Merkmale zum Anschließen und Steuern des adressierbaren LED-Streifens

Der Einsatz von LEDs in Beleuchtungselementen bietet Gerätedesignern nahezu unbegrenzte Möglichkeiten. Bis vor kurzem waren die Verbraucher von den Fähigkeiten von Geräten fasziniert, die auf Basis von dreifarbigen strahlenden Elementen (RGB) gebaut wurden. Heute sind neue Produkte erschienen, deren Potenzial unbegrenzt zu sein scheint.

Adressierbare LED-Streifen

Ein solches Beleuchtungsgerät ist zu einem Adress-LED-Streifen geworden. Die Helligkeit und das Verhältnis der Grundfarben werden wie bei einer herkömmlichen RGB-Lampe durch das Verfahren der Pulsweitenmodulation geregelt, das in der digitalen Laststeuerung verwendet wird. Der grundlegende Unterschied zwischen den adressierbaren Geräten besteht darin, dass jedes lichtemittierende Element separat gesteuert wird (bei einem herkömmlichen Band wird das gesamte Segment der Bahn gleichmäßig beleuchtet).

Möglichkeiten des adressierbaren LED-Streifens.

Bandgerät adressieren

Adressierbare LEDs wurden zur Grundlage für den Bau solcher Beleuchtungsgeräte.Sie enthalten das eigentliche lichtemittierende Halbleiterelement und einen individuellen PWM-Treiber. Je nach Art des Adresselements kann die RGB-LED in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht oder herausgenommen und mit den Treiberausgängen verbunden werden. Als Lichtsender können separate LEDs oder eine RGB-Baugruppe verwendet werden. Auch die Versorgungsspannung kann unterschiedlich sein. Vergleichende Eigenschaften üblicher Mikroschaltkreise, die zur Steuerung farbiger LEDs verwendet werden, sind in der Tabelle aufgeführt.

Der Stromverbrauch von einem Meter durch das Adressband ist ziemlich groß, da die Leistung nicht nur für das Glühen von p-n-Übergängen, sondern auch für die Schaltverluste von PWM-Treibern aufgewendet wird.

Lampenelementgerät

Jede adressierbare LED enthält eine Mindestanzahl von Pins:

• U-Stromversorgung (VDD);
• gemeinsamer Draht (GND);
• Dateneingabe (DIN);
• Datenausgabe (DOUT).

Dadurch können Elemente mit eingebauten Emittern in 4-Pin-Gehäusen (WS2812B) platziert werden.

WS2812B Pinbelegung.

Chips mit einem externen LED-Anschluss benötigen mindestens drei weitere Pins, um die LEDs anzuschließen.Dadurch hat das Standardpaket mit 8 Pins ein freies Bein, das Entwickler für andere Zwecke verwenden können.

WS2818 Pinbelegung mit zusätzlicher Datenausgabe.

Daher haben die Designer des WS2811-Chips einen freien Pin für den Geschwindigkeitsschalter und WS2818 für den Backup-Dateneingang (BIN) verwendet.

Verbindung von Elementen

Alle auf der Leinwand befindlichen Elemente sind über die Stromversorgung parallel und über den Datenbus in Reihe geschaltet. Der Steuerausgang einer Mikroschaltung ist mit dem Eingang einer anderen verbunden. Das Steuersignal vom Controller wird entsprechend der Treiberschaltung auf den DIN-Ausgang ganz links geführt.

Schema der Verbindungen von Elementen auf der Leinwand.

Es ist besser, die LEDs und Mikroschaltkreise von einer separaten Einheit aus mit Strom zu versorgen, insbesondere wenn das Band mit einer anderen Spannung als 5 V betrieben wird. Das gemeinsame Kabel des Controllers und der Spannungsquelle muss angeschlossen werden.

Das Erscheinen eines Stücks Klebeband auf dem WS2812B.

Glühkontrolle

Die Elemente des Adressbandes werden über einen seriellen Bus gesteuert. Typischerweise sind solche Busse auf einer Zweidrahtschaltung aufgebaut – einer Abtastleitung und einer Datenleitung. Es gibt auch solche Bänder, aber sie sind weniger verbreitet. Und die beschriebenen Geräte werden von einer Eindrahtschaltung gesteuert. Dies ermöglichte es, die Leinwand zu vereinfachen und ihre Kosten zu senken. Dies wird jedoch durch die geringe Störfestigkeit des LED-Geräts erkauft. Jede induzierte Störung mit ausreichender Amplitude kann von den Fahrern als Daten interpretiert werden und unvorhersehbar aufleuchten. 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 gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Dauer kodiert.Jedes Element schreibt ("latcht") seinen Befehl, nach einer Pause von einer bestimmten Dauer wird der Befehl für die nächste Mikroschaltung übertragen und so weiter entlang der Kette. Nach einer längeren Pause werden alle Elemente zurückgesetzt und die nächste Befehlsfolge gesendet. Der Nachteil dieses Prinzips des Aufbaus eines Steuerbusses besteht darin, dass der Ausfall einer Mikroschaltung die Übertragung von Befehlen weiter entlang der Kette unterbricht. Die Treiber der neuesten Generation (WS2818 usw.) haben einen zusätzlichen Eingang (BIN), um dieses Problem zu vermeiden.

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"Laufendes Feuer"

Eine gesonderte Betrachtung verdient das sogenannte SPI-Band, das im Alltag wegen des darauf aufgebauten häufigsten Lichteffekts als „laufendes Feuer“ 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 können Sie einen handelsüblichen Controller mit einer Reihe von Effekten erwerben, einschließlich des erwähnten „laufenden Feuers“. Sie können das Leuchten auch von herkömmlichen PIC- oder AVR-Controllern (einschließlich Arduino) steuern. Ihr Vorteil ist die erhöhte Störfestigkeit, und der Nachteil ist die Notwendigkeit, zwei Reglerausgänge zu verwenden. Dies kann als Einschränkung für den Bau komplexer Lichtsysteme dienen. Außerdem zeichnen sich solche Geräte durch höhere Kosten aus.

SPI-Band mit zweiadrigem Steuerbus.

Leuchtenanschlussplan und typische Fehler

Das Schema zum Einschalten von Multimediageräten hat viel mit dem Schema herkömmlicher RGB-Beleuchtungen gemeinsam.Aber es gibt auch Unterschiede – um den adressierbaren LED-Streifen richtig mit dem Controller zu verbinden, müssen Sie einige Punkte beachten.

1. Aufgrund des erhöhten Stromverbrauchs des Adressbandes ist es unmöglich, es von der Arduino-Platine mit Strom zu versorgen (wenn kleine Segmente verwendet werden, ist dies unerwünscht). In der Regel wird eine separate Quelle für die Stromversorgung benötigt (in einigen Fällen kann eine vorhanden sein, aber die Stromkreise für die LEDs und den Controller müssen separat hergestellt werden). Aber gemein die Drähte (GND) der Stromkreise und der Arduino-Platine müssen verbunden werden. Andernfalls ist das System funktionsunfähig.
2. Wegen reduzierter Störfestigkeit sollten die Leitungen zwischen Reglerausgang und Bahneingang so kurz wie möglich gehalten werden. Es ist sehr wünschenswert, dass sie es sind nicht länger als 10 cm. Außerdem ist es nicht überflüssig, einen Kondensator C für eine Spannung, die die Versorgungsspannung des Bandes übersteigt, und mit einer Kapazität von 1000 Mikrofarad an die Stromleitung anzuschließen. Es ist notwendig, den Kondensator in unmittelbarer Nähe des Bandes zu installieren, idealerweise auf Kontaktpads.
3. Klebebandstreifen können Vereinen der Reihe nach. Der DOUT-Ausgang muss mit dem DIN-Eingang des nächsten Stücks verbunden werden. Bei einer Gesamtlänge von mehr als 1 Meter kann jedoch keine Reihenschaltung verwendet werden - die Leiter der Netzstromleitungen sind nicht für hohe Ströme ausgelegt. Und in diesem Fall ist es notwendig, eine Parallelschaltung der Segmente anzuwenden.
4. Wenn Sie den Controller-Ausgang und den DIN-Eingang direkt verbinden und eine anormale Situation in der Leuchte auftritt, kann der Controller-Ausgang ausfallen. Um dies zu vermeiden, muss im Drahtbruch ein Widerstand mit einem Widerstandswert von bis zu mehreren hundert Ohm platziert werden.

Die Nichtbeachtung dieser einfachen Regeln kann zur Funktionsunfähigkeit des Multimediasystems oder zum Ausfall seiner Komponenten führen.

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Überprüfung des Zustands des Adressbands

Manchmal besteht Bedarf Schecks Leuchte für Leistung. Und hier können Probleme auftreten, da es nicht möglich ist, die LEDs durch Zuführen von Strom zum Band zum Leuchten zu bringen. Außerdem ist es nicht möglich, die Funktionsfähigkeit mit einem Tester zu überprüfen: Die maximalen Möglichkeiten bestehen in diesem Fall darin, die Integrität der Stromleitungen und Verbindungen zu überprüfen. Daher besteht die Hauptmethode zum Erfassen der Leuchtenleistung darin, sie mit dem Controller zu verbinden.

Wenn eine Leinwand mit einem einadrigen Steuerbus vorhanden ist, können Sie den adressierbaren LED-Streifen überprüfen, indem Sie mit dem Finger die Kontaktfläche berühren, an der das Steuersignal anliegt (wenn der Streifen mit Strom versorgt wird). Dies kann dazu führen, dass eine oder mehrere LEDs aufleuchten.