Плавное нарастание и снижение уровня тока, возможность работы со светодиодами разных производителей и с разным биннингом, программирование димминга по времени без прокладки отдельной шины управления, обеспечение стабильного светового потока по мере вырабатывания ресурса светодиодов, высокая степень защиты IP67 – все это особенности программируемых LED-драйверов производства компаний MEAN WELL и Inventronics .

При разработке светодиодного светильника инженеру приходится решать ряд задач, связанных с обеспечением требуемых светотехнических показателей, электромагнитной совместимости, теплового режима. При этом важно не забыть о доступности выбираемых комплектующих на рынке электронных компонентов. Кроме того, следует принимать во внимание экономические и технологические аспекты. Решая эти задачи, разработчик должен определить производителя и тип светодиода, а также производителя и тип вторичной оптики, рассчитать требуемое количество светодиодов. При расчете количества светодиодов необходимо подстраиваться под некое «стандартное» значение тока имеющихся на рынке блоков питания. Выбирая светодиоды, следует учитывать биннинг и его диапазон, дополнительные потери, возникающие во вторичной оптике и при нагреве светодиодного модуля. Схема включения полученного массива светодиодов должна быть такой, чтобы через светодиоды протекал заданный ток, и этот ток соответствовал бы току имеющегося или предполагаемого к применению блока питания. Получается, что разработчик, а в дальнейшем и производитель, привязаны к выбранным компонентам и их наличию на складах поставщиков в нужный момент времени. А одним из основных компонентов, на параметрах которого основан этот выбор, является источник питания или LED-драйвер.

Ситуация на рынке меняется быстро, а иногда и неожиданно. То, что было выгодно вчера, может быть невыгодно уже сегодня. В российских реалиях зачастую приходится изготавливать изделия в авральном режиме и при этом у поставщика может не оказаться требуемых компонентов. С другой стороны, на рынке всегда присутствует широкий выбор комплектующих как именитых, так и не очень известных производителей, и их продукция в данный момент времени может оказаться в наличии. Производители постоянно изменяют продуктовые линейки, улучшают параметры и/или снижают стоимость. Некоторые производители светодиодов даже имеют унифицированные типоразмеры корпусов, например, 3535 (тип производства компании Cree и похожие на них). Мы уже пришли к тому, что светодиоды и даже вторичную оптику разных производителей можно применять на конкретной печатной плате, не переделывая ее. Конечно, смена типа или производителя светодиода приведет к некоторым светотехническим изменениям (у компонентов разных производителей – различный биннинг и эффективность), но эти изменения можно было бы скомпенсировать, изменив ток блока питания. Однако если был выбран нерегулируемый блок питания, это становится невозможным. Смена имеющегося блока питания потребует проведения новых сертификационных испытаний светильника. Кроме того, нет гарантии, что эти испытания будут выдержаны.

Часто получается так, что выходной ток блока питания изменить нужно совсем немного, буквально в пределах 10…20%. В этом случае невозможна и замена блока, потому что шаг выходного тока даже в пределах одной серии существенно больше и имеет стандартное значение, а нам требуется некоторое промежуточное.

Итак, выбранный ранее на этапе разработки блок питания в будущем может оказаться сдерживающим элементом и не позволит при необходимости заменить некоторые отдельные компоненты светильника или его параметры.

Мы знаем, что есть блоки питания с возможностью подстройки, которые можно было бы выбрать еще на этапе разработки. Существует три варианта таких блоков, но насколько они удобны?

Наиболее распространены блоки питания с подстройкой внутренним потенциометром. Однако при их применении увеличивается сложность сборки светильника, поскольку требуется настройка с использованием измерительного прибора. К тому же, такие блоки питания принципиально не могут иметь степень защиты от внешних воздействующих факторов выше, чем IP65 (из-за доступа к потенциометру).

Источники питания с изменением тока посредством DIP-переключателей имеют дискретный шаг регулировки, который может не устроить разработчика. Опять же, из-за наличия подобных переключателей и необходимости доступа к ним подобные блоки применимы только внутри помещений, и для наружного освещения не подходят.

К третьему типу источников питания с подстройкой можно отнести блоки питания с функцией димминга «3-в-1» (ШИМ, 0…10 В, сопротивление). Подключением постоянного резистора ко входу управления можно понизить выходной ток до нужной нам величины (одновременно снизится и выходная мощность). При этом возможна степень защиты IP67. В целом это – неплохой вариант. Однако такая возможность димминга сопротивлением есть далеко не во всех источниках питания. Также функция димминга означает повышение стоимости изделия, а использоваться эта функция будет достаточно ограничено.

Таким образом, среди имеющихся способов подстройки выходных параметров источника питания нет идеального варианта.

В настоящее время на рынке LED-драйверов появился еще один класс источников питания – программируемые, которые наряду с возможностью изменения выходного тока предоставляют целый спектр дополнительных свойств и полезных функций, а также лишены некоторых недостатков, упомянутых выше.

Программируемые драйверы имеются в линейке продукции таких компаний как MEAN WELL (семейство ) и Inventronics (семейства , EBD ) (рисунок 1). Использование указанного класса драйверов в светильниках позволяет осуществить следующие функции:

• изменение выходного тока в диапазоне 10…100% без снижения степени защиты от внешних воздействующих факторов. Степень защиты остается на уровне IP67;
• плавное нарастание тока через светодиоды при включении светильника. Это благоприятно сказывается на надежности светодиодного модуля, особенно в зимний период;
• возможность плавного нарастания/снижения между запрограммированными уровнями тока (плавное изменение освещенности);
• компенсация «старения» светодиодов. Можно изготовить светильник с постоянным световым потоком в течение всего срока службы;
• принудительное включение в нужный момент времени светильника, работающего в режиме димминга по времени, на максимальную яркость (только MEAN WELL);
• сигнализация о выработке ресурса светильника (только MEAN WELL);
• программирование требуемых параметров внешней температурной защиты светодиодного модуля или светильника в целом, по достижении которых произойдет уменьшение выходного тока (только Inventronics);
• программирование пользователем различных профилей фиксированного и адаптивного димминга по времени (до 5 уровней тока): пропорциональный режим и режим по средней точке.

Рассмотрим подробнее некоторые из указанных выше функций.

Компенсация старения светодиодов

Светодиоды очень долговечны (50…100 тыс. часов). Принято считать окончанием ресурса работы снижение светового потока на 30%. В процессе эксплуатации световой поток светильника медленно понижается. Этот факт можно изначально учесть при программировании LED-драйвера и задать начальный ток через светодиоды более низким, например, на 20%, но повышающимся к концу срока службы до 100% (рисунок 2). Конечно, при этом следует учесть повышение потребляемой мощности светильника к концу срока службы.

Рис. 2. Скриншот интерфейса ПО от Inventronics и MEAN WELL в режиме компенсации старения светодиодов

Димминг по времени

Функция димминга очень востребована в освещении. Особенно интересна она в наружном освещении, поскольку позволяет оптимально расходовать электроэнергию. Тем более, действующий ГОСТ Р 55706-2013 «Освещение наружное утилитарное. Классификация и нормы» допускает снижение освещенности в ночное время (до 30% и до 50%) на улицах, площадях и придомовых территориях в зависимости от интенсивности движения.

Реализация возможности димирования наружного освещения требует существенных затрат. В светильниках необходимо применять только диммируемые блоки питания, и, как минимум требуется проложить линию управления этими светильниками. Используя программируемые источники питания, можно реализовать димминг без прокладки дополнительной линии управления и дополнительного контроллера, что значительно снизит общую стоимость системы освещения. Подобные блоки питания позволяют запрограммировать различные значения выходного тока в зависимости от начала времени работы светильника (рисунок 3).

Когда мы рассматриваем димминг по времени (фиксированный и адаптивные режимы), то важно понимать, что светильник сам не включается и не выключается. Включение и выключение осуществляется оператором в ручном режиме или по сигналу датчика в автоматическом режиме. Выполнение программы димминга происходит всегда с самого начала и при каждом включении.

Из рисунка 3 видно, что профиль димминга LED-драйверов производства компании Inventronics можно запрограммировать на период до 19 часов (у компании MEAN WELL в режиме фиксированного профиля – до 24 часов). Однако это не говорит о том, что через 19 часов работы светильник выключится. Светильник сам выключиться не может. Просто именно в этом промежутке можно менять выходной ток. После 19 часов работы и до момента принудительного выключения источник питания будет продолжать работать в том же режиме, в каком он работал перед окончанием периода программирования. Если не брать реалии севера, где ночь и день длятся по полгода, то для всей остальной части России данного промежутка времени (19 часов) вполне достаточно. Если же нет, то можно организовать кратковременное выключение/включение светильника по внешнему таймеру, чтобы суточный отсчет начался снова.

Наличие функции димминга по времени у компаний Inventronics и MEAN WELL носят названия “Timed dimming” и “Smart Timer Dimming”, соответственно. По функционалу и возможностям в части фиксированного и адаптивного димминга они очень схожи между собой и работают по схожему алгоритму, но есть некоторые отличия в общих возможностях.

Фиксированный димминг подразумевает, что источник питания всегда работает строго по запрограммированному профилю. Это было бы хорошо, если бы не сезонные изменения освещенности. Например, если мы запрограммируем первое снижение освещенности через 4 часа после начала работы, что соответст­вует примерно 01:00 в летний период (при условии, что включение происходит в 22:00), то в зимний период это будет соответствовать 21:00 (включение в 17:00), а в это время на улицах – интенсивное движение. Из-за сезонных изменений освещенности фиксированный режим димминга в наружном освещении использовать практически невозможно.

Более интересный и имеющий возможность практической реализации вариант – это использование адаптивного, то есть подстраивающегося к сезонным изменениям освещенности, димминга.

У обоих рассматриваемых производителей в программируемых источниках питания имеется два режима адаптивного димминга: принцип пропорциональности и самоподстройка по средней точке. При программировании источника питания интерфейс программы позволяет сделать выбор между любыми вариантами димминга.

Адаптивный димминг: принцип пропорциональности

Принцип пропорциональности обеспечивает пропорциональное изменение каждого участка запрограммированного профиля в соответствии с увеличением или уменьшением общего времени работы светильника. Предположим, что мы запрограммировали источник питания для работы в осенне-зимний период времени по профилю, показанному на рисунке 4а. Общее время работы составляет 15 часов в сутки. Здесь и далее по тексту вид профиля выбран условно.

Рис. 4. Профиль источника питания: а) запрограммированный для осенне-зимнего периода; б) перестроенный для летнего периода

При приближении к летнему периоду общее время работы светильника уменьшается. Например, включение и выключение происходит по датчику освещенности. Микроконтроллер источника питания анализирует время работы и определяет, что время нахождения источника во включенном состоянии уменьшилось. Тогда при последующем включении (на следующий день) происходит перестройка запрограммированного профиля пропорционально изменению времени работы источника.

Допустим, летом оказалось, что источник питания работает уже не 15 часов, а всего 9. Тогда его профиль перестроится и будет иметь промежутки времени, показанные на рисунке 4б. Из рисунка видно, что длительность каждого промежутка сократилась пропорционально сокращению общего времени с коэффициентом пропорциональности 9/15.

При программировании мы выбрали, что первое снижение тока должно происходить в 00:00 часов, а после перестройки это будет происходить в 00 часов 35 минут. Неточность в 35 минут вполне допустима, поскольку мы рассмотрели граничные случаи (лето-зима).

Для понимания алгоритма перестройки профиля в источниках питания производителя MEAN WELL можно обратиться к рисунку 5.

За базовый период отсчета принимается семь рабочих дней, причем самый длинный и самый короткий периоды работы игнорируются. По оставшимся пяти дням рассчитывается среднее время работы, и если это среднее время отличается от предыдущего результата более чем на 15 минут, источник питания перестраивает свой профиль пропорционально произошедшему изменению.

Адаптивный димминг: самоподстройка по средней точке

Достаточно точного результата перестройки профиля источника питания можно добиться в режиме подстройки по средней точке. В качестве средней точки можно выбрать полночь (00:00). Допустим, мы выбрали в зимний период профиль диммирования, показанный на рисунке 6а. Общее время работы составляет 16 часов в сутки (8 + 8 часов относительно средней точки). Первое снижение тока будет в 23:00, а второе – в полночь (00:00). Пусть в летний период общее время работы источника составит 8 часов, тогда источник питания перестроит свой профиль относительно выбранной точки (полночь) таким образом, чтобы эта точка осталась в середине его цикла работы (4 + 4 часа). В этом случае мы видим, что у нас сохранилось время первого снижения тока (23:00) и время второго снижения тока (00:00). В результате получилось, что источник питания просто «обрезал» время в начале и в конце своего цикла в соответствии с изменением сезонной освещенности.

Мы видим, что этот алгоритм наиболее удобен, наилучшим образом поддерживает запрограммированный профиль в зависимости от сезонных изменений освещенности, и его можно применять для диммирования наружного освещения.

Программируемые LED-драйверы

Компания MEAN WELL внедрила функционал программирования в популярное семейство источников питания (рисунок 1). Модели с возможностью программирования имеют в конце наименования суффикс D2, например (100 Вт, 700 мА, программируемый). Линейка продукции включает в себя как серии со стабилизацией по току (СС), так и серии с двойным режимом стабилизации (CV + CC) в диапазоне мощности 75…240 Вт. Основные параметры семейства ELG указаны в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры программируемых источников питания

Особенностью рассматриваемого семейства является невысокая стоимость, сравнимая со стоимостью продукции российских производителей, и длительный срок гарантии – 5 лет. Следует учесть, что российские производители пока не имеют в линейке своей продукции программируемых драйверов, и говоря о стоимости, мы подразумеваем сравнение моделей без функции программирования. Функция программирования предполагает рост стоимости по сравнению с непрограммируемыми моделями примерно на 15…20% в зависимости от выходной мощности источника.

При программировании можно изменять выходной ток в диапазоне 10…100%. При уменьшении выходного тока будет уменьшаться и выходная мощность. Известно, что с уменьшением мощности ухудшается значение коэффициента коррекции мощности и КПД. В рассматриваемом семействе при уменьшении выходной мощности на 50% коэффициент коррекции мощности остается на уровне 0,95, что является отличным показателем. Реальное ухудшение этого коэффициента было замечено при снижении выходной мощности до уровня 30% от номинального значения, иначе говоря, если источник 100 Вт работает при нагрузке в 30 Вт. Поэтому при эксплуатации этого семейства следует рассчитывать на его использование в диапазоне выходной мощности 100…50%. В таком диапазоне изменения выходной мощности КПД меняется в пределах 2…3%, например, с 91% она понизится до 89%.

Линейка программируемых LED-драйверов компании Inventronics состоит из трех семейств (таблица 1). Они различаются по техническим возможностям и стоимости. Например, семейство EUD имеет самый широкий набор серий в диапазоне мощности 75…600 Вт и полный функционал программирования. Под полным функционалом подразумевается, что к возможности изменения выходного тока и фиксированному профилю димминга добавляются возможности адаптивного димминга, компенсация старения светодиодов и программирование внешней температурной защиты. Семейство источников питания EUD имеет максимальный функционал по программированию/диммированию. Оно представлено наибольшим количеством моделей в диапазоне мощности 75…600 Вт.

Вы хотите придать своему офису привлекательный и законченный вид, украсив его программируемыми светодиодными лентами? Посмотрите, как мы добились этого, создав совокупность рабочих поверхностей, украшающих по ночам все наше рабочее пространство красивым сплетением световых линий.

Материалы и инструменты

Программируемая светодиодная лента, контроллёр Arduino и соответствующий источник питания;

Клещи для нарезки светодиодных лент;

Брус из тополя или более твёрдой древесины, длиной вдвое большей, чем длина светодиодной ленты;

Настольный отрезной станок и инструмент для выборки пазов, либо фрезерный станок;

Наждачная бумага;

Столярный клей;

Двусторонняя липкая лента или специальная мастика для приклеивания светодиодных лент к древесине.

Монтаж

Прежде всего, приобретите светодиодную ленту. Мы купили для наших окон две пятиметровые катушки. Покупая в катушках, Вы не только меньше платите, но и имеете возможность нарезать её точно по необходимым размерам. Для оформления витрины мы использовали пять метров ленты LPD8806.

LPD8806 - светодиодная полоса аналогового типа со встроенными контроллерами для каждой пары светодиодов. Это означает, что можно нагрузить программную библиотеку в свой контроллер Arduino, и задать индивидуальные настройки для каждой светодиодной ленты.

На сайте Adafruit имеется хорошее учебное руководство по программированию и список всех необходимых устройств.

Как только ваша программа начнет работать, вы сможете с помощью контролёра Arduino создавать всевозможные световые эффекты.

Сначала вы должны тщательно измерить размеры своих окон и разрезать светодиодные ленты на отрезки необходимой длины. При этом на каждом конце необходимо оставить около двух сантиметров места для соединительных проводов, т.е. полосы необходимо нарезать на куски немного меньшей длины, чем размеры окон.

Подпаяйте концы обрезков ленты к коннекторам таким образом, чтобы можно было их плотно соединить. Проверьте, чтобы у каждой полосы был запас провода, достаточный для беспрепятственного размещения по периметру окна.

Теперь вам понадобится настольный отрезной станок, с помощью которого вам будет легче нарезать панели (деревянные бруски с выбранными в них пазами для укладки светодиодных лент) по нужным размерам.

Для выборки пазов существует специальный инструмент с двумя пилообразными лезвиями, при помощи которого можно вырезать пазы любой ширины. Лезвия разработаны таким образом, что они не цепляются зубьями друг за друга, даже если разместить их вплотную.

На YouTube можно посмотреть видеозапись, детально описывающую эту операцию:

Светодиодные ленты необходимо с помощью прокладок расположить так, что бы свет от них падал в нужном направлении. В нашем случае, мы хотели, что бы свет попадал внутрь, отражаясь и рассеиваясь от серебристых шторок и придавая пространству некоторую таинственность.

Прокладки были изготовлены из обрезков древесины и уложены по несколько штук в каждой панели, до достижения нужной длины. Это было практичнее, чем изготавливать их из деловой древесины необходимой длины.

Мы выбрали угол наклона около 22 градусов.

Вы можете сделать прокладки из любого другого материала, например, из фанеры или ДВП, у нас просто имелись излишки древесины и отрезной станок.

Чтобы получить блестящий и профессионально выглядящий результат, а также удостовериться, что все прокладки хорошо ложатся в пазы мы провели БОЛЬШУЮ шлифовку.

Для этого мы использовали деревянный брусок соответствующих размеров, обтянутый наждачной бумагой и отшлифовали как панели, так и прокладки.

После шлифовки необходимо смонтировать отдельные куски и обрезать с помощью ножовки выступающие части прокладок. При установке прокладок мы использовали специальную мастику и на время её высыхания закрепляли их скрепками.

После высыхания мастики приступаем к окраске готовых панелей. Это можно сделать с помощью краскораспылителя, а при малых размерах использовать любую качественную краску. Постарайтесь покрасить, по крайней мере, в два слоя, в цвет соответствующий вашему интерьеру.

Я взял влагозащищенную версию, которая у продавца обозначается как «White 4m 60 IP67», это лента в силиконе. Пришла на катушке, в фольгированном пакетике:


На одном метре 60 светиков, залитых силиконом:


С обратной стороны двухсторонний скотч для крепления к поверхности:


Посмотрим на отдельную секцию ленты:


Видим: линии отреза по контактам, собственно контакты с двух сторон: DIN - входные данные, DO - выходные данные, +5V - плюс питания, GND - минус питания, C1 - керамический конденсатор, ну и собственно сам светодиод припаянный 4-мя контактами. Направление передачи данных указано черным треугольником.

Cами светодиоды WS2812B представляют собой сборку из микросхемы и 3-х светодиодов (красный, синий и зеленый), благодаря специальному протоколу, микросхема принимает данные только для своей сборки, остальные данные передает дальше по цепочке. Благодаря этому, каждой отдельной сборке можно передать информацию о яркости ее каждого светодиода (красного, синего и зеленого) и получить нужный цвет.

Подробно о свойствах отдельной сборки описано . Я лишь отмечу, что максимально последовательно можно соединить 1024 микросхем, информация в которых может обновляться 30 раз в секунду.

Для ардуино разработана хорошая библиотека для данных сборок . Которая позволяет раскрашивать каждую сборку в свой цвет. Также у Adafruit есть библиотека для экранов из данных сборок и неплохие примеры использования.

Мы уже видели на этом сайте замечательные результаты творчества с применением WS2812B: , .

Мне захотелось сделать управляемую ленту в окошко с применением данной ленты. Клеить ленту будем в оконный проем, поэтому потребуется 2 метра ленты. Собрав прототип простой гирлянды и загрузив пример, идущий в комплекте с библиотекой Adafruit_NeoPixel: strandtest, я убедился что принципиально все работает. Фактически в библиотеке задается один пин контроллера который подключается ко входу Din первой сборки.
Схема:


С типовым скетчем и типовым подключением никаких проблем не возникло.

Но ведь нам требуется управлять линейкой удаленно… Вот тут и начинаются грабли.

Первым делом я решил подключить ик приемник и управлять с пульта. Собрал схему помигал светодиодом и подключил ленту… Реакции не было… Точнее я подключив консоль получал случайного вида коды кнопок, нажав 10 раз на одну кнопку и увидев только разные коды, я задумался. Первая мысль была помеха по питанию, ведь кроме включения ленты ничего не менялось. Прочитал на о рекомендации впаять на вход ленты электролит напряжением 6.3 Вольта и емкостью не меньше 1000 мкФ, конечно же сразу это сделал, результат нулевой… Начал копать код библиотеки Adafruit_NeoPixel и обнаружил, что при передаче данных на светодиоды библиотека полностью блокирует прерывания. Отключение блокировки привело к тому что лента вела себя очень странно, прерывания происходили на любой мусор попавший на вход ик приемника…

Расстроившись в неудаче при такой простой схеме, начал думать про второй контроллер, отвечающий за прием ик сигналов и управляющий основным… Если кому то хочется сделать ик-управляемую ленту на WS2812B, то это единственный разумный вариант. Конечно есть еще и экзотические, например, вводить промежутки времени когда гирлянда не меняет свое состояние и принимать в них ик-сигналы - но это уже совсем рогатый метод…

В итоге принято решение использовать bluetooth и с телефона управлять гирляндой, благо несколько штучек модулей HC-06 у меня лежали без дела. Для индикации текущего режима работы гирлянды решил использовать дисплей на TM1637, обзор которого присутствует . Итоговая схема:

Основная проблема, которая возникла с кодом, это то что при сменах состояния используется delay(), который не дает возможность вмешаться в процесс кроме как прерываниями, но… прерывания то у нас отключены… Принято решение переписать эффекты используя хранение информации о текущем состоянии гирлянды и смены его по таймингу. Для этого циклы преобразованы в переходы на следующее состояние, и добавлены признаки смены режимов. Пришлось задуматься стоит ли выкладывать кривой экспериментальный код, но желание облегчить кому-то его творческий процесс пересилило - (там абсолютно экспериментальный код, использование на свой страх и риск).

Теперь про управление, конечно написать свое красивое приложение заманчивая идея, но времени на это не было и я воспользовался приложением для android - , в режиме кнопок настроил нужные коды и стало все хорошо. Есть возможность подписать каждой кнопке посылаемый код и обозначение. Большего мне и не было нужно. Все эффекты пронумеровал получилось 10 различных, 10 кнопок задействованы под эффекты, и 1 кнопка на то чтобы включить последовательную смену эффектов.

Bluetooth модуль конфигуририровал с помощью программки , очень удобно, можно изменить название устройства при поиске и скорость:


HC-06 следует подключить к компьютеру с помощью стандартного USB-TTL ковертора.

Подключив к лабораторному блоку питания, выяснил, что моя лента (2 метра) потребляет в пике, когда все включено 2.1 А при напряжении 5В. Поставил блок питания на 3А, купленный в офлайне:


неделя непрерывной работы, проблем не выявила.

Ну и конечно мне хотелось, чтобы готовое устройство не выглядело клубком проводов в коробке из под обуви. Тем более, у меня имелись корпуса со стеклянной крышечкой подходящим размером:


Делаем печатную плату в программе Sprint Layout, ИК приемник, я все таки оставил, так как возможно иное применение коробочки, либо как-то удастся разрешить проблему с ним:


Процесс изготовления методом ЛУТ я описывал ранее в .
Вот так выглядела плата с нанесением тонера:


Травление:


Собираем устройство:


Для подключения гирлянды я использовал разъем для наушников, по нему же подается питание на устройство. Провод для подключения блока питания к ленте я использовал ПВС 2x0.5, а для подключения устройства к ленте телефонный кабель 4 жилы, землю сделал из 2-х жил.
Итоговое устройство:






Ну и его эффекты:










Конечно лучше всего смотреть гирлянду на видео:

В данной статье мы расскажем о цветных светодиодах, отличии простого RGB-светодиода от адресуемого, дополним информацией о сферах применения, о том, как они работают, каким образом осуществляется управление со схематическими картинками подключения светодиодов.

1. Вводная информация о светодиодах

Светодиоды – электронный компонент, способный излучать свет. Сегодня они массово применяются в различной электронной технике: в фонариках, компьютерах, бытовой технике, машинах, телефонах и т.д. Многие проекты с микроконтроллерами так или иначе используют светодиоды.

Основных назначений у них два :

Демонстрация работы оборудования или оповещение о каком-либо событии;
применение в декоративных целях (подсветка и визуализация).

Внутри светодиод состоит из красного (red), зеленого (green) и синего (blue) кристаллов, собранных в одном корпусе. Отсюда такое название – RGB (рис.1).

2. С помощью микроконтроллеров

С помощью него можно получить множество различных оттенков света. Управление RGB-светодиодом осуществляется с помощью микроконтроллера (MK), например, Arduino (рис.2).

Конечно, можно обойтись простым блоком питания на 5 вольт, резисторами в 100-200 Ом для ограничения тока и тремя переключателями, но тогда управлять свечением и цветом придется вручную. В таком случае добиться желаемого оттенка света не получится (рис.3-4).

Проблема появляется тогда, когда нужно подсоединить к микроконтроллеру сотню цветных светодиодов. Количество выводов у контроллера ограничено, а каждому светодиоду нужно питание по четырем выводам, три из которых отвечают за цветность, а четвертый контакт является общим: в зависимости от типа светодиода он может быть анодом или катодом.

3. Контроллер для управление RGB

Для разгрузки выводов МК применяются специальные контроллеры WS2801 (5 вольт) или WS2812B (12 вольт) (рис.5).

С применением отдельного контроллера нет необходимости занимать несколько выходов MK, можно ограничиться лишь одним сигнальным выводом. МК подает сигнал на вход «Data» управляющего контроллера светодиода WS2801.

В таком сигнале содержится 24-битная информация о яркости цвета (3 канала по 8 бит на каждый цвет), а также информация для внутреннего сдвигового регистра. Именно сдвиговый регистр позволяет определять, к какому светодиоду информация адресовывается. Таким образом можно соединять несколько светодиодов последовательно, при этом использовать все так же один вывод микроконтроллера (рис.6).

4. Адресуемый светодиод

Это RGB-светодиод, только с интегрированным контроллером WS2801 непосредственно на кристалле. Корпус светодиода выполнен в виде SMD компонента для поверхностного монтажа. Такой подход позволяет расположить светодиоды максимально близко друг другу, делая свечение более детализированным (рис.7).

В интернет-магазинах можно встретить адресные светодиодные ленты, когда в одном метре умещается до 144 штук (рис.8).

Стоит учесть, что один светодиод потребляет при полной яркости всего 60-70 мА, при подключении ленты, например, на 90 светодиодов, потребуется мощный блок питания с током не менее 5 ампер. Ни в коем случае не питайте светодиодную ленту через контроллер, иначе он перегреется и сгорит от нагрузки. Используйте внешние источники питания (рис.9).

5. Недостаток адресуемых светодиодов

Адресуемая светодиодная лента не может работать при слишком низких температурах: при -15 контроллер начинает подглючивать, на более сильном морозе велик риск его выхода из строя.

Второй недостаток в том, что если выйдет из строя один светодиод, следом по цепочке откажутся работать и все остальные: внутренний сдвиговый регистр не сможет передать информацию дальше.

6. Применение адресуемых светодиодных лент

Адресуемые светодиодные ленты можно применять для декоративной подсветки машины, аквариума, фоторамок и картин, в дизайне помещений, в качестве новогодних украшений и т.д.

Получается интересное решение, если светодиодную ленту использовать в качестве фоновой подсветки Ambilight для монитора компьютера (рис.10-11).

Если вы будете использовать микроконтроллеры на базе Arduino, вам понадобится библиотека FastLed для упрощения работы со светодиодной лентой ().