Двухцветные светодиоды с тремя выводами

Ардуино для начинающих. Урок 5. Кнопки, ШИМ, функции

В этом уроке мы узнаем: как подключить кнопку к ардуино, как подавить дребезг контактов, как в прошивке обработать нажатие на кнопку, как послать ШИМ сигнал, как создать свою функцию и как управлять светодиодом.

В этом уроке используются следующие детали:

Большая макетная плата на 1600 точек с 4 шинами питания:	Купить
Набор резисторов из 100 штук на все случаи:	Купить
Набор светодиодов из 100 штук:	Купить
5 штук кнопок в удобной форме:	Купить
Соединительные провода 120 штук:	Купить

Подключение кнопки к Arduino

Как видите, ничего сложно в подключении кнопки к ардуино нет

Обратите внимание, что кнопка установлена так, что каждый ее контакт подключен к разным линиям макетной платы. Так же вы можете заметить резистор на 10 кОм который притягивает контакт к земле. Это нужно для того, что бы мы на 8 контакте не ловили наводок

Попробуйте убрать этот резистор из схемы. Светодиод будет загораться при шевелении проводов или кнопки. Теперь давайте рассмотрим скетч:

Это нужно для того, что бы мы на 8 контакте не ловили наводок. Попробуйте убрать этот резистор из схемы. Светодиод будет загораться при шевелении проводов или кнопки. Теперь давайте рассмотрим скетч:

В этом уроке, как и прошлом, в самом начале мы объявляем переменные со значениями пинов к которым у нас подключены кнопка и светодиод. Далее в функции setup() мы обозначаем какой пин используется как вход, а какой как выход. В функции loop() мы используем условный оператор if с оператором сравнения и проверяем приходит ли на пин 8 высокий сигнал. Если да то включаем светодиод, если нет то выключаем. Описание функций и операторов вы найдете в справочнике по языку программирования Arduino

Теперь немного усложним наш код. Давайте сделаем так, что бы при нажатии на кнопку светодиод загорался и гас только при следующем нажатии на кнопку. Для этого в схеме мы менять ничего не будем, а скетч теперь будет выглядеть так:

В этом скетче мы добавили переменные для хранения состояния светодиода и кнопки. Так же мы создали новую функцию для подавления дребезга контактов debounse(). Код в цикле loop() тоже немного изменился. Теперь в условном операторе мы проверяем нажата ли кнопка и если нажата, то меняем состояние светодиода на противоположное. Потом меняем переменную с последним состоянием на текущее состояние кнопки и включаем или выключаем светодиод.

Подключение светодиода к Arduino

Теперь светодиод подключен к 11 пину ардуино, которой умеет делать ШИМ. И нам пришлось добавить токоограничивающий резистор на 220 Ом перед светодиодом, что бы его не спалить. Это необходимо потому, что светодиоды работают при напряжении 3.3 В, а пин ардуино отдает 5 В. Теперь посмотрим что нужно изменить в скетче:

В этом примере мы изменили значение переменной ledPin на 11. Так же добавили переменную для хранения уровня ШИМ ledLevel. При нажатии на кнопку будем увеличивать эту переменную. Функция debounce() осталась без изменений. В цикле мы теперь используем функцию analogWrite().

Управление

Включение светодиода происходит при прохождении прямого тока, когда анод подключен к плюсу, катод к минусу. Многоцветный спектр излучения можно получить, изменяя интенсивность свечения каналов (RGB). Результирующий оттенок определяется соотношением яркостей отдельных цветов. Если все 3 цвета одинаковы по интенсивности свечения, результирующий цвет получается белым.

Для тех, кто забыл

Скважностью называется отношение длительности периода следования импульсов к длительности импульса. Чем ниже скважность импульсов канала, тем ярче свечение соответствующего led диода

Программа управления скважностью импульсов цветовых каналов зашита в микросхеме контроллера. Такое изменение скважности импульсов, осуществляемое в целях управления процессом, называется ШИМ (широтно – импульсной модуляцией). Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ. На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета.

Катоды одного цвета всех диодов объединены, и через резисторы R4.1, R4.2, R4.3 соединяются с эмиттером соответствующего транзистора. Таким образом, все светодиоды красного цвета подключены к транзистору VT1.1, зеленые светодиоды – к VT1.2, синие – к VT1.3. При перемещении движков потенциометров R1.1, R1.2, R1.3 изменяется ток базы соответствующего транзистора. Величина тока базы определяет степень открытия перехода «эмиттер – коллектор», и, в конечном счете, яркость свечения соответствующего цвета. Перед подключением нужно правильно определить полярность светодиода, иначе он не будет светиться.

Применение цифровых программируемых контроллеров предоставляет практически безграничные возможности управления цветом. В тех же случаях, когда не требуется создание цветовых динамических образов, может быть применен аналоговый способ управления. Это могут быть наружные или интерьерные светильники для статической подсветки с выбором цвета. Кстати. Применение такого регулирования в системах подсветки панелей приборов транспортных средств позволяет водителю выбирать любой оттенок и яркость.

Блок питания

Светодиодные RGB-ленты функционируют от источников питания напряжением 12 или 24 В

При выборе блока управления обратите внимание на несколько важных физических условий:

напряжение и мощность блока должны соответствовать заявленным требованиям для RGB;
в зависимости от места монтажа прибор должен характеризоваться той или иной степенью влагозащищенности.

Есть несколько разновидностей блоков питания, которые можно найти на рынке:

с алюминиевым корпусом, высокой герметичностью и защитой от проникновения влаги, но высокой стоимостью;
мини-изделие в пластиковом корпусе, частично защищенном от влаги, по более низкой стоимости;
открытый блок, расположенный в перфорированном корпусе, характеризуется наибольшими габаритами и высокой мощностью, нуждается в дополнительных средствах защиты от влаги;
сетевой блок — средняя мощность.

Ознакомьтесь с инструкцией, которая прилагалась к RGB-ленте. Там указана мощность для одного погонного метра.
Умножьте эту величину на длину гибкой платы, затем полученное значение увеличьте на 30 % (всегда должен быть запас мощности). В итоге узнаете мощность блока питания, необходимого для выбранной LED-ленты.

Управление, подключение RGB светодиодов

Для управления RGB светодиодами необходимо установить нужное значение параметров. На выходы подаются прямоугольные импульсы определенной величины, влияющие на величину среднего тока и средней яркости.

Если импульсы будут маленькие, то светодиоды начнут мигать. Для постоянного свечения требуется частота 60-70 Гц ( старые модели ), в новых типах не менее 100 Гц.

Простейшая реализация управления RGB светодиодов требует ШИМ. Главное — правильная реализация программной части. На первый взгляд это сложно. Но только на первый взгляд… В действительности — это не тяжелее, чем подключать обычные диоды.

Особенности конструкции

Многие покупатели уже успели оценить, как эффектно смотрится механическая клавиатура с RGB подсветкой, объекты рекламы или интерьера. Создать разное по характеристикам освещение можно при помощи разных типов систем.

Лента для создания свечения разных цветов может содержать от 30 до 240 диодов на 1 погонном метре платы. Это обеспечивает требуемую интенсивность свечения. Лента поделена на секции. Чаще всего они имеют длину 10 см. В каждой из них находится по 3 диода. Подобные элементы включают в свою конструкцию 3 кристалла. Каждый из них находится в определенном секторе. При необходимости нужный участок светится сильнее или слабее, создавая разный оттенок.

На ленте границы секций помечены. Это позволяет определить, в каком месте ленту можно разрезать, чтобы применить ее в разных целях. Правда для подключения такого изделия потребуется владеть техникой пайки. В продаже для соединения представленных изделий представлены коннекторы. Они облегчают процедуру монтажа, повышают ее качество.

Шаг 6: Подключите цепь к Arduino

После того, как ваш щит готов и схемы припаяны, пришло время связать их вместе. Во-первых, подключите ваш Ардуино к экрану, чтобы можно было идентифицировать метки контактов. Теперь, используя некоторые соединительные провода, подключите их к Ардуино следующим образом:

Цветомузыка на Ардуино – порядок сборки

Штыри эмиттера всех транзисторов к Gnd pin на Arduino.
Базовый вывод транзистора 1 – цифровой штырь 09 на Arduino через резистор 1K.
Базовый вывод транзистора 2 на цифровой штырь 10 на Arduino через резистор 1K.
Базовый вывод транзистора 3 – цифровой вывод 11 на Arduino через резистор 1K.

Затем, наконец, приклейте схему, а также arduino вместе с экраном внутри корпуса.

Если у вас возникли затруднения при пайке. Воспользуйтесь нашими рекомендациями.

Лайфхак по подключению RGB-ленты без контроллера

Подобное подключение можно выполнить при наличии в доме трех ненужных блоков питания от старой, вышедшей из строя техники, с выходом на 12 В. Такие адаптеры часто идут к небольшим телевизорам. Их размещают над подвесным потолком или в другом скрытом от глаз месте, но рядом с распределительной коробкой выключателя. Все адаптеры требуется запитать, однако сделать это нужно по отдельности. Для этого используется трехклавишный выключатель. После произведенных работ останется лишь подключить к минусовым проводам цветные выводы. Плюс, идущий от ленты, разделяется на все блоки питания.

Получается, что при нажатии одной из клавиш RGB-светодиод будет загораться определенным цветом. При включении парами в различных вариациях можно добиться нужного оттенка. Конечно, ни о каком пульте или приглушении освещения здесь речи не идет.

Подключение

В качестве примера приведем схему подключения ргб диодов к универсальному блоку автоматики Arduino, созданному на базе микроконтроллера ATMEGA. На рис. 2 показана схема подключения rgb led с общим катодом. Выводы RGB в обоих случаях подключаются к цифровым выходам (9, 10,12). Общий катод на Рис.2 соединен с минусом (GND), общий анод на Рис.3 – с плюсом питания (5V). Arduino — простой контроллер для начинающих роботехников, позволяющий создавать на своей базы различные устройства, от обычной цветомузыки на светодиодах до интеллектуальных роботов.

Будет интересно Что такое SMD светодиоды

Устройство светодиода.

Led-диод состоит из полупроводникового кристалла, который закреплен на подложке, корпуса с контактами и оптической системы.

Устройства индикаторных (DIP), плоских (SMD) и СОВ элементов различаются снаружи.

Конструктивное устройство DIP.

DIР-светодиод в разрезе.

В основании прибора монтируются контакты. Кристалл (один или несколько) закреплен на катоде. К кристаллу присоединяется проволока. Она соединяет полупроводники с анодом. Это необходимо для группировки двух проводников с различными типами проводимости. Сверху led-элемент герметично покрывается линзой. Корпус устройства изготавливается в виде цилиндра из эпоксидной смолы, край которого обрезан со стороны катода. Монтаж led-элемента происходит путем пайки длинных выводов.

Конструктивное устройство SMD.

SMD-светодиод в разрезе.

Корпус изготавливается параллелепипедом. Его основа – теплоотвод от кристалла. На нее монтируется полупроводниковый элемент. Контактный провод соединяет его с анодом. Контакты выполняются плоскими. Сверху элемент герметично накрывается линзой.

Конструктивное устройство СОВ.

COB-технология – новейшее направление в производстве.

Такие светоизлучающие диоды имеют в основании теплопроводящую подложку (обычно алюминиевую). На нее непроводящим клеем закрепляют полупроводниковые кристаллы, которые объединены по последовательно-параллельной схеме. Сверху все покрывается люминофором.

Такой тип led легко монтируется, выдает хороший световой поток и не искажает цвета. Востребованы в производстве небольших, ярких прожекторов и декоративной подсветки. В отличие от DIP и SMD способны работать при повышенных температурах. Но из-за своего устройства имеют меньший срок эксплуатации по сравнению.

Если на одной подложке смонтировано множество кристаллов, то такой led-элемент называется светодиодной матрицей.

Конструктивное устройство PCB Star.

Состоит из одного большого кристалла, который монтируется на алюминиевую подложку в форме звезды. За счет увеличенной площади кристалла повышается мощность светодиода. Упрощается его фокусировка. Поэтому РCB Star востребованы в производстве ярких источников света: от фонариков до прожекторов.

Какие бывают светодиоды

Самые первые светодиоды применялись в качестве индикаторов и продолжают использоваться в этой сфере до сих пор. Наибольшее распространение получили индикаторные светодиоды, которые являются элементами выводного монтажа. Они имеют прямоугольную или круглую линзу и встречаются, начиная с самых простых устройств, и заканчивая сложнейшим современным оборудованием. Используются не только для индикации, но и в качестве подсветки.

Наиболее характерные представители этой группы имеют круглые выпуклые линзы, диаметр которых составляет от 3 до 10 мм. Однако незначительный ток этих светодиодов не дает возможности получить большое количество света, делая их использование в качестве осветительных приборов нецелесообразным. Больше всего они подходят для таких приборов, как бегущая строка и световое табло. Они требуют незначительного тока и напряжения и почти не нагреваются.

Индикаторные светодиоды могут быть белыми или цветными в соответствии со стандартным цветовым спектром. Некоторые конструкции выпускаются в многоцветном варианте. В этом случае одна линза оборудуется тремя переходами, а нижняя часть — четырьмя выводами. Такие элементы получаются более функциональными, что дает возможность создания цветных светодиодных табло.

С развитием технологий, в выводном монтаже стали использоваться более современные яркие светодиоды. Сила света этих элементов значительно выше, чем у индикаторных светодиодов, поэтому они стали широко применяться для карманных фонариков.

Поверхностный монтаж на печатную плату все чаще выполняется с помощью светодиодов, совместивших индикаторные и осветительные функции. Известные под маркой SMD — Surface Mounted Device. Они заключены в корпуса со стандартной размерной линейкой. По мощности их можно сравнить с индикаторными светодиодами. Большое количество таких светодиодов может быть смонтировано на небольшой площади печатной платы. За счет этого удается получить светодиодные лампы, и панели практически любых размеров.

Отдельно стоит отметить группу сверхъярких светодиодов, широко используемых в наружной рекламе и тюнинге автомобилей. Они известны под названием «Пиранья», имеют прямоугольную форму и улучшенные рассеивающие свойства. Четыре вывода позволяют жестко закрепить элемент на плате или другой плоскости. Основные цвета — белый, красный, зеленый и синий, размеры составляют 3-7,7 мм.

В настоящее время светодиоды наиболее широко используются в помещений. Они представлены модельным рядом СОВ, что означает Ghip On Board. Данные источники света могут быть теплыми и холодными, белыми, желтыми и других оттенков. По цвету они похожи на обычные лампы накаливания, лампы дневного света и даже на естественный солнечный свет. Эти параметры напрямую зависят от характеристик полупроводников и нанесенного люминофора. Для нанесения покрытия используются в основном синие светодиоды, что дает возможность получения красного, зеленого, желтого и другого цвета. Световые качества максимально приближены к люминесцентному освещению.

Конструктивно светодиоды СОВ состоят из множества кристаллических полупроводников, смонтированных на общую подложку и покрытых люминофором. Таким образом, удается достичь высокой яркости за счет суммарного светового потока, создаваемого несколькими источниками света, расположенными очень плотно между собой. В случае необходимости такие светодиоды могут применяться как индикаторы.

В процессе эксплуатации данным элементам обязательно необходим отвод тепла, а устройства повышенной и высокой мощностью оборудуются радиаторами. В противном случае под влиянием тепла светодиодные кристаллы будут разрушаться. Если они окажутся частично разрушенными, потребуется замена всей подложки. Поэтому рекомендуется заранее позаботиться об охлаждении.

Сегодня все более популярными становятся источники света Filament, светодиоды у которых напоминают обычную нить накаливания. Световые свойства этого вида светодиодов заметно превосходят любые модели СОВ. Это достигается за счет большого количества кристаллов, смонтированных на стеклянную подложку. Далее вся конструкция заливается флуоресцентным составом. Данная технология получила название Chip On Glass, что означает чип на стекле.

Величина видимого телесного угла составляет 3600, поэтому световая отдача выше, чем у плоских матриц. Светодиодная лампа на 6 Вт по световому излучению равна обычной лампе накаливания на 60 Вт.

Подключение нескольких светодиодов

Для подключения нескольких светодиодов к ардуино нужно просто подключить каждый из них к своему цифровому порту по той же схеме. Например, для создания проекта «Мигалка» можно взять два светодиода красного и синего цвета, подключив через сопротивление их положительные (длинные ножки)контакты к 13 и 12 пину соответственно. Короткие ножки подключаются к минусу – земле.

Схема подключения светодиодов проекта Мигалка

Мы уже знаем, что на плате нас дожидаются три разъема с таким обозначением («GND»), можно подключать к любому. Если разъемов питания будет не хватать, у нас есть три варианта.

Сформировать нужные уровни питания на свободных пинах. Например, подав в скетче низкий уровень сигнала на пин 5, мы получим на этом разъеме необходимый нам «минус».
Использовать макетную плату, на которой есть отличные варианты для раздачи «плюсов и минусов» через общие линии питания (смотрите статью на нашем сайте).
Использовать специальные платы расширения Sensor Shield, у которых для каждого пина отдельно выводятся пины с питанием и землей.

Точно так же вы сможете подключить и следующие светодиоды, приступив к проектам светофор или светодиодная лента.

Имейте в виду, что подключение более 3 светодиодов создает достаточно большую нагрузку на модуль питания платы Arduino. Поэтому не рекомендуется устраивать длительное одновременное включение множества светодиодов.

Как это контролировать?

Принципы управления светодиодом RGB включают постоянное снижение тока (CCR) и широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Но из-за таких причин, как высокое тепловыделение CCR, обычно PWM применяется для управления яркостью отдельного света для получения разных цветов.. Есть некоторые возможности для пользователей, чтобы настроить различные цвета.

Контроллер и приемник

Купите контроллеры и приемники, а затем установите приемники. Вы можете изменить цвета светодиода RGB, нажимая кнопки на контроллере.. Этот тип контроллера реализует функцию приема сигналов с помощью радиочастотной или ИК-техники.

Обратите внимание, что он может управлять освещением только в ограниченной области.

Wi-Fi/Bluetooth и приемник

Вы можете создавать различные цвета огней с помощью своего смартфона.. Сделать это, купить ресивер, который может принимать сигналы от Wi-Fi или Bluetooth. Затем вы можете использовать определенные приложения для управления освещением..

DMX-контроллер

Контроллер DMX полезен, когда необходимо управлять большим количеством источников света., потому что он может контролировать 512 каналы. Данные каждого светодиода отображаются на экране контроллера, чтобы вы могли управлять ими отдельно.. Контроллер DMX широко используется поэтапно, бары, отели и другие места, где всегда проводятся масштабные мероприятия.

Как выбрать качественную светодиодную ленту для RGB подсветки

Выбор RGB подсветки обусловлен несколькими критериями:

условия работы;
размеры и конфигурация оформляемой поверхности;
ожидаемый уровень освещенности;
мощность, напряжение питания.

Сопоставление этих параметров позволяет подобрать наиболее подходящую светодиодную подсветку

Помимо приведенных показателей важно выбирать среди известных и надежных производителей, поскольку дешевые изделия из развивающихся стран не способны продемонстрировать качественную и долговечную работу

Если в происхождении ленты возникают сомнения, лучше поискать в другом магазине. Это займет некоторое время, но поможет подобрать оптимальный и качественный вариант RGB подсветки для существующих условий.

https://youtube.com/watch?v=lnFCWwoY3fY

Одноцветная

Подключение одноцветной светодиодной ленты не представляет ничего сложного. Все, что нужно – приобрести составляющие элементы подсветки, отрезать нужную длину LED ленты, припаять ее к блоку питания и заизолировать оголенные контакты. Сейчас мы подробно рассмотрим каждый из этапов подключения.

Выбираем схему подключения

Чтобы самостоятельно подключить светодиодную ленту к сети 220 вольт, нужно в первую очередь выбрать схему подсоединения всех элементов. Если Вы решили сделать подсветку, используя при этом не более 5 метров изделия, тогда достаточно соединить ленту с блоком питания 220 на 12 в, а БП подключить к домашней сети через шнур с вилкой.

Однако часто бывает, что нужно подключить более 5 метров светодиодной ленты – 10, 15 либо даже 20 метров. В этом случае соединять все отрезки последовательно запрещается, т.к. произойдет перегрев первого 5-метрового отрезка и в то же время напряжение на последующих участках значительно упадет. Такое подсоединение сократит срок службы LED подсветки. Все самые популярные схемы подключения светодиодной ленты мы подробно рассмотрели в соответствующей статье. Для примера предоставим их еще раз.

Последовательно (допускается, если нужно добавить небольшой отрезок):

Параллельно:

С двумя блоками питания (если лента большой длины):

Обращаем Ваше внимание на то, что можно подключить светодиодную ленту через выключатель либо диммер, что очень удобно при создании дополнительной подсветки в кухне либо другой комнате. В этом случае выключатель света подключается перед блоком питания в разрыв фазы, как показано на схеме ниже:

Диммер нужно подключать после блока питания, так, как показано на этом примере:

Со схемами подключения светодиодов к сети 220v разобрались, теперь переходим к самому процессу соединения элементов цепи.

Соединяем комплектующие

В самом простом примере мы имеем блок питания 220/12v и 5 метров одноцветной LED ленты. Чтобы подключить все элементы к 220 вольтам, нужно выполнить следующие действия:

Отрезать подходящую длину изделия. О том, как правильно резать светодиодную ленту, мы уже рассказывали. Разрезать проводник нужно в строго отведенных местах, обозначенных пунктирной линией либо значком ножниц, как показано на фото ниже:

Подготовить провода для подключения. Если длина не более 5 метров, можно смело выбирать провод, сечением 1,5 мм2. При большой длине ленты рекомендуем рассчитать сечение провода по мощности и току, чтобы выбрать подходящее значение.
Подготовить паяльник, канифоль и припой.
Обезжирить контактные площадки светодиодного проводника, используя ватку и спирт.
Зачистить провода для подключения изделия на 2-3 мм для пайки.
Выполнить лужение проводов и контактных площадок для пайки.
Припаять проводки к светодиодной ленте. Лучше всего для пайки использовать оловяно-свинцовый припой

Важно не перепутать жилы по цветам, иначе светодиоды не загорятся. Черный либо синий провод нужно подсоединить к клемме «-», а красный к «+». Заизолировать место пайки, используя термоусадочную трубку

Заизолировать место пайки, используя термоусадочную трубку

Кстати, вместо термоусадки также можно использовать клеевой пистолет, который надежно защитит оголенные контакты.

Подключить провода от ленты к блоку питания, также руководствуясь цветовой маркировкой.
К клеммам L, N и PE подсоединить кабель от сети 220 вольт. Не забудьте перед этим отключить электричество в доме либо квартире.

Недостаток таких переходников в том, что со временем контакт будет ухудшаться, чего нельзя сказать о более надежной пайке проводов. Увидеть, как подключить светодиодную ленту с помощью коннекторов и пайки Вы можете на видео ниже:

Наглядная инструкция по подсоединению контактов