アドレス指定可能な LED ストリップの接続と制御の機能

照明要素に LED を使用することで、機器の開発者はほぼ無限の可能性を得ることができます。最近まで、消費者は 3 色の放射素子 (RGB) に基づくデバイスの可能性に魅了されていました。今日、アプリケーションの可能性が無限にあると思われる新製品が登場しました。

アドレス指定可能な LED ストリップ

このような照明装置は、アドレス指定可能なLEDテープになりました。デジタル負荷制御で使用されるパルス幅変調によって調整される、通常のRGB照明のように、明るさと基本色の比率。アドレス指定可能なデバイス間の主な違いは、各発光素子が個別に制御されることです (従来のストリップでは、ストリップのセクション全体から同じ光が放出されます)。

アドレス指定可能な LED テープの機能。

アドレス可能なストリップの設計

そのような照明装置の構築の基礎は、アドレス指定されたLEDです。それらには、半導体発光素子と個別のPWMドライバーが含まれています。アドレス指定可能な要素のタイプに応じて、RGB LED を共通の筐体内に配置するか、外部化してドライバーのピンに接続することができます。個別の LED または RGB アセンブリを発光体として使用できます。供給電圧も異なる場合があります。カラーLEDの駆動に使用される一般的なチップの比較特性を表に示します。

1 メートルのアドレサブル テープの電流消費は非常に高くなります。これは、電力がグロー p-n ジャンクションだけでなく、PWM ドライバーのスイッチング損失にも費やされるためです。

照明器具のデバイス要素

アドレス指定可能な各 LED には、最小数のピンが含まれます。

• U 電源 (VDD);
• 共通線 (GND);;
• データ入力 (DIN);
• データ出力 (DOUT)。

これにより、エミッタを内蔵したエレメントを4ピンのハウジング（WS2812B）に配置できます。

WS2812B ピン配列。

外部 LED 接続を備えたチップでは、LED を接続するために少なくとも 3 つのピンが必要になります。これにより、標準の 8 ピン パッケージに 1 つのスペア ピンが残り、他のアプリケーションに使用できます。

WS2818 のピン割り当てにデータ出力を追加。

たとえば、WS2811 チップの設計者は速度スイッチに空きピンを使用し、WS2818 チップは冗長データ入力 (BIN) を使用しました。

要素を接続する

キャンバス上にあるすべての要素は、電源では並列に、データ バスでは直列に接続されています。一方のチップの制御出力は、もう一方の入力に接続されます。コントローラからの制御信号は、図の左端のドライバの DIN ピンに供給されます。

キャンバス上の要素接続の図。

特にストリップに 5 V 以外の電圧が供給されている場合は、LED とマイクロ回路に別のユニットから電力を供給することをお勧めします。コントローラと電圧源の共通線を接続する必要があります。

WS2812Bのリボンの様子。

グローコントロール

アドレス指定可能なリボンの要素は、シリアル バスによって制御されます。通常、このようなバスは、ゲーティングラインとデータラインの2線方式で構築されています。そのようなリボンもありますが、あまり一般的ではありません。そして、説明されているデバイスは、単線回路によって制御されます。これにより、キャンバスを簡素化し、安価にすることができました。しかし、それは LED デバイスの低ノイズ耐性によって賄われています。十分な振幅で誘導された干渉は、ドライバーがデータとして解釈し、予期せず点灯する可能性があります。したがって、干渉から保護するために、設置中に追加の対策を講じる必要があります。

制御プロトコルには、24 ビットのコマンドが含まれます。 0 と 1 は、周波数が同じで持続時間が異なるパルスとしてエンコードされます。各要素は独自のコマンドを書き込み（「クリック」）、一定時間の一時停止の後、次のチップのコマンドが送信され、チェーンを下っていきます。延長された期間の一時停止の後、すべての要素がリセットされ、次の一連のコマンドが転送されます。この制御バス原理の欠点は、1 つの超小型回路に障害が発生すると、チェーンのさらに下にあるコマンドの送信が中断されることです。最新世代のドライバー (WS2818 など) には、この問題を回避するための追加の入力 (BIN) があります。

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「ランニングファイア」。

いわゆる SPI テープについては別途検討する必要があります。これは、家庭では、それが構築する最も一般的な光効果のために「ランニング ファイア」と呼ばれています。議論されたタイプとのそのようなテープの違いは、データバスにデータ用とクロックパルス用の2つのラインが含まれていることです。そのようなデバイスの場合、前述の「ランニングファイア」を含む一連の効果を備えた工業用コントローラーを購入できます。通常の PIC または AVR コントローラー (Arduino を含む) からグローを制御することもできます。それらの利点はノイズ耐性が高く、欠点は2つのコントローラー出力を使用する必要があることです。これは、複雑な照明システムを構築する際の制限となる可能性があります。また、これらのデバイスは、より高いコストが特徴です。

2 線式制御バスを備えた SPI テープ。

照明器具の配線図と典型的な間違い

マルチメディア デバイスの配線図は、従来の RGB ライトのスキームと多くの共通点があります。ただし、違いがあります。アドレサブル LED ストリップをコントローラーに正しく接続するには、いくつかの点に注意する必要があります。

1. アドレス可能なストリップの消費電力が大きいため、Arduino ボードから電力を供給することはできません (小さなセグメントを使用する場合は望ましくありません)。一般的には、別の電源が必要になります (場合によっては 1 つにすることもできますが、LED とコントローラーの電源回路は別にする必要があります)。しかし、一般的な 電源とArduinoボードのワイヤ（GND）を接続する必要があります.そうしないと、システムは機能しません。
2. ノイズ耐性が低下するため、コントローラの出力とウェブ入力を接続する導体はできるだけ短くする必要があります。であることが非常に望ましい。 10cm以内。 ストリップの電圧を超える電圧と1000μFの容量を持つコンデンサCを電力線に接続することも不要ではありません。コンデンサはテープに近接して、理想的には接触パッド上に取り付ける必要があります。
3. テープセクションは 接続 シリーズで。 DOUT 出力は、次のピースの DIN 入力に接続する必要があります。ただし、全長が 1 メートルを超える場合、直列接続は使用できません。ウェブの電力線の導体は大電流用に設計されていません。この場合、ピースの並列接続を使用する必要があります。
4. コントローラの出力とDIN入力を直接接続すると、照明器具に異常が発生した場合、コントローラの出力が故障する場合があります。これを避けるには、ワイヤー ギャップに最大数百オームの抵抗を配置する必要があります。

これらの単純なルールに従わないと、マルチメディア システムの誤動作やコンポーネントの故障につながる可能性があります。

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アドレス ストリップの機能の確認

時にはそれが必要です チェックする ストリップが機能するかどうかをテストする必要があります。ここでは、ストリップに電力を供給して LED を点灯させることができないため、問題が発生する可能性があります。また、テスターの機能を確認することはできません。この場合の最大の可能性は、電力線と要素間の接続の連続性をテストすることです。したがって、ランプの有用性を判断する主な方法は、ランプをコントローラーに接続することです。

単線制御バスを備えたウェブがある場合は、制御信号が適用される接触パッド (ストリップに電力が供給されている場合) に指で触れることで、アドレス指定可能な LED ストリップをテストできます。これにより、1 つまたは複数の LED が点灯する場合があります。

アドレス指定可能な LED-テープ 他の LED デバイスよりも桁違いに高いマルチメディア機能を備えています。失望や無意味な経済的損失を避けるために、管理者だけを理解し、いくつかの簡単な用語を覚えておく必要があります。