Arduino и адресная светодиодная лента

ОСОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

1) Команды в ленте передаются от диода к диоду, паровозиком. У ленты есть начало и конец, направление движение команд на некоторых моделях указано стрелочками. Для примера рассмотрим ws2812b, у нее три контакта. Два на питание, а вот третий в начале ленты называется DI (digital input), а в конце – DO (digital output). Лента принимает команды в контакт DI! Контакт DO нужен для подключения дополнительных кусков ленты или соединения матриц.

2) Если в схеме возможна ситуация, при которой на ленту не будет подаваться питание 5V, но будет отправляться сигнал с микроконтроллера – лента начнёт питаться от дата-пина. В этом случае может сгореть как первый светодиод в ленте, так и пин контроллера. Не испытывайте удачу, поставьте резистор с сопротивлением 200-500 Ом. Точность резистора? Любая. Мощность резистора? Любая. Да, даже 1/4.

2.1) Если между лентой и контроллером (Arduino) большое расстояние, т.е. длинные провода (длиннее 50 см), то сигнальный провод и землю нужно скрутить в косичку для защиты от наводок, так как протокол связи у ленты достаточно скоростной (800 кГц), на него сильно влияют внешние наводки, а экранирование земляной скруткой поможет этого избежать. Без этого может наблюдаться такая картина: лента не работает до тех пор, пока не коснёшься рукой сигнального провода.

2.2) При подключении ленты к микроконтроллерам с 3.3V логикой (esp8266, ESP32, STM32) появляется проблема: лента питается от 5V, а сигнал получает 3.3V. В даташите указана максимальная разница между питанием и управляющим сигналом, если её превысить – лента не будет работать или будет работать нестабильно, с артефактами. Для исправления ситуации можно:

3) Самый важный пункт, который почему то все игнорируют: цифровой сигнал ходит по двум проводам, поэтому для его передачи одного провода от ардуины мало. Какой второй? Земля GND. Как? Контакт ленты GND и пин GND Ардуино (любой из имеющихся) должны быть обязательно соединены. Смотрим два примера.

4) Питание. Один цвет одного светодиода при максимальной яркости кушает 12 миллиампер. В одном светодиоде три цвета, итого

36 мА на диод. Пусть у вас есть метр ленты с плотностью 60 диод/метр, тогда 60*36 = 2.1 Ампера при максимальной яркости белого цвета, соответственно нужно брать БП, который с этим справится. Также нужно подумать, в каком режиме будет работать лента. Если это режимы типа «радуга», то мощность можно принять как половину от максимальной. Подробнее о блоках питания, а также о связанных с ними глюках читай здесь.

5) Продолжая тему питания, хочу отметить важность качества пайки силовых точек (подключение провода к ленте, подключение этого же провода к БП), а также толщину проводов. Как показывает мой опыт, брать нужно провод сечением минимум 1.5 квадрата, если нужна полная яркость

Пример: на проводе 0.75 кв.мм. на длине 1.5 метра при токе 2 Ампера падает 0.8 вольта, что критично для 5 вольт питания. Первый признак просадки напряжения: заданный программно белый цвет светит не белым, а отдаёт в жёлтый/красный. Чем краснее, тем сильнее просело напряжение!

6) Мигающая лента создаёт помехи на линию питания, а если лента и контроллер питаются от одного источника – помехи идут на микроконтроллер и могут стать причиной нестабильной работы, глюков и даже перезагрузки (если БП слабый). Для сглаживания таких помех рекомендуется ставить электролитический конденсатор 6.3V ёмкостью 470 мкФ (ставить более ёмкий нет смысла) по питанию микроконтроллера, а также более “жирный” конденсатор (1000 или 2200 мкФ) на питание ленты. Ставить их необязательно, но очень желательно. Если вы заметите зависания и глюки в работе системы (Ардуино + лента + другое железо), то причиной в 50% является как раз питание.

7) Слой меди на ленте не очень толстый (особенно на модели ECO), поэтому от точки подключения питания вдоль ленты напряжение начинает падать: чем больше яркость, тем больше просадка. Если нужно сделать большой и яркий кусок ленты, то питание нужно дублировать медным проводом 1.5 (или больше, надо экспериментировать) квадрата через каждый метр.

Светодиодные ленты

Светодиодная лента представляет собой цепь соединённых светодиодов. Соединены они не просто так, например обычная 12V лента состоит из сегментов по 3 светодиода в каждом. Сегменты соединены между собой параллельно, то есть на каждый приходят общие 12 Вольт. Внутри сегмента светодиоды соединены последовательно, а ток на них ограничивается общим резистором (могут стоять два для более эффективного теплоотвода):

Таким образом достаточно просто подать 12V от источника напряжения на ленту и она будет светиться. За простоту и удобство приходится платить эффективностью. Простая математика: три белых светодиода, каждому нужно по ~3.2V, суммарно это 9.6V. Подключаем ленту к 12V и понимаем, что 2.5V у нас просто уходят в тепло на резисторах. И это в лучшем случае, если резистор подобран так, чтобы светодиод горел на полную яркость.

Подключаем к Arduino

Здесь всё очень просто: смотрите предыдущий урок по управлению нагрузкой постоянного тока. Управлять можно через реле, транзистор или твердотельное реле. Нас больше всего интересует плавное управление яркостью, поэтому продублирую схему с полевым транзистором:

Конечно же, можно воспользоваться китайским мосфет-модулем! Пин VCC кстати можно не подключать, он никуда не подведён на плате.

Управление

Подключенная через транзистор лента управляется точно так же, как светодиод в предыдущей главе, то есть все примеры кода с миганием, плавным миганием и управление потенциометром подходят к этой схеме.

Про RGB и адресные светодиодные ленты мы поговорим в отдельных уроках.

Питание и мощность

Светодиодная лента потребляет немаленький ток, поэтому нужно убедиться в том, что выбранный блок питания, модуль или аккумулятор справится с задачей. Но сначала обязательно прочитайте урок по закону Ома! Потребляемая мощность светодиодной ленты зависит от нескольких факторов:

• Яркость. Максимальная мощность будет потребляться на максимальной яркости.
• Напряжение питания (чаще всего 12V). Также бывают 5, 24 и 220V ленты.
• Качество, тип и цвет светодиодов: одинаковые на вид светодиоды могут потреблять разный ток и светить с разной яркостью.
• Длина ленты. Чем длиннее лента, тем больший ток она будет потреблять.
• Плотность ленты, измеряется в количестве светодиодов на метр. Бывает от 30 до 120 штук, чем плотнее – тем больший ток будет потреблять при той же длине и ярче светить.

Лента всегда имеет характеристику мощности на погонный метр (Ватт/м), указывается именно максимальная мощность ленты при питании от номинального напряжения. Китайские ленты в основном имеют чуть меньшую фактическую мощность (в районе 80%, бывает лучше, бывает хуже). Блок питания нужно подбирать так, чтобы его мощность была больше мощности ленты, т.е. с запасом как минимум на 20%.

• Пример 1: нужно подключить 4 метра ленты с мощностью 14 Ватт на метр, лента может работать на максимальной яркости. 14*4 == 56W, с запасом 20% это будет 56*1.2 ~ 70W, ближайший блок питания в продаже будет скорее всего на 100W.
• Пример 2: берём ту же ленту, но точно знаем, что яркость во время работы не будет больше половины. Тогда можно взять блок на 70 / 2 == 35W.

Важные моменты по току и подключению:

• Подключение: допустим, у нас подключено ленты на 100W. При 12 Вольтах это будет 8 Ампер – весьма немаленький ток! Ленту нужно располагать как можно ближе к блоку питания и подключать толстыми (2.5 кв. мм и толще) проводами. Также при создании освещения есть смысл перейти на 24V ленты, потому что ток в цепи будет меньше и можно взять более тонкие провода: если бы лента из прошлого примера была 24-Вольтовой, ток был бы около 4 Ампер, что уже  не так “горячо”.
• Дублирование питания: лента сама по себе является гибкой печатной платой, то есть ток идёт по тонкому слою меди. При подключении большой длины ленты ток будет теряться на сопротивлении самой ленты, и чем дальше от точки подключения – тем слабее она будет светить. Если требуется максимальная яркость на большой длине, нужно дублировать питание от блока питания дополнительными проводами, или ставить дополнительные блоки питания вдоль ленты. Дублировать питание рекомендуется каждые 2 метра, потому что на такой длине просадка яркости становится заметной уже почти на всех лентах.
• Охлаждение: светодиоды имеют не 100% КПД, плюс ток в них ограничивается резистором, и как результат – лента неслабо греется. Рекомендуется приклеивать яркую и мощную ленту на теплоотвод (алюминиевый профиль). Так она не будет отклеиваться и вообще проживёт гораздо дольше.

Пошаговая инструкция по монтажу

Для того чтобы самостоятельно подключить RGB светодиодную ленту в квартире, нужно выполнить следующие этапы:

1. Подготовьте поверхность. В том месте, где Вы решили установить светодиодное освещение, выровняйте поверхность и обезжирьте ее растворителем. Если Вы решили закрепить ленту на металлической поверхности, дополнительно защитите ее электроизоляционным материалом.

2. Приклейте ленту. Одна из сторон светильника самоклеющаяся, поэтому удалите пленку и аккуратно наклейте материал на выбранное место. Запомните, что радиус изгиба не должен превышать 2 см, иначе можно навредить системе. Если нужно отрезать определенный участок материала для подключения, делайте это в соответствующих местах, которые обозначены производителем (как показано на фото). Также о том, как резать светодиодную ленту, мы рассказывали в соответствующей статье. Для соединения двух отрезков RGB ленты используйте паяльник либо специальные коннекторы.

3. Соберите цепь. Согласно схеме осуществите подключение многоцветной ленты к контроллеру, усилителю и блоку питания своими руками. Блок питания подключается к сети несложно, обычной электрической вилкой. Чтобы соединить БП с контроллером, нужно подключить черный провод к разъему «V-», а красный к «V+». Провода от ленты крепятся к контроллеру следующим образом: красный к разъему «R», зеленый к «G», а синий к «B». Оставшийся провод (он может быть любого цвета), нужно подключить к клемме с обозначением «V+»

4. Подключите подсветку к сети 220 Вольт и протестируйте пультом ДУ.

Наглядный обзор всех этапов монтажа Вы можете увидеть на видео примере:

Как собрать систему протяженностью 5 метров?

Вот и вся инструкция по подключению RGB светодиодной ленты своими руками! Как Вы видите, ничего сложно нет, главное правильно выбрать мощность устройств и схему, по которой будет собираться цепь. Если Вы случайно перепутаете провода, идущие от светильника к контроллеру, ничего страшного не произойдет, просто система не будет работать так, как должна (к примеру, вместо красного цвета будет светить синий). В этом случае просто сделайте правильное подключение и снова протестируйте готовую систему.

Похожие материалы:

• Как сделать скрытую подсветку пола
• Как выбрать светодиодную ленту
• Как сделать подсветку зеркала

При подключении обычной монохромной ленты следует придерживаться трех основных правил:

подключение выполняется параллельно отрезками не более 5 метров

лента монтируется на алюминиевый профиль

блок питания выбирается всегда с запасом по мощности

Эти же правила полностью применимы и для многоцветной RGB ленты. Однако здесь есть некоторые особенности. Связаны они с использованием в схеме подключения RGB контроллера.

Кроме этого, обязательно запомните, что полноценную rgb подсветку можно изготовить на основании светодиодов SMD 5050. Именно в них реализована возможность менять цвета в одном источнике света.

Достигается это за счет того, что светодиод собран из трех кристаллов. Во всех остальных видах SMD 2835, SMD 3528 один светодиод может светить только одним цветом.

Из-за этого в подсветке могут возникать небольшие провалы освещенности, когда соседние светодиоды попросту не будут гореть и полоса света не будет выглядеть цельной и сплошной. Примеры и недостатки таких моделей можно посмотреть в статьях ”Характеристики светодиодных лент SMD 3528” и ”Отличия светодиодной ленты SMD 2835 от SMD 3528”.

RGB контроллер подключается после блока питания. С его помощью можно менять не только цвета, но и яркость освещения, разные режимы работы, интенсивность смены расцветки и т.д.

Для режима светомузыки, когда цвета бегают по разным сторонам и сменяют друг друга, потребуются специальные контроллеры. Называются они DMX.

Напрямую через контроллер можно подключать определенную длину светодиодной ленты. Максимум это 5 метров или 10 метров при параллельном подключении двух отрезков по пять.

А что делать, если разноцветная подсветка у вас более 10 метров? Для монохромного варианта все решается параллельным подключением отдельных кусков. Например, подключаете 3 участка по 5м каждый и имеете полноценную подсветку длиной 15м.

Для RGB ленты параллельно спаять и соединить 5-ти метровые участки можно, однако с непосредственным подключением к одному контроллеру имеются нюансы.

Как подключить светодиодную ленту к Ардуино

Для этого занятия нам потребуется:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• источник постоянного тока 12 Вольт;
• светодиодная лента;
• полевые / биполярные транзисторы;
• реле Ардуино 12 Вольт;
• датчик движения;
• макетная плата;
• резисторы;
• провода «папа-папа», «папа-мама».

На картинке мы представили первый вариант подключения светодиодной ленты к Ардуино: через реле, а полевой транзистор рассмотрим далее. Первый и второй скетч, размещенные ниже, можно применять на двух схемах. Третий пример с плавным включением / затуханием можно использовать только в схеме с транзистором. После сборки схемы загрузите следующие примеры программ в плату Arduino.

Программа для светодиодной ленты Ардуино

void setup() {
   pinMode(12, OUTPUT); // объявляем пин 12, как выход
}

void loop() {
   digitalWrite(12, HIGH);
   delay(1000);
   digitalWrite(12, LOW)
   delay(1000);
}

Пояснения к коду:

1. Для зажигания LED ленты через реле можно использовать цифровой пин;
2. Код повторяет программу для мигания светодиода на Ардуино;
3. Для данного примера датчик движения к Ардуино можно не подключать.

Скетч для светодиодной ленты с датчиком движения

unsigned long counttime;
byte w = 1;

#define LED  12 // назначаем порт для реле
#define PIR  2    // назначаем порт для датчика

void setup() {
   pinMode(LED, OUTPUT); // объявляем пин LED, как выход
   pinMode(PIR, INPUT);      // объявляем пин PIR, как вход
   }

void loop() {
   delay(200);

   // если есть движение - включаем свет
   if (digitalRead(PIR) == HIGH) { digitalWrite(LED, HIGH); w = 1; }

   // если движения нет - включаем счетчик
   if (digitalRead(PIR) == LOW) { counttime = millis(); w = 0;

       while (w == 0) {
         delay(200);

         // если движения нет в течении 10 секунд - выключаем свет и выходим из цикла
         if (millis() - counttime > 10000) { digitalWrite(LED, LOW); w = 1; }

         // если обнаружено движение в течении 10 сек. - включаем свет и выходим из цикла
         if (digitalRead(PIR) == HIGH) { digitalWrite(LED, HIGH); w = 1; }
      }

   }
}

Пояснения к коду:

1. В выражении можно поставить любое значение в миллисекундах, при котором свет не будет выключаться;
2. Задержка может влиять на скорость срабатывания датчика, но позволяет немного разгрузить процессор.

Способы подключить светодиодную ленту 12В к сети 220В

При включении светодиодной полосы 12В просто в розетку она сгорит. Поэтому для включения таких устройств в бытовую сеть необходимы дополнительные устройства.

Импульсный блок питания

Такие устройства есть самодельные или фабричного производства – это лучший, хотя и самый дорогой вариант. Эти блоки обеспечивают постоянную величину напряжения и отсутствие видимых пульсаций.

Более дорогие устройства опционально оснащаются регулятором яркости света (диммером) и пультом ДУ.

Питание устройств от трансформатора

В этих аппаратах находятся понижающий трансформатор 220/12, выпрямительный мост и конденсатор, сглаживающие пульсирующее напряжение после диодного моста.

Такой блок питания можно изготовить самостоятельно из питающего трансформатора от старого лампового приёмника или телевизора, если намотать на нём вторичную обмотку 12В и собрать в корпусе вместе с диодным мостом и конденсатором.

Бестрансформаторный блок питания

Короткий отрезок ленты, например, для ночника или настольной лампы, можно подключить без понижающего трансформатора, через токограничивающий конденсатор. По похожей схеме собраны недорогие светодиодные лампы.

Недостаток этих конструкций в том, что если обычное питающее устройство потребляет из сети ток, приблизительно в 20 раз меньше необходимого для питания светодиодов (за счёт понижающего трансформатора), то бестрансформаторное устройство потребляет полный ток светодиодной ленты. Поэтому подключать к такому блоку длинную LED-полосу нецелесообразно.

Емкость конденсатора С1 необходима 1,4mkF на 0,1А тока ленты, а напряжение от 300В. Тип – МГБО или К73. Требуется фильтрующий конденсатор С2 ёмкостью 20mkF на 0,1А тока и напряжением 15В.

Ток потребления уменьшается при соединении кусочков ленты последовательно. В этом случае он равен току отдельного кусочка. При соединении нескольких отрезков последовательно напряжение конденсатора С2 умножается на их количество.

Для определения тока конструкции необходимо:

1. Количество светодиодов в метре ленты разделить на 3. Получится число неделимых отрезков;
2. Мощность метра ленты разделить на число отрезков с тремя светодиодами и на 12В – напряжение питания. Получится ток потребления одного участка;
3. Умножить ток одного отрезка на количество таких участков. Получается общий ток конструкции.

Ток диодов в выпрямительном мосте определяется током устройства, а напряжение 300В.

Например, в метре ленты SMD3528 плотностью 60 диодов содержится 10 участков по три светодиода. Один участок имеет мощность 4,8Вт/10-0,48Вт и ток, 0,48Вт/12V – 0,04А. В куске длиной 0,5 метра таких участков 5 общим током 0,2А. Следовательно, емкость С1 2.8mkF или меньше, а C2 – не меньше 40mkF.

Бестрансформаторный блок питания

Важно! На всех элементах такой конструкции, в том числе и на LED-ленте, присутствует высокое напряжение

Последовательное подключение

Последовательное подсоединение отрезков светодиодной ленты позволяет обойтись без блока питания. Это получится при соблюдении некоторых условий:

• Количество светодиодов должно делиться на 60. Это необходимо, чтобы после разрезания получилось 20 отрезков по три диода;
• Все отрезки должны быть одинаковыми, с одним количеством одинаковых светодиодов. Иначе на куске с меньшим количеством или менее яркими диодами будет большее напряжение, и он быстро выйдет из строя.

Подключается конструкция через диодный мост и фильтрующий конденсатор, аналогично безтрансформаторному блоку питания.

Подключение 12 вольтовой ленты к сети 220В

Светодиодная лента 220 вольт – это удобное осветительное устройство, которое имеет множество применений, благодаря своим преимуществам, а питание таких приборов от выпрямителя вместо блока питания позволяет сэкономить на его приобретении.

Правильная покупка светодиодной ленты на AliExpress.

Что еще можно сказать по сечению проводов? Например, лента 2812 на один диод потребляет порядка 60мА. При длине подсветки в 5 метров ток составит 18 Ампер!

По всем расчетным таблицам для такого тока требуются провода сечением 2,0-2,5мм2. Даже на самой ленте медные дорожки такого сечения не обеспечивают.

Поэтому, если хотите нормального свечения и яркости, даже на стандартные отрезки по 5 метров всегда подключайте питание с обоих концов.

Помимо сечения проводов важное значение играет и качество самих дорожек. Конечно, китайцы вам будут говорить, что у них самая лучшая продукция и никто не жаловался

Но как это проверить, не покупая изделие? Элементарно – запросите информацию по весу ленты. После этого сравните одинаковые модели от разных производителей.

Так например, у ленты длиной 5м (60 светодиодов на метр) при весе менее 100гр просадки напряжения начинаются уже через 1,5 метра!

Объясняется это очень тонкими медными дорожками или некачественной медью в них.

Ардуино – принцип действия

плата Arduino

Плата Ардуино – это устройство, на котором установлен программируемый микроконтроллер. К нему подключены различные датчики, органы управления или encoder и, по заданному скетчу (программе), плата управляет моторами, светодиодами и прочими исполнительными механизмами, в том числе и другими платами Ардуино по протоколу SPI. Контроль устройства может осуществляться через дистанционный пульт, модуль Bluetooth, HC-06, Wi-Fi, ESP или internet, и кнопками. Одни из самых популярных плат – Arduino Nano и Arduino Uno, а также Arduino Pro Mini – устройство на базе микроконтроллера ATmega 328

Внешний вид Arduino Pro MiniВнешний вид Arduino UnoВнешний вид Arduino micro

Программирование осуществляется в среде Ардуино с открытым исходным кодом, установленным на обычном компьютере. Программы загружаются через USB.

Лента горит, но не полностью что делать?

Теперь рассмотрим, почему светодиодная лента горит разным цветом, некоторые секции потускнели, либо полностью погасли?

Если вы столкнулись с такой проблемой – не обязательно менять всю инсталляцию, можно выполнить местный ремонт. Монтаж выполняется двумя способами:

• Скрытый — лента скрывается в короб;
• открытый метод — находится на поверхности.

Когда источник света скрыт в специальном профиле или на тыльной стороне конструкций, её гораздо проще отремонтировать. Просто найдите границы нерабочей области и обрежьте ленту по линиям разреза (как правильно резать светодиодную ленту).

Если монтаж видимый – приходится отрезать больший участок, чтобы скрыть коннектор. Дойдите до места, где можно незаметно спрятать соединение и от туда начинайте удалять нерабочий участок ленты.

После чего замените кусок аналогичным по мощности, типу и количеству светодиодов. Для этого нужно либо припаять, что не всегда может быть удобным, либо использовать коннекторы.

Основы правильного монтажа

Чтоб не сталкиваться с ситуациями, когда светодиодная лента горит не полностью, нужно рассмотреть основные правила монтажа:

1. Минимальный радиус изгиба – 5см. Когда вы оборачиваете ленты вокруг тонких трубок или углов, будьте готовы к тому, что она может повредится. Тонкие проводники у её основания не выдерживают таких деформаций.
2. Не монтировать вблизи зон с повышенной температурой. Частичный выход из строя светодиодной ленты может произойти потому, что вблизи находится отопительная батарея или другой источник тепла.
3. Плотный монтаж ленты с мощностью более 10Вт на метр – запрещен! Светодиоды хоть и имеют высокий КПД, но более половины их мощности превращается в тепло.

Нужно помнить, что когда вы собираете светильник с мощными лентами, например white 5050 60 led/m, которая имеет 14.4 Вт на метр, не стоит клеить её полоса к полосе или мотать виток к витку. Сделайте зазор хотя бы в толщину одной полосы.

После монтажа включите и дайте ей поработать хотя бы пару часов, периодически проверяя температуру. Если руку начинает обжигать, т.е. поднялась выше 50 градусов – сделайте конструкцию реже. Для достижения большей яркости, воспользуйтесь жесткой полосой 5730(5630) на алюминиевом основании или другими мощными светодиодами.

Экономить на некачественных лентах невозможно

Жесткая конкуренция не всегда мотивирует улучшать качество выпускаемой продукции. Покупатели выбирают, воспользовавшись советом продавца, ленту подешевле, радуясь полученной экономии. Но восторг от покупки длится недолго — дешевые светодиодные ленты быстро перегорают. Даже если лента служит долго, то через какое-то время яркость свечения падает примерно на 30-40%, накапливается разочарование.

Светодиодные ленты могут долго служить, если речь о качественных товарах, произведенных в точном соответствии требованиям техпроцесса. Около 99% светодиодной продукции на наших рынках изготавливают в Китае. Конечно, и в этой стране можно найти качественные ленты, но стоить 100 рублей они, безусловно, не будут.

Многие не задаются вопросом, возможно ли перегорание светодиодной ленты, которая куплена за символические 100 рублей. В итоге они получают на руки продукт с минимумом меди в проводах или же даже с использованием фольги, некачественными резисторами и диодами, слабым клеевым слоем и т.д. Если вы приобрели дешевую светодиодную продукцию, не удивительно, что пройдет небольшой промежуток времени, и она перегорит, утратит пестроту или яркость свечения, свет будет неравномерным от начала к концу ленты, а качество клеевой полосы окажется низким. Претензии к продавцу бесполезны, он просто пожалуется на низкое качество китайской продукции.

Через светодиод должен течь стабилизированный номинальный ток (уточните его паспортное значение). Только тогда свет будет ровным, а длительность эксплуатации перешагнет рубеж в 10000 ч. Грамотные инженеры в Китае рассчитывают балластный блок питания таким образом, чтобы напряжение на выходе было чуть выше номинального. При этом первоначальная яркость убеждает покупателя приобрести такой товар, бизнес-цель оказалась достигнутой. Но через 1—2—3 месяца эксплуатации поток света уменьшится примерно на треть в лучшем случае, в худшем возможно перегорание светодиодной продукции. Это говорит о том, что производитель умышленно снижает характеристики товара. Ведь, если все приобретут качественное светодиодные оборудование, кто будет приобретать низкопробные китайские ленты?

Если вы не сомневаетесь в качестве ленты, причиной её перегорания может оказаться проблема в электропроводке. Слабый контакт в распределительной коробке — причина напряжения на входе, который может спровоцировать поломку.

Технические характеристики

Адресная светодиодная лента состоит из RGB-светодиодов в SMD корпусе 5050 и микрочипов ШИМ-драйверов. В настоящее время наиболее популярными являются адресные LED-ленты с использованием чипов WS2811 и WS2812B. Модификация WS2811 представляет собой интегральную микросхему (ИМС) в корпусе DIP-8 (9,2х6,4 мм) или SOP-8 (5,1х4,0 мм). Данный 3-канальный драйвер имеет следующую конфигурацию выводов:

• 1 – ШИМ-регулируемый выход (красный);
• 2 – ШИМ-регулируемый выход (зелёный);
• 3 – ШИМ-регулируемый выход (синий);
• 4 – общий;
• 5 – выход передачи данных;
• 6 – вход передачи данных;
• 7 – выбор режима работы;
• 8 – питание +5В.

Адресная светодиодная лента – каждый светодиод получает питание от общего источника, но включается по индивидуальной команде.

В адресной ленте с использованием чипа WS2811 и питанием 5 вольт микросхема драйвера располагается в непосредственной близости перед каждым RGB-светодиодом SMD 5050, рядом с которым также установлены токоограничивающие резисторы и конденсатор, защищающий от помех. Но на сегодняшний момент такие модели устарели и встречаются крайне редко. Сегодня в продаже имеются адресные светодиодные ленты на чипах WS2811 только с питанием от +12 В. В этом случае чип WS2811 управляет не одним светодиодом, а группой из 3 штук.

Различные оттенки светодиодной ленты.

Не успела ИМС WS2811 обрести популярность, как её место заняла более совершенная WS2812B. Данный тип ШИМ-драйвера намного компактнее и размещается непосредственно в корпусе светодиода SMD 5050. Если присмотреться, то под прозрачным люминофором можно увидеть миниатюрный чёрный прямоугольник с отходящими позолоченными проводниками.

Подобная унификация позволила значительно упростить сборку адресных светодиодных лент и модулей, а сам WS2812B имеет лишь 4 вывода:

• 1 – питание (+3,5… +5,3 В);
• 2 – выход передачи данных;
• 3 – общий;
• 4 – вход передачи данных.

ИМС драйвера потребляет не более 1 мкА, а максимальный ток одного адресного светодиода составляет 60 мА. Диапазон рабочих температур: от -25 до +80°C. При выборе адресной светодиодной ленты важным критерием является степень защиты от влаги и пыли. Для использования в уличных условиях подойдут только модели с IP65 и IP67.

Материал в тему: Что такое конденсатор

Что такое адресная светодиодная лента?

В первую очередь давайте рассмотрим, что вообще такое цифровая Led лента, как она устроена и как работает? По-другому ее еще называют адресной, умной или лентой “бегущий огонь”.

Главное отличие от обычных изделий заключается в присутствии на плате микросхем. Причем они могут быть как встроенными в сам светодиод.

Так и внешними.

Они позволяют управлять режимами работы каждого сегмента по отдельности. Таким образом можно напрямую запускать и отключать свечение любого светодиода или пикселя.

В данном случае пикселем называют ячейку из одного или нескольких светодиодов сразу (обычно по 3 штуки).

Вы сможете управлять как яркостью, так и цветом любого диода в ленте и при этом создавать совершенно потрясающие световые эффекты:

для автомобиля

для аквариума

на фасаде дома

на ёлке

Многообразие вариантов будет зависеть только от вашей фантазии.

Немного теории

Если вы не имеете совершенно никакого представления о том, как работает светодиодная лента, стоит познакомиться с самим принципом ее работы. Ее основной элемент, дающий свет, – это полупроводниковый прибор, состоящий из двух кристаллов. В атомной структуре одного из них преобладают отрицательно заряженные ионы (электроны), а в другом – положительные (так называемые дырки). Если этот кристаллический «бутерброд» подключить к гальванической батарее, то при совпадении полюсов – плюс к элементу с «дырками», а минус к тому, где преобладают электроны – через него потечет ток. Он и вызовет свечение на стыке материалов.

Заметьте, что эффект свечения возникает только при совпадении плюсов и минусов. То есть, если вы подключите светодиод к источнику переменного тока, то он начнет моргать. Но и это еще не все. Кристаллы эти довольно малы – не более пяти миллиметров в диаметре. Если через них пропустить бытовой ток в 15 А, то они попросту сгорят. По этой причине светодиодные ленты подключают к особым источникам питания, понижающим напряжение и выпрямляющим его.

В источнике питания обязательно есть выпрямляющий диодный мост и RC-фильтр на входе, сглаживающий пульсации (нестабильность) питающего напряжения. От этого фильтра и зависит качество блока питания. В самых надежных и дорогих использованы стабилизаторы тока на микросхемах. В простых – те самые RC-фильтры.

Промышленностью выпускаются светодиодные ленты, питающиеся как от 24-х, так и от 12-ти вольт. Выходное напряжение блока питания должно соответствовать этому номиналу.

Электрическая схема БП светодиодных лент похожа на те, что используются для питания осветительных ламп того же типа.

Последовательность простого подключения светодиодной ленты

Наиболее простой и быстрый способ соединения проводов с контактными площадками светодиодной ленты – это механическое соединение при помощи специального LED-коннектора. Для соединения необходимо контактные площадки ленты сопоставить с контактами коннектора и защёлкнуть крышку.

Этот метод отличается дороговизной, потому что один коннектор по стоимости сопоставим с 0,5 м ленты, и он не такой надёжный, как соединение при помощи пайки припоем. Не все согласятся на подобные денежные затраты при том, что осветительное устройство состоит из множества ленточных отрезков, а не одного.

Расчет длины ленты

Вначале выполняется подсчёт основной протяжённости участка, на котором будет закреплено ленточное устройство. Обязательно нужно учитывать, что резка ленты может осуществляться через определённые промежутки в соответствии с числом светодиодов.

Резка ленты

Изделие составляют параллельно соединённые сегменты. В составе одного сегмента ленты с питающим напряжением 12В находятся три корпуса с диодами и три сопротивления. Каждый корпус содержит по три полупроводниковых кристалла с красным, зелёным и синим свечением. Для кристаллов с одним цветом выполняется последовательное включение. Чтобы ограничить силу тока, проходящего по цепочкам диодов, в последовательном порядке находятся сопротивления: R1, R2, R3.

Бывают случаи, когда требуется выполнить подключение лишь небольшого отрезка ленты, а не всех 5 метров изделия, что находится в стандартной катушке. Тогда её необходимо разрезать в предварительно размеченных местах.

Если лента обрезается по линиям завода-производителя, то это не приведёт к негативным последствиям. А вот только два светодиода с разомкнувшейся цепью не будут светить.

Схема из одного блока питания и одной ленты

К внешнему концу ленты подключены провода для соединения. При их отсутствии придётся их припаивать. Красный провод (-+) и чёрный (—) отмеряют такой длины, чтобы её хватало до блока питания. Их зачищают с обеих сторон.

При помощи маломощного паяльника припаивают провода на дорожки ленты. Это нужно выполнить максимально быстро, чтобы не нанести вред светодиодам, не перегреть их.

На участках, где выполнялась пайка, следует сделать качественную изоляцию, используя термоусадочную трубку. Потом лента подключается к блоку питания.

Смотрите видео простого монтажа светодиодной ленты:

Адресная лента ws2813

Поэтому прогресс не стоял на месте и позже были разработаны более совершенные ленты – ws2813 (5V), ws2815 (12V).

У таких лент добавлена четвертая дублирующая дорожка. По ней передаются данные, если какой-то из диодов сгорел и вышел из строя.

Как это работает? Сигнал в нормальном состоянии поступает на Data Input (DIN) и выходит с чипа на Data Out (DO). По такой цепочке данные проходят по всей ленте.

Когда первый чип выходит из строя и данные перестают выходить с DO, благодаря дублирующей дорожке сигнал продолжает поступать на разъем BIN.

Второй чип анализирует пропажу сигнала на DIN, но видит его наличие на BIN и продолжает работать как ни в чем не бывало.

Самое главное, чтобы при выходе из строя первого диода не произошло замыкания между VDD и GND.

Ошибка №1

Никогда не используйте подсветку на чипах типа WS2812b при съемке видео.

Если захотите снимать кино или видеоклип с такой подсветкой, то применяйте только ленту WS2813, не меньше.

Дело здесь в частоте регенерации. У старых моделей она всего 400Гц.

Для человеческого глаза это может быть и незаметно, а вот камера вам такой ошибки не простит.

Вот очень наглядный эксперимент с такими светодиодами в динамике. Подключите отрезок ленты с двумя разными чипами и попробуйте помахать ими из стороны в сторону.

Результат на пойманом стопкадре.

Надо заметить, что это всего лишь один подключенный светодиод 2812b и 2813, а не несколько их штук в одном ряду.

Отличие лент ws2812, ws2812b, ws2811

Наиболее распространенные модели со встроенными микросхемами имеют маркировку WS2812 или WS2812b. С внешними – WS2811.

Чем модель ws2812 отличается от ws2812b? Первые имеют 6 контактов (PIN) для управления, а вторые, с буковкой “b” – всего четыре.

На 2812 питание светодиода и чипа разнесены. У 2812b питание интегрированного драйвера и светодиода вынесено на один PIN (VDD).

А в чем главные отличия между ws2812b и ws2811?

ws2812b – работает от 5v

ws2811 – питание 12v (в 2015г прекращен выпуск последних моделей на 5в)

WS2812 управляет кластерами по одному диоду, WS2811 управляет тремя светодиодами одновременно.

Существенным недостатком диодов ws2812 является то, что если в цепочке сгорит хотя бы один из них, то все дальнейшие светодиоды, стоящие после него, тут же перестают работать.