausgelegt. In diesem Fall muss ebenfalls eine Parallelschaltung verwendet werden.
4. Wenn Sie den Ausgang des Controllers und den DIN-Eingang direkt verbinden, kann der Ausgang des Controllers ausfallen, wenn eine anormale Situation in der Leuchte auftritt. Um dies zu vermeiden, muss ein Widerstand von bis zu mehreren hundert Ohm an das Kabel angeschlossen werden.

Die Nichtbeachtung dieser einfachen Regeln kann zu Fehlfunktionen des Multimediasystems oder zum Ausfall von Komponenten führen.

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Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Adressstreifens

Manchmal ist es notwendig zur Kontrolle Manchmal muss überprüft werden, ob der Streifen richtig funktioniert. Auch hier kann es zu Problemen kommen, da es nicht möglich ist, die LEDs durch Anlegen von Strom an den Streifen zum Leuchten zu bringen. Es ist auch nicht möglich, die Funktionstüchtigkeit mit einem Prüfgerät zu überprüfen: In diesem Fall besteht die maximale Möglichkeit darin, die Durchgängigkeit der Stromleitungen und der Verbindungen zwischen den Elementen zu prüfen. Die wichtigste Methode, um festzustellen, ob die Leuchte funktioniert, besteht daher darin, sie an das Steuergerät anzuschließen.

Wenn eine Ein-Draht-Steuerleiste vorhanden ist, kann man die adressierbare LED-Leiste testen, indem man das Kontaktfeld, an dem das Steuersignal anliegt (während die Leiste unter Strom steht), mit dem Finger berührt. Dies kann zum Aufleuchten einer oder mehrerer LEDs führen.

Adressierbare LEDBand Die Multimedia-Fähigkeiten sind um eine Größenordnung höher als bei anderen LED-Geräten. Sie müssen nur die Kontrollen verstehen und sich ein paar einfache Begriffe merken, um Enttäuschungen und unnötige finanzielle Verluste zu vermeiden.