Что такое адресная светодиодная лента и как она работает

В адресной светодиодной ленте можно задавать свечение каждого светодиода. Это позволяет делать сложные алгоритмы подсветки и дисплеи. Как работает адресная светодиодная лента, читайте в статье.

В продаже имеется большое разнообразие светодиодных лент освещения и подсветки. С их помощью можно создавать различные световые эффекты. Но у них имеется существенный недостаток — вся поверхность ленты может светиться только одним цветом. И это относится ко всем типам RGB-лент. Выбор цвета и яркость осуществляет контроллер по заданному алгоритму или вручную. То есть реализовать эффекты типа бегущего огня, светомузыки или «эквалайзера» не получится. Для создания таких эффектов используют адресную светодиодную ленту. Как работает данный тип лент, мы расскажем далее.

• Устройство и назначение
• Принцип работы
• Сфера применения
• Способы подключения адресной ленты
• Заключение

Устройство и назначение

Адресная светодиодная лента – это лента с RGB-светодиодами со встроенными чипами, для индивидуального управления параметрами свечения, что вы видите на фото ниже.

А на следующей иллюстрации вы видите, как светит обычная RGB-лента.

Если в RGB-ленте контроллер управлял цветом всей линии, которая к нему подключена, то главное отличие адресных лент это то, что цвет и интенсивность свечения каждого из светодиодов в ней настраивается индивидуально (отдельно для каждого).

Где используется такой функционал? На самом деле сферы применения практически бесконечны:

• индивидуальное управление каждым светодиодом позволяет создавать большие LED-экраны, например, для рекламных щитов;
• получения полноценных цветовых модулей для архитектурной подсветки;
• оформление витрин, подсветка аквариумов и бассейнов.
• создание динамического фона для телевизоров и мониторов (как Ambilight в продукции Philips) и т.п.;
• Создание цветомузыки, совмещенной с подсветкой на потолок комнаты или в салоне автомобиля.

Так как адресные ленты позволяют создать любые световые эффекты и управлять каждым светодиодом отдельно, их иногда называют «умными».

Принцип работы

В простой RGB-ленте обычно устанавливаются RGB-светодиоды типа 5050, которые состоят фактически из трёх кристаллов (красного, зелёного и синего) расположенных в одном корпусе.

В адресной ленте также используются светодиоды в корпусе 5050, но отличающимся тем, что у них 4, а не 6 выводов. В самом же корпусе расположены светоизлучающие кристаллы и микрочип, управляющий их свечением, на иллюстрации на него указывает красная стрелка.

По питанию все светодиоды в ленте соединены параллельно, а линии управления соединяются последовательно. Распиновка адресной ленты следующая: контакты +5V и GND отвечают за питание, контакт DO – выход управляющего сигнала, а DI – вход.

Система управления, или просто контроллер, подаёт цифровые сигналы, каждый из которых содержит команду с данными о яркости каждого из цветов (красного, синего и зеленого), таким образом формируется нужны тон и яркость свечения. Подобно поезду, данные передаются через каждый из сегментов ленты от предыдущего к следующему, то есть последовательно.

Наиболее распространены две модели с разными контроллерами, это ws2812b и ws2811. Главное их отличие в том, что изделия с чипами ws2811 питаются от 12 Вольт, а сам чип находится не внутри светодиода, а отдельно и управляет сегментом из трёх светодиодов. Так в моделях с ws2811 возможно управление не каждым светодиодом, а каждым сегментом из 3 светодиодов сразу, что несколько ограничивает применение.

Принцип управления не слишком сложный:

• Сигнал управления посылается на ленту небольшими «пачками» цифровых импульсов длиной в 24 бита. Контроллер принимает этот сигнал и выдаёт на светодиоды определенное напряжение для получения нужного цвета.
• Напомню, что в случае с WS2812b контроллер встроен в светодиод и управляющий сигнал управляет каждым светодиодом отдельно, а в случае с WS2811 контроллер общий для сегмента из трёх светодиодов. То есть возможно задать параметры свечения для каждого отдельного сегмента.
• При этом первый контроллер принимает первую пачку из 24-бит, вторая 24-битная команда принимается вторым чипом и так далее. Каждая последующая 24-битная команда посылается на каждый следующий контроллер, нумерация пачек при этом совпадает с нумерацией контроллеров.
• Таким образом, управляют индивидуально каждым контроллером. Если один из блоков неисправен, например, второй, то горит только первый светодиод. Остальные светиться не будут, так как не будет проходить управляющий сигнал.

При создании уникальных эффектов используют не готовые контроллеры, а различные микроконтроллеры. К тому же в сети много проектов под управлением Arduino (микроконтроллеры семейства AVR). Схема подключения к ней элементарна, на примере с контроллерами WS2812b изображена ниже.

Но желательно подавать сигал управления через резистор номиналом в 200-400 Ом, для защиты пина Ардуино.

Устройство представляет программируемый микроконтроллер семейства AVR, с уже разведенной платой, питанием и схемой для программирования через USB. С помощью записи в него различных программ можно получить не ограниченное количество цветовых сочетаний и чередований. Что позволяет создать неограниченное количество вариантов для подсветки. Широкое распространение ограничивается относительно высокой стоимостью в отличие от обычных диодов.

Сфера применения

Сейчас стоимость этих лент уменьшается, а популярность растет. С востребованностью расширяется и сфера применения. Их используют для создания различных цветовых эффектов типа волна, бегущий огонь, различных подсветок для телевизора, для компьютера, для подсветки материнской платы, оформления рюкзака и т.п.

Возможность написания программ самостоятельно позволяет получить дополнительные возможности перелива цвета, его мерцание или моргания. Можно использовать для оформления на окна или для подсветки лестницы. Для большей зрелищности совмещают режимы подсветки с цветомузыкой.

Или создать неповторимый вид своего дома, закрепив ее по периметру фасада. Промышленность выпускает ленты не только для использования в помещениях, но и для улицы. Для этого подойдут изделия со степенью защиты IP65-IP68. Часто светодиодные ленты применяют для создания цветовой подсветки и в автомобиле.

Способы подключения адресной ленты

В отличие от RGB LED, простая подача напряжения на адресную ленту ни к чему не приведет. Для проверки работоспособности необходимо специальное программируемое устройство.

Однако, если просто дотронуться рукой до информационного контакта (DI), загорятся несколько первых модулей. Драйверы воспримут наведенную помеху, как сигнал управления.

Полностью проверить без Ардуино или без контроллера невозможно. Для удобства подключения адресная светодиодная лента имеет обозначение начала и конца. Стрелками указано направление сигнала. Менять местами начало и конец нельзя. Полоса состоит из 60 модулей. Небольшой отрезок (до 5 светодиодов) можно запитать и от самой платы ардуино, но для подключения полосы максимальной длины, применяют дополнительный источник питания.

На рисунке снизу показана схема подключения блока управления к ленте с дополнительным блоком питания.

Как отмечалось выше, для создания необходимого светового эффекта, применяется Ардуино. А также нужна специальная программа, называемая в народе «скетч». Ее не сложно написать своими руками, но можно воспользоваться уже имеющимися, например, воспользоваться проектами блоггера Алекса Гайвера.

Можно подобрать необходимый скетч в интернете. Для этого можно скопировать QR-код, нанесенный на ленте и по нему подобрать необходимый протокол.

Или воспользоваться библиотеками. Например, FastLED и Adafruit NeoPixel, внутри библиотек имеются готовые скетчи. На их основе можно создать свои неповторимые варианты. Остается лишь подключить Ардуино к компьютеру и загрузить в память скетч. После чего можно монтировать и включать систему подсветки.

Заключение

Адресная светодиодная лента выпускается в нескольких вариантах, как в виде обычной ленты, так и в виде жесткий модулей в форме полосы или круга. Однако приобрести можно не только разные адресные светодиодные ленты, но и Ардуино различных модификаций. С их помощью несложно создать эффект бегущего огня, используя принцип сдвигового регистра.

На «алиэкспресс» можно приобрести светодиоды другого вида, с питанием на 12 Вольт. В них используются контроллеры WS2815 или WS2813. Если вместо ардуино использовать контроллер ESP8266, управление можно осуществлять по Wi-Fi протоколу. Принцип работы и схема подключения дана в прилагаемой инструкции.