Funkcje podłączania i sterowania adresowalną taśmą LED

Zastosowanie diod LED w elementach opraw oświetleniowych daje projektantom sprzętu praktycznie nieograniczone możliwości. Do niedawna konsumenci byli zafascynowani możliwościami urządzeń opartych na trójkolorowych elementach emitujących światło (RGB). Obecnie pojawiły się nowe produkty, których możliwości wykorzystania wydają się nieograniczone.

Adresowalne taśmy LED

Takim urządzeniem oświetleniowym jest adresowalna taśma LED. Jasność i podstawowe proporcje kolorów, podobnie jak w konwencjonalnym oświetleniu RGB, są regulowane za pomocą modulacji szerokości impulsu, która jest wykorzystywana w cyfrowym sterowaniu obciążeniem. Podstawowa różnica w przypadku urządzenia adresowalnego polega na tym, że każdy element emitujący światło jest sterowany oddzielnie (w przypadku konwencjonalnej listwy to samo światło emitowane jest przez cały odcinek listwy).

Możliwości adresowalnej taśmy LED.

Budowa listwy adresowalnej

Podstawą tych oświetlaczy są adresowalne diody LED. Zawierają one półprzewodnikowy element emitujący światło i indywidualny sterownik PWM. W zależności od typu adresowalnego elementu, dioda LED RGB może być umieszczona wewnątrz wspólnej obudowy lub może być zamontowana na zewnątrz i podłączona do pinów sterownika. Jako źródło światła można zastosować oddzielne diody LED lub zespół RGB. Różne mogą być także napięcia zasilania. Charakterystyki porównawcze popularnych układów scalonych stosowanych do zasilania kolorowych diod LED przedstawiono w poniższej tabeli.

Pobór prądu na jednym metrze adresowalnej listwy jest dość duży, ponieważ moc jest zużywana nie tylko na żarzenie złącza p-n, ale także na straty przełączania sterowników PWM.

Budowa elementu oprawy oświetleniowej

Każda adresowalna dioda LED zawiera minimalną liczbę styków:

• Zasilanie U (VDD);
• przewód wspólny (GND);;
• wejście danych (DIN);
• wyjście danych (DOUT).

Dzięki temu elementy ze zintegrowanymi emiterami mogą być umieszczane w obudowach 4-stykowych (WS2812B).

Przyporządkowanie pinów WS2812B.

W układach z zewnętrznym podłączeniem diod LED wymagane są co najmniej trzy dodatkowe piny do podłączenia diod LED. Pozostaje standardowy pakiet 8-stykowy z jednym wolnym stykiem do innych zastosowań.

Przyporządkowanie pinów WS2818 z dodatkowym wyjściem danych.

Na przykład układy scalone WS2811 wykorzystują wolny pin do przełącznika prędkości, a układy WS2818 do nadmiarowego wejścia danych (BIN).

Wzajemne połączenie elementów

Wszystkie elementy znajdujące się na płótnie są połączone równolegle do zasilania i szeregowo do magistrali danych. Wyjście sterujące jednego układu jest połączone z wejściem drugiego układu. Sygnał sterujący ze sterownika jest podawany na styk DIN sterownika najbardziej oddalonego od lewej na schemacie.

Schemat połączeń elementów w obszarze roboczym.

Lepiej jest zasilać diody LED i mikroukłady z oddzielnego urządzenia, zwłaszcza jeśli listwa jest zasilana napięciem innym niż 5 V. Wspólny przewód regulatora i źródła napięcia musi być podłączony.

Wygląd sekcji listwy na WS2812B.

Sterowanie żarzeniem

Elementy taśmy adresowalnej są sterowane za pomocą magistrali szeregowej. Zazwyczaj takie magistrale są zbudowane w schemacie dwuprzewodowym - linia bramkująca i linia danych. Taśmy te są również dostępne, ale rzadziej spotykane. Opisane urządzenia są sterowane za pomocą obwodu jednoprzewodowego. Umożliwiło to uproszczenie sieci i uczynienie jej tańszą. Jest to jednak okupione niską odpornością urządzenia LED na zakłócenia. Każdy indukowany hałas o wystarczającej amplitudzie może być interpretowany przez kierowców jako dane i powodować nieprzewidywalne oświetlenie. Dlatego podczas instalacji należy podjąć dodatkowe środki w celu ochrony przed zakłóceniami.

Protokół sterujący zawiera polecenia o długości 24 bitów. Zero i jeden są kodowane jako impulsy o tej samej częstotliwości, ale różnym czasie trwania. Każdy element zapisuje (zatrzaskuje) swoje własne polecenie, po przerwie o określonym czasie wysyłane jest polecenie do następnego układu i tak dalej w górę łańcucha. Po przerwie o zwiększonym czasie trwania wszystkie elementy są resetowane i następuje przekazanie kolejnej serii poleceń. Wadą tej zasady działania magistrali sterującej jest to, że awaria jednego układu przerywa przekazywanie poleceń w dalszej części łańcucha. Najnowsze generacje sterowników (WS2818 itp.) mają dodatkowe wejście (BIN), które pozwala uniknąć tego problemu.

Czytaj także

Jak podłączyć adresowalną listwę LED WS2812B do Arduino

 

"Ogień biegnący"

Osobno należy zwrócić uwagę na tzw. taśmę SPI, która w domu nazywana jest "działającym ogniem" ze względu na najczęściej budowany przez nią efekt świetlny. Różnica między taką taśmą a innymi rozpatrywanymi typami polega na tym, że magistrala danych zawiera dwie linie - dla danych i dla impulsów zegarowych. Dla takich urządzeń można zakupić przemysłowo produkowany sterownik z zestawem efektów, w tym wspomnianym już "uciekającym ogniem". Możliwe jest również sterowanie żarzeniem za pomocą zwykłych sterowników PIC lub AVR (w tym Arduino). Zaletą jest większa odporność na zakłócenia, ale wadą jest konieczność użycia dwóch wyjść sterownika. Może to stanowić ograniczenie w przypadku budowy złożonych systemów oświetleniowych. Charakteryzuje się także wyższym kosztem tych urządzeń.

Taśma SPI z dwuprzewodową magistralą sterującą.

Schemat podłączenia oprawy i typowe błędy

Schemat podłączenia urządzeń multimedialnych ma wiele wspólnego ze schematem zwykłych lampek RGB. Są jednak pewne różnice - aby prawidłowo podłączyć adresowalną taśmę LED do sterownika, należy pamiętać o kilku kwestiach.

1. Ze względu na duży pobór mocy przez listwę adresowalną nie można jej zasilać z płytki Arduino (jeśli używasz małych segmentów - nie jest to pożądane). W ogólnym przypadku do zorganizowania zasilania potrzebne jest osobne źródło (w niektórych przypadkach może to być jedno źródło, ale obwód zasilający diody LED i sterownik muszą być wykonane osobno). Ale wspólne przewody (GND) zasilacza i płytki Arduino muszą być połączone. W przeciwnym razie system nie będzie działał.
2. Ze względu na mniejszą odporność na zakłócenia, przewody łączące wyjście sterownika z wejściem sieciowym powinny być jak najkrótsze. Jest wysoce pożądane, aby były one mniej niż 10 cm długości. Nie jest również zbyteczne podłączenie do linii zasilającej kondensatora C o napięciu wyższym niż napięcie zasilania taśmy i o pojemności 1000 µF lub większej. Kondensator musi być zainstalowany w bezpośrednim sąsiedztwie taśmy, najlepiej na podkładkach stykowych.
3. Odcinki taśmy mogą być Podłączanie listew w serii. Wyjście DOUT musi być podłączone do wejścia DIN następnego elementu. Jeżeli jednak całkowita długość przekracza 1 m, nie można zastosować połączenia szeregowego - przewody linii zasilających nie są przystosowane do dużych prądów. W takim przypadku należy również zastosować połączenie równoległe.
4. Jeżeli wyjście sterownika i wejście DIN są połączone bezpośrednio, wyjście sterownika może ulec awarii w przypadku wystąpienia nieprawidłowej sytuacji w oprawie oświetleniowej. Aby tego uniknąć, do kabla należy podłączyć rezystor o wartości do kilkuset omów.

Nieprzestrzeganie tych prostych zasad może doprowadzić do nieprawidłowego działania systemu multimedialnego lub uszkodzenia jego elementów.

Czytaj także

Jak podłączyć diodę LED do płytki Arduino

 

Sprawdzenie poprawności działania listwy adresowej

Czasami konieczne jest do sprawdzenia Czasami pojawia się potrzeba sprawdzenia, czy listwa działa prawidłowo. Również w tym przypadku mogą pojawić się problemy, ponieważ nie jest możliwe zapalenie diod LED przez podłączenie zasilania do taśmy. Nie ma również możliwości sprawdzenia funkcjonalności za pomocą testera: w tym przypadku maksymalna możliwość to sprawdzenie ciągłości linii zasilających i połączeń międzyelementowych. Dlatego głównym sposobem sprawdzenia, czy oprawa działa, jest podłączenie jej do sterownika.

Jeśli dostępna jest jednoprzewodowa listwa sterująca, można przetestować adresowalną listwę LED, dotykając palcem płytki stykowej, do której przyłożony jest sygnał sterujący (gdy listwa jest pod napięciem). Może to spowodować świecenie jednej lub kilku diod LED.

Adresowalna dioda LEDtaśma Posiada możliwości multimedialne o rząd wielkości większe niż inne urządzenia LED. Aby uniknąć rozczarowań i niepotrzebnych strat finansowych, wystarczy zrozumieć zasady sterowania i zapamiętać kilka prostych terminów.