Caratteristiche di collegamento e controllo della striscia LED indirizzabile

L'uso dei LED negli elementi di illuminazione offre ai progettisti di apparecchiature possibilità quasi illimitate. Fino a poco tempo, i consumatori erano affascinati dalle capacità dei dispositivi costruiti sulla base di elementi radianti tricolore (RGB). Oggi sono comparsi nuovi prodotti, il cui potenziale sembra essere illimitato.

Strisce LED indirizzabili

Tale dispositivo di illuminazione è diventato una striscia LED di indirizzo. La luminosità e il rapporto dei colori di base, come in una lampada RGB convenzionale, sono regolati dal metodo di modulazione dell'ampiezza dell'impulso, utilizzato nel controllo del carico digitale. La differenza fondamentale tra il dispositivo indirizzabile è che ogni elemento emettitore di luce è controllato separatamente (per un nastro convenzionale, l'intero segmento del nastro è ugualmente illuminato).

Possibilità della striscia LED indirizzabile.

Indirizzo dispositivo a nastro

I LED indirizzabili sono diventati la base per la costruzione di tali dispositivi di illuminazione.Contengono l'effettivo elemento semiconduttore emettitore di luce e un singolo driver PWM. A seconda della tipologia dell'elemento di indirizzo, il LED RGB può essere collocato all'interno di un alloggiamento comune oppure essere estratto e collegato alle uscite del driver. Come emettitori di luce possono essere utilizzati LED separati o un gruppo RGB. Anche la tensione di alimentazione può essere diversa. Le caratteristiche comparative dei comuni microcircuiti utilizzati per controllare i LED colorati sono mostrate nella tabella.

Il consumo di corrente di un metro da parte del nastro di indirizzi è piuttosto elevato, perché la potenza viene spesa non solo per il bagliore delle giunzioni p-n, ma anche per le perdite di commutazione dei driver PWM.

Dispositivo elemento lampada

Ogni LED indirizzabile contiene un numero minimo di pin:

• U alimentazione (VDD);
• filo comune (GND);
• immissione dati (DIN);
• uscita dati (DOUT).

Ciò consente di posizionare elementi con emettitori integrati in contenitori a 4 pin (WS2812B).

piedinatura WS2812B.

I chip con una connessione LED esterna richiedono almeno altri tre pin per collegare i LED.Di conseguenza, il pacchetto standard con 8 pin ha una gamba libera, che gli sviluppatori possono utilizzare per altre esigenze.

Pinout WS2818 con uscita dati aggiuntiva.

Quindi, i progettisti del chip WS2811 hanno utilizzato un pin libero per l'interruttore di velocità e WS2818 per l'input dei dati di backup (BIN).

Collegamento di elementi

Tutti gli elementi posizionati sulla tela sono collegati in parallelo tramite alimentazione e in serie tramite il bus dati. L'uscita di controllo di un microcircuito è collegata all'ingresso di un altro. Il segnale di controllo dal controller viene inviato all'uscita DIN più a sinistra in base al circuito di pilotaggio.

Schema di connessioni di elementi sulla tela.

È meglio alimentare i LED e i microcircuiti da un'unità separata, soprattutto se il nastro è alimentato da una tensione diversa da 5 V. È necessario collegare il filo comune del controller e la sorgente di tensione.

L'aspetto di un pezzo di nastro adesivo sul WS2812B.

Controllo del bagliore

Gli elementi del nastro di indirizzi sono controllati tramite un bus seriale. Tipicamente, tali bus sono costruiti su un circuito a due fili: una linea stroboscopica e una linea dati. Esistono anche nastri di questo tipo, ma sono meno comuni. E i dispositivi descritti sono controllati da un circuito a filo singolo. Ciò ha permesso di semplificare la tela, ridurne i costi. Ma questo è pagato dalla bassa immunità al rumore del dispositivo LED. Qualsiasi interferenza indotta con un'ampiezza sufficiente può essere interpretata dai conducenti come dati e illuminarsi in modo imprevedibile. Pertanto, durante l'installazione, è necessario adottare misure aggiuntive per la protezione contro le interferenze.

Il protocollo di controllo contiene comandi a 24 bit. Zero e uno sono codificati come impulsi della stessa frequenza ma di durate diverse.Ogni elemento scrive ("latch") il suo comando, dopo una pausa di una certa durata viene trasmesso il comando per il prossimo microcircuito e così via lungo la catena. Dopo una pausa più lunga, tutti gli elementi vengono ripristinati e viene trasmessa la serie successiva di comandi. Lo svantaggio di questo principio di costruzione di un bus di controllo è che il guasto di un microcircuito interrompe la trasmissione dei comandi più avanti lungo la catena. I driver di ultima generazione (WS2818, ecc.) hanno un ingresso aggiuntivo (BIN) per evitare questo problema.

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"Fuoco in corsa"

Una considerazione a parte merita il cosiddetto SPI-tape, che nella vita di tutti i giorni viene chiamato "fuoco acceso" per via del più comune effetto luminoso che vi si costruisce. La differenza tra un nastro di questo tipo e i tipi considerati è che il bus dati contiene due linee: per i dati e per gli impulsi di clock. Per tali dispositivi, è possibile acquistare un controller prodotto in commercio con una serie di effetti, incluso il menzionato "fuoco acceso". Puoi anche controllare il bagliore dai controller PIC o AVR convenzionali (incluso Arduino). Il loro vantaggio è una maggiore immunità al rumore e lo svantaggio è la necessità di utilizzare due uscite del controller. Questo può fungere da limitazione per la costruzione di sistemi di illuminazione complessi. Inoltre, tali dispositivi sono caratterizzati da un costo maggiore.

Nastro SPI con bus di controllo a due fili.

Schema di collegamento dell'apparecchio ed errori tipici

Lo schema per l'accensione dei dispositivi multimediali ha molto in comune con lo schema degli illuminatori RGB convenzionali.Ma ci sono anche differenze: per collegare correttamente la striscia LED indirizzabile al controller, è necessario tenere a mente alcuni punti.

1. A causa dell'aumento del consumo energetico del nastro degli indirizzi, è impossibile alimentarlo dalla scheda Arduino (se si utilizzano segmenti piccoli, non è desiderabile). Nel caso generale, sarà necessaria una fonte separata per l'alimentazione (in alcuni casi potrebbe essercene una, ma i circuiti di alimentazione dei LED e del controller devono essere realizzati separatamente). Ma comune i fili (GND) dei circuiti di potenza e della scheda Arduino devono essere collegati. In caso contrario, il sistema non sarà operativo.
2. A causa della ridotta immunità ai disturbi, i conduttori che collegano l'uscita del controller e l'ingresso del nastro devono essere mantenuti il ​​più corti possibile. È altamente desiderabile che lo siano non più lungo di 10 cm. Inoltre, non sarà superfluo collegare un condensatore C alla linea di alimentazione per una tensione superiore alla tensione di alimentazione del nastro e con una capacità di 1000 microfarad. È necessario installare il condensatore nelle immediate vicinanze del nastro, idealmente su piazzole di contatto.
3. Strisce di nastro possono unire in sequenza. L'uscita DOUT deve essere collegata all'ingresso DIN del pezzo successivo. Ma con una lunghezza totale superiore a 1 metro, non è possibile utilizzare una connessione seriale: i conduttori delle linee elettriche web non sono progettati per correnti elevate. E in questo caso è necessario applicare un collegamento in parallelo dei segmenti.
4. Se si collega direttamente l'uscita del controller e l'ingresso DIN, se si verifica una situazione anomala nell'apparecchio di illuminazione, l'uscita del controller potrebbe non funzionare. Per evitare ciò, è necessario posizionare un resistore con una resistenza fino a diverse centinaia di ohm nella rottura del filo.

Il mancato rispetto di queste semplici regole può comportare l'inoperabilità del sistema multimediale o il guasto dei suoi componenti.

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Controllo dello stato di salute del nastro dell'indirizzo

A volte c'è bisogno controlli apparecchio per prestazioni. E qui possono sorgere problemi, perché non sarà possibile accendere i led fornendo alimentazione al nastro. Inoltre, non sarà possibile verificarne la funzionalità con un tester: le massime possibilità in questo caso sono di suonare per l'integrità delle linee elettriche e delle interconnessioni. Pertanto, il modo principale per rilevare le prestazioni dell'apparecchio è collegarlo al controller.

Se è presente una tela con un bus di controllo unifilare, è possibile controllare la striscia LED indirizzabile toccando con il dito il pad di contatto a cui è applicato il segnale di controllo (quando viene applicata l'alimentazione alla striscia). Ciò potrebbe causare l'accensione di uno o più LED.