Адресные светодиоды и светодиодные ленты — как устроены и работают, подключение и управление

Адресная светодиодная лента – это украшение любого проекта Arduino. С ее помощью вы можете создавать светомузыку, умную подсветку для телевизора, бегущие строки и другие проекты, в которых требуется отобразить информацию на широком экране.

Благодаря встроенным контроллерам, вы можете управлять каждым из светодиодов ленты в отдельности, управляя ими как пикселями на экране.

В этой статье мы разберемся, как работает адресная светодиодная лента, как ее подключить к  Ардуино и какие библиотеки лучше использовать для управления.   

Адресные светодиодные ленты

Светодиодная лента – это набор связанных светодиодов, на которые может одновременно подаваться напряжение питания. Обычные ленты хорошо всем знакомы, они используются сегодня повсюду.

В адресной светодиодной ленте так же используются светодиоды, но светоизлучающий диод может управляться отдельно и независимо от других.

Таким образом, адресные ленты можно использовать для более интеллектуального управления световым потоком на отдельных участках ленты, включая или выключая подсветку в нужное время и в нужном месте.

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управлениеАдресная светодиодная лента WS2811

Сегодня наибольшей популярностью пользуются разноцветные светодиодные ленты RGB-формата, позволяющие получать множество цветов.

 Благодаря конструкции есть возможность управления цветом каждого светодиода, что позволяет создавать оригинальные световые эффекты.

Главное отличие адресной светодиодной ленты от обычной RGB ленты – это наличие специальных контроллеров (конструктивно выполненных в виде микросхем) возле каждого светодиода, что и дает возможность индивидуальной адресации и регулирования каждого оттенка.

Как правило,л ента содержит 3-4 контакта для подключения. Два вывода используются для питания – 5 Вольт и земля, остальные один или два – логический, для управления свечением.  

Управление умной лентой производится по цифровому протоколу. Это значит, что без управляющего контроллера управлять устройством нельзя. Кстати, при прикосновении к цифровому входу может загореться несколько диодов – это связано с тем, что появляются помехи, которые контроллер принимает за команды.  

Самыми популярными адресными светодиодными лентами являются устройства на чипах WS2812b и WS2811. В первом случае чип находится прямо внутри светодиода, то есть один прибор управляет свечением одного излучающего диода. Питание ленты составляет 5 вольт. Во втором случае чип помещается отдельно, и к нему подключаются 3 диода. Мощность – 12 вольт.

Купить адресную светодиодную ленту

Ленты ws2812 достаточно распространены на российском рынке, их без труда можно найти в многочисленных специализированных магазинах. Можем посоветовать интернет-магазин Giant4.

Ru с достаточно широким ассортиментом различных светодиодных лент и вполне низкими ценами, сопоставимыми с али.

Если же есть возможность и желание ждать товар с Алиэкспресса, то ниже мы собрали вместе некоторые популярные варианты у надежных поставщиков:

Как работает адресная светодиодная лента

Принцип работы ленты следующий. Она поделена на сегменты, в каждом из которых находятся светодиод и конденсатор. Они все подключены параллельно, а данные передаются последовательно от одного сегмента к другому. Управление осуществляется контроллером, в котором прописывается программа функционирования. Управлять лентой можно через платформу Ардуино.  

Маркировка адресной ленты: 

  • Black PCB / White PCB – цвета подложки; 
  • 1м/5 м – длина адресной ленты; 
  • 30/60/74 и т.д. – сколько светодиодов приходится на 1 метр ленты; 
  • IP30, IP65, IP67 – степень влаго- и пылезащищенности ленты =.  

Адресные светодиодные ленты используются для сборки полноценных модулей, в конструировании ламп с управлением soft lights, для декоративной подсветки, в построении диодных экранов уличной рекламы.  

Видео инструкции и ролики

  • Обучающее видео на канале HomeMade:
  • Видео по созданию бегущей строки на базе ленты ws2112

Лента на базе ws2812b

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управлениеЛента на базе ws2812b

Лента на чипе ws2812b является более совершенствованной, чем ее предшественник. ШИМ драйвер в адресной ленте компактен, и размещается прямо в корпусе светоизлучающего диода.  

Основные преимущества ленты на основе ws2812b: 

  • компактные размеры; 
  • легкость управления; 
  • управление осуществляется всего по одной линии + провода питания; 
  • количество включенных последовательно светодиодов не ограничено; 
  • невысокая стоимость – покупка отдельно трех светодиодов и драйвера к ним выйдет значительно дороже. 

Лента оснащена четырьмя выходами: 

  • питание; 
  • выход передачи данных; 
  • общий контакт; 
  • вход передачи данных. 

Максимальный ток одного адресного светодиода равняется 60 миллиамперам. Рабочие температуры лежат в пределах от -25 до +80 градусов. Напряжение питания составляет 5 В +-0,5. 

ШИМ драйверы ленты 8-мибитные – для каждого цвета возможно 256 градация яркости. Для установки яркости нужно 3 байта информации – по 8 бит с каждого светодиода. Информация передается по однолинейному протоколу с фиксированной скоростью. Нули и единицы кодируются высоким и низким уровнем сигнала по линии.  

1 бит передается за 1,25 мкс. Весь пакет из 24 бит для одного светодиода передается за 30 мкс.  

Пример подключения к ардуино

Любая адресная светодиодная лента имеет начало и конец, которые важно не перепутать во время сборки. На них есть специальные обозначающие стрелки, которые указывают направление сигнала.  

Лента ws2812B подключается к Ардуино следующим образом. 

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управлениеЛента ws2812B подключается к Ардуино следующим образом

Еще один вариант подключения:

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управлениеПодключение ws2128 к Ардуино

Выходы питания с ленты 5В и земля соединяются с соответствующими контактами на микроконтроллере Ардуино. При подключении отрезка с более чем 13 светодиодами потребуется выносной блок питания. Земля и минус блока питания должны быть соединены друг с другом. DINможно подключить к любому цифровому порту на Ардуино. Он используется для получения данных с контроллера.  

Цифровой вход ленты идет на вход контроллера, поэтому между ними нужен токоограничивающий резистор номиналом 100-500 Ом. С его использованием нагрузка на пин будет ниже.  На другом конце ленты также есть 3 контакта, к которым можно подключить отрезки различной длины.  

Каждый блок ленты состоит из трех светодиодов. Соответственно, для управления подсветкой потребуется 3 байта – по одному на каждый свет. Каждый байт принимает значение от 0 до 255 – это значит, что есть возможность задания более 16 миллионов оттенков.

Данные передаются следующим образом: 

  • ШИМ драйвер забирает первые 3 байта, остальные передаются на выход D0; 
  • затем пауза длительностью 50 мкс; 
  • второй драйвер принимает следующие 3 байта.И так далее.
  • Когда длительность задержки становится более 50 мкс, передача окончена и начинается второй цикл.

Причины проблем при работе с адресной светодиодная лентой: 

  • неправильное соединение с землей; 
  • сигнальный провод идет не в начало схемы;
  • перепутаны земля и 5 В;
  • если получаются цвета ближе к красному, проблема с блоком питания, пайкой линии или слишком тонкие провода;
  • после подключения без резистора пин на Ардуино может сломаться, поэтому придется переключать на другой. 

Библиотеки Ардуино для работы со светодиодной лентой

Для управления адресной светодиодной лентой существует 3 библиотеки: FastLED, AdafruitNeoPixel и LightWS2812. Наиюолее популярной является первая. Она поддерживает все версии Ардуино и различные протоколы данных, которые используются не только для адресной ленты. Но надо иметь в виду, что FastLED более ресурсоемкая.

Вторая библиотека, AdafruitNeoPixel, чаще используется при работе со светодиодными кольцами. Возможностей меньше, скорость ниже, но она менее требовательна к ресурсам, в ее составе только самое нужное. Поддерживает все версии Ардуино. Третья библиотека используется не очень часто.

Работать с библиотеками FastLED и Adafruit NeoPixel одинаково просто. Их отличия заключаются в функциональности и объеме занимаемой памяти.

Основные моменты подключения ленты: 

  • Команды передаются друг за другом, и нужно не перепутать начало и конец. D1 принимает команды, D0 используется для подключения дополнительных отрезков.  
  • Для подключения цифрового входа нужно резистор. 
  • При монтаже адресной светодиодной ленты нельзя допускать статического электричества.  
  • Если между лентой и Ардуино расстояние более 15 см, сигнальный провод и землю нужно перекрутить в косичку. Это поможет избежать наводок.  
  • Питание. Каждому светодиоду в сегменте нужно 20 мА. Суммарный ток будет составлять 60 мА. Нужно просчитать общий ток ленты, и, исходя из полученного значения, подбирать блок питания. Например, лента длиной 1 м с 60 диодами будет потреблять 60*60=3600 мА=3,6 Ампер. Блок питания подбирается с похожей мощностью.  
  • Силовые точки должны быть запаяны качественно. Провода должны иметь такое сечение, чтобы выдерживать подаваемую нагрузку. Минимальное сечение 1,5 кв.м. При тонких проводах заданный программно белый цвет будет отдавать красным оттенком.  
  • Помехи. Лента, которая мигает, может создать помехи на линии. Если она с контроллером получает напряжение от одного источника, то помехи пойдут на микроконтроллер. Это может привести к нестабильности работы и различным сбоям. Решением проблемы будет установка электролитического конденсатора емкостью 470 мкФ на питание микроконтроллера и конденсатор на 1000 или 2200 мкФ на питание ленты.  
  • Если лента и устройство управления питаются от источников с разным напряжением, нужно использовать преобразователь уровня.  
  • Рекомендуется подавать на ленту менее 5 В питания. 
  • Питание в длинной ленте советуется распределить по всей длине. В ином случае моет произойти перегрев токопроводящих дорожек.
  • На ленте имеется толстый слой меди. От точки питания по ленте может падать напряжение. Для удаления подобной проблемы нужно дублировать питание при помощи медного провода сечением минимум 1,5 кв.м. через каждый метр.  

Соблюдение основных моментов и следование инструкции позволяет самостоятельно подключить адресную светодиодную ленту к вашему проекту.

Адресная светодиодная лента – что это?

Среди всего разнообразия светодиодных лент, адресные (или адресуемые) модели занимают одно из наиболее почётных мест. В предыдущих статьях мы уже рассматривали различные разновидности многоцветных лент, работа которых основана на RGB-кристаллах.

Для управления ими используются специальные контроллеры, которые отвечают за включение и выключение определённых цветов, что позволяет создавать требуемые световые комбинации. В свою очередь, адресные модели – это ещё один огромный шаг вперёд для мира светодиодов и микроэлектроники.

С их помощью большие массивы LED-элементов даже можно организовывать в целые экраны и световые панно для демонстрации образов и картинок.

Когда типовые светодиодные ленты присоединяются к диммерам или контроллерам, их функционал ограничивается возможностями управляющих устройств и числом разъёмов для подключения.

Читайте также:  Как пахнет электромагнитное поле

При использовании сторонних микроконтроллеров возможности расширяются, но может появиться проблема их коммутации с несколькими десятками лент или блоков светодиодов. В то время, как у каждого контроллераколичество клемм ограничено, для каждого светодиода требуется как минимум четыре токовывода, а для RGBWи RGBWW – ещё больше.

Большая часть из них отвечает за цвета, а последний контакт (группа контактов) является катодом или анодом, в зависимости от разновидности ленты.

Фирменные контроллеры устроены таким образом, чтобы максимально оптимизировать коммутационные процессы. Они оперируют 24-битным сигналом, который состоит из трёх блоков информации по 8 бит – по одному для красного, зелёного и синего цвета.

В сигнале также закодирован уровень яркости свечения для определённого оттенка и сдвиг в регистре, позволяющий распознать, к каким именно светодиодам пытается обратиться пользователь.

Всё это позволяет соединять множество элементов последовательно, задействуя всего один вывод контроллера.

Адресная светодиодная лента представляет собой набор из LED-элементов, где диод-секция фактически включает в себя мини-контроллер. Это может показаться невероятным, однако внутри каждого подобного светоизлучающего узла на гибкой плате располагается микроскопический контроллер, оснащённый тремя транзисторными выходами.

Описанная конструкция делает возможным обращение к ленте не по цвету или группе – теперь можно напрямую взаимодействовать с каждым конкретным полупроводником и ставить перед ним определённые задачи.

Зачастую адресные ленты имеют три или четыре контакта: два для питания (к примеру, вольтаж и заземление), а один или два оставшихся – логические, используемые для управления.

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управление

Интересные особенности

На Западе такие изделия носят название смарт-лент, что роднит их с высокими технологиями и «Умным домом». Хотя по типу используемых диодов они достаточно близки к общеизвестным светодиодным RGB-лентам, для управления здесь используются иные алгоритмы. Сигнал кодируется по специальному цифровому протоколу, который всегда нуждается в активации.

То есть, если потребитель просто подключит изделие в сеть, ничего не произойдёт – проверить его работоспособность и возможности без контроллера не получится. Даже если попытаться в экспериментальных целях прикоснуться к цифровому входу ленты, она воспримет эти случайные помехи как хаотичный управляющий сигнал и в лучшем случае мигнёт случайными секциями.

Для полноценного же управления необходимы только команды от отдельного устройства.

Очень важно понимать, что сигнал передаётся по ленте последовательно, от предыдущего элемента к последующему. Из-за этого у неё есть начало и конец, причём на некоторых моделях движение команд даже изображено в виде стрелочек.

Очень часто входной контакт маркируется литерами DI («digital input» – «цифровой вход»), выходной – DO («digital output» – цифровой выход).

Соответственно, приём команд осуществляет DI, а DO необходим для подключения последующих отрезков ленты и соединения секций.

Одной из самых интересных особенностей адресных лент является принцип прохождения цифрового сигнала.

Для его правильного распространения необходимы два провода, а потому только лишь одного контакта, приходящего от контроллера, будет мало.

Где же взять второй провод в столь стеснённых условиях? Оказывается, им выступает провод заземления: контакт GND на ленте и соответствующий ему на управляющем устройстве должны быть соединены.

Найдя адресную ленту в магазине, потребители всегда стараются одновременно сэкономить и приобрести как можно более качественный товар. В рассматриваемом контексте под «качеством» будет пониматься яркость, а за неё во многом ответственно количество светоизлучающих компонентов.

Бывает так, что на один метр приходится по 144 полупроводника. Если помнить, что в моменты максимально яркого свечения один диод пропускает около 65-70 мА, то с учётом их количества на ленте для такой цепи потребуется блок питания, имеющий ток не менее 10 А.

Это весьма значительная величина для мира микроэлектроники, способная загубить немало мелких деталей. Чтобы избежать неприятных последствий, запитывать ленту через контроллер не рекомендуется, потому что в противном случае он попросту быстро перегорит под нагрузкой.

Правильнее всего использовать внешние блоки питания любого рода.

Среди особенностей адресных изделий необходимо назвать и негативные. Первой из них будет малая защищённость от условий внешней среды.

В отличие от обычных светодиодных лент с IP65 или IP68, такие модели гораздо хуже себя чувствуют на открытом воздухе.

Начиная с температуры около -12°С, находящийся на морозе контроллер будет заметно подтормаживать, а с усилением стужи и вовсе выйдет из строя. Таким образом, помещать его даже при наружном монтаже ленты лучше всего где-нибудь в помещении.

Вторая неприятная особенность связана с типичной электрической проблемой – способом подключения проводников. Последовательная коммутация всегда проигрывает параллельной.

При выходе из строя одного светодиода вслед за ним перестанут срабатывать и остальные.

Причём дело даже не в питании как таковом: как мы указывали ранее, регистр сдвига попросту не будет способен передавать адресную информацию дальше.

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управление

Применение смарт-лент

Подобные разновидности лент имеют самую обширную сферу применения: их можно использовать и в быту, и для подсветки автомобиля, и в рекламных целях.

Следует понимать, что в подавляющем большинстве случаев адресные модели выступают исключительно как дополнительный источник света и декоративный элемент. До определённой степени это вызывает у потребителей несколько снисходительное отношение к ним.

Впрочем, такое мнение целиком оправдано: крайне сложно придумать серьёзную отрасль человеческой деятельности, где смарт-лента была бы строго незаменимой.

В домашних условиях она при всём многообразии цветов не может заменить люстру или обычный светильник, хотя и смотрится в интерьере гораздо более интересно.

Чаще всего внутри жилых помещений такие изделия используются в качестве элемента роскоши – в домах состоятельных людей, готовых выложить немалые деньги за подобные развлечения. Наиболее удачно такая динамическая подсветка смотрится в частных домах, где перекрытия выше, чем в квартирах.

Благодаря монтажу изделий за карниз можно устроить скрытую подсветку потолка не только всеми цветами радуги с синхронным переливом, но и создать видимость движения светового луча.

Кроме того, смарт-ленты всё чаще принимают участие в создании инсталляций современных представителей искусства. Они помогают имитировать водопады, движение механического транспорта или трёхмерных моделей без фактического перемещения экспонатов и т.д.

Для того, чтобы создать алгоритм работы ленты, достаточно обладать базовыми навыками программирования и иметь возможность подключать разные типы микроконтроллеров.

В наше время распространение подобных устройств привело к тому, что для многих визуально интересных приёмов программный код контроллеров может быть легко найден в интернете.

Существует очень много идей для отдельных целей в жилище. Например, наружная подсветка аквариума при помощи смарт-ленты превратит даже небольшой резервуар в интересный элемент интерьера, а если в квартире потребителя установлен крупный аквариум, то здесь вообще открывается простор для фантазии.

Также популярным является решение задействовать подобные изделия для освещения телевизоров или мониторов с тыльной стороны. Общеизвестно, что подолгу смотреть на экран в условиях полумрака вредно для человеческих глаз, а потому создать локальный световой фон будет очень неплохой идеей.

Более того, для мягкой аккомодации зрения динамические переходы света также весьма полезны. Главное – не переборщить со скоростью движения луча или смены оттенков. При оборудовании такой подсветки лента помещается на пластиковый кожух монитора или телевизора, освещая при этом ближайшую стену и пространство вокруг себя.

В результате отражённый свет рассеивается, позволяя сделать работу, просмотр фильмов или новостей более комфортным.

Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управление

Обычному человеку увидеть адресную ленту проще всего в витринах магазинов и на ночных вывесках. Они задействуются для привлечения внимания потенциальных покупателей, динамической смены яркости и цвета свечения, а также имитации бегущих огоньков.

Последний приём является одним из наиболее классических и знаком каждому: на здании укрепляется большой указатель с подсвечиваемой стрелкой. На ней последовательно загораются диоды, всё время меняя свой цвет.

Во многих вывесках старого типа всё ещё применяются небольшие лампочки, а наиболее современные уже полностью перешли на светодиоды.

Адресная лента в сфере рекламы является прямым конкурентом гибкому неону. Оба эти типа светодиодной продукции позволяют ярко и качественно подсвечивать объекты разных форм, однако каждый имеет свой недостаток, являющийся ключевым преимуществом другого.

Так, светодиодный неон пока что не может похвастаться той же степенью управляемости свечением, как умная лента, из-за чего проигрывает в богатстве световых картин, доступных для реализации. Вместе с тем, на его стороне механическая прочность и морозоустойчивость.

Для работы гибкого неона нет необходимости прибегать к использованию дополнительных питающих модулей, преобразователей и контроллеров. Даже для моделей светодиодного неона, который работает при 12 В постоянного тока, потребуется лишь соответствующий блок питания. Важно, чтобы последний имел надлежащую защиту и эффективно охлаждался при работе.

В то же время, умные ленты достаточно «нежны»: из-за богатого функционала они боятся электрических перегрузок, не имеют такой же защиты, как модели попроще, и требуют для работы не только качественный контроллер необходимой маркировки, но и отдельный блок питания.

Крайне распространено применение смарт-изделий в автомобильной сфере. Всё больше автолюбителей придумывают интересные концепты, чтобы превратить своего железного коня в произведение искусства или просто необычно его украсить.

Например, проще всего монтируется переливающаяся разными цветами лента, которая «бежит» по боковой части машины от капота к багажнику через весь кузов, подчёркивая очертания транспортного средства. Также нередко можно заметить подсветку днища или дверей машины, особенно в той области, где придётся ступить человеку, покидая салон.

Таким образом, подсветка одновременно выполняет не только декоративную, но и вполне полезную миссию.

Кроме того, автомобилисты нередко придумывают, каким образом усовершенствовать поворотные огни. Например, на заднюю часть кузова устанавливают отрезок ленты, который светит в направлении предстоящего поворота – в одну или другую сторону, дублируя сигнал поворотников.

Мало того, что это эффектно выглядит, так ещё и позволяет другим участникам дорожного движения своевременно и верно понимать предстоящий манёвр автомобиля.

Читайте также:  Как устроены и работают бесконтактные термометры

Опять-таки, декоративный элемент играет вполне понятную утилитарную роль и способствует повышению безопасности на дорогах.

Светодиодная лента

Светодиодная лента на светодиодах SMD3528, 120 светодиодов на 1 метр. Поперечной линией с контактными площадками обозначены отдельные блоки светодиодов, по которой при необходимости отрезается лента необходимой длины

Светодио́дная ле́нта — источник света, собранный на основе светодиодов. Представляет собой гибкую печатную (монтажную) плату, на которой равноудалённо друг от друга расположены светодиоды. Обычно ширина ленты составляет 8-20 мм, толщина (со светодиодами) 2—3 мм. При изготовлении лента сматывается в рулоны длиной 1 до 30 м. Для ограничения тока через светодиоды, в электрическую схему ленты вводятся балластные сопротивления (резисторы), которые также монтируются на ленте.

Разновидности лент

Принципиальная электрическая схема монохромной светодиодной ленты — блоки из нескольких светодиодов с резистором соединённых последовательно, объединённые между собой параллельно основными токопроводящими дорожками ленты (обычно, при напряжении питания ленты 12 В, по 3 светодиода в блоке). По этой причине при отрезании ленты вне обозначенных на ней мест светодиоды повреждённого блока перестают работать

Светодиодные ленты производятся с использованием SMD- и DIP-технологий. Цифры в обозначении означают размер чипа кристалла в десятых долях миллиметра (SMD 3528 — размер 3,5 мм на 2,8 мм).

В зависимости от типа светодиодов ленты разделяются по величине светового потока (количеству светодиодов в 1 метре ленты) и цвету свечения.

Бывают ленты с монохромным свечением (красного, зелёного, синего, жёлтого, белого цвета) и многоцветные (с возможностью создания практически любого оттенка, RGB).

Так же, как и светодиоды с белым цветом, светодиодные ленты бывают различной цветовой температуры — от 2700 К до 10000 К.

В конструкции RGB-ленты используются размещённые на одной основе (ленте) чередующиеся светодиоды трёх цветов (красный, зелёный, синий), то есть эту ленту можно представить как три одноцветные ленты, либо трёхкомпонентные RGB-светодиоды, имеющие в своём составе три полупроводниковых излучателя красного, зелёного и синего свечения, объединённые в одном корпусе.

  • Многоцветный (RGB) светодиод SMD 5050 RGB, смонтированный на многоцветной светодиодной ленте

  • Монохромные светодиоды (красного, синего, зелёного цвета свечения) на многоцветной ленте

  • Монохромная светодиодная лента на бобине

  • Светодиодная лента с белыми светодиодами и понижающий выпрямляющий блок питания

  • Контроллер RGB-светодиодной ленты c 44-кнопочным инфракрасным пультом дистанционного управления

Подключение ленты

Светодиодная лента работает от постоянного тока и подключается к постоянному напряжению, величиной обычно 12 В, реже 24 В и 5 В. Поэтому для подключения светодиодной ленты к сети электропитания дополнительно необходим преобразующий блок питания.

Для плавного управления яркостью и цветом свечения цветной светодиодной ленты применяются контроллеры, принцип работы которых состоит в изменении яркости свечения светодиодов отдельно по каждому цвету. Многие контроллеры могут управляться с помощью пульта дистанционного управления.

Большинство лент имеют ограничение по длине последовательно подключенных участков в 5 метров (ограничено сопротивлением току токопроводящих дорожек ленты, соответственно с падением напряжения и нагревом их при большей длине), поэтому реализуя проекты с большим количеством ленты следует использовать параллельную схему подключения. При этом также следует учитывать сечение провода: чем больше расстояние между блоком питания и лентой, тем выше потери, и соответственно тем больше требуется сечение провода.

Расчет необходимой мощности блока питания осуществляется исходя из номинальной мощности ленты, длины подключаемых участков, а также коэффициента запаса, который обычно следует принимать как 1,15. Так к примеру для ленты 240 SMD 3014, общей длиной в 4 метра потребуется блок питания мощностью = 24 Вт (номинальная мощность ленты) * 4 м * 1,15 (коэффициент запаса) = 110,4 Вт.

Характеристики некоторых светодиодных лент в зависимости от используемых светодиодов[1]

Применяемый светодиод
Количество светодиодов в 1 метре ленты
Напряжение на которое рассчитана лента
Cила тока возникающая в цепи питания ленты и на которую должен быть рассчитан блок питания
Мощность потребления 1 метра ленты
3528 60 12 В 0,4 А 4,8 Вт
120 0,8 А 9,6 Вт
240 1,6 А 19,2 Вт
5050 30 0,6 А 7,2 Вт
60 1,2 А 14,8 Вт
120 2,4 А 29 Вт
240 24 В 2,4 А 58 Вт

Преимущества и недостатки

Радужная 3-цветная тень от предметов при общем белом фоне освещения многоцветной светодиодной лентой с монохромными светодиодами 3-х основных цветов, возникающая вследствие того, что точки излучения света разных цветов разнесены друг от друга на ленте на несколько сантиметров

Преимущества

  • Простота монтажа. Многие ленты имеют на обратной стороне двухсторонний скотч, что позволяет её легко крепить практически на любые поверхности.
  • Невысокая цена эксплуатации. По отношению световой поток/стоимость эксплуатационных расходов светодиоды имеют один из самых высоких показателей.[2].
  • Надёжность. По сравнению с традиционными лампами накаливания и люминесцентными лампами, светодиоды имеют бо́льший срок службы.
  • Неограниченный потенциал в увеличении светового потока по сравнению с точечными источниками, совместимыми со старой арматурой. Нет опасности перегрева элементов — световой поток пропорционален длине ленты.
  • Возможность реализации оригинальных дизайнерских решений за счет гибкости и небольшой толщины светодиодной ленты [3].
  • Возможность выбора желаемого цветового оттенка сцены при использовании RGB-светодиодных лент с контроллерами, позволяющими управлять независимо яркостью каждого канала[4] и также применение художественных эффектов поддерживаемых большинством контроллеров (мигание, смена цветов, плавное перетекание оттенков из одного в другой, эффект «бегущей волны», регулировка яркости и т. д., как вручную, так и предустановленными режимами работы контроллера).
  • Отсутствие необходимости в дополнительной влагозащитной арматуре при использовании влагозащищённых светодиодных лент и блоков питания (или размещении блоков питания вне помещений с повышенной влажностью).
  • Электробезопасность обусловленная низким напряжением питания самих лент (при условии использования блоков питания имеющих трансформаторы и гальванический разрыв между цепями питания ленты и питания самого блока).

Недостатки

  • При одинаковом световом потоке, стоимость светодиодной ленты выше, чем традиционных источников света, таких как лампа накаливания или люминесцентная лампа (на 2012 год).
  • Полностью несовместима со старой арматурой.
  • Худшие показатели цветопередачи при использовании RGB-ленты по сравнению с белым светодиодом. Это связано с тем, что применяемые светодиоды 3528/5050 имеют невысокий индекс цветопередачи на уровне 80, а некоторыми производителями вовсе не нормируется [5].

Применение

Пример применения светодиодной ленты в освещении комнаты
Монохромная зелёная влагозащищённая (силиконизированная) светодиодная лента в бобине
Синий светодиодный шнур

Компактные размеры, большая гамма цветов и малое потребление электроэнергии определили широкое применение светодиодной ленты.
Подсветка интерьера домов и квартир (потолков, напольная, периметров помещений, арок и ниш), дизайн экстерьера (контуры зданий, фонтаны, бассейны, архитектурные элементы), рекламная подсветка, автомобильный дизайн, мебельное освещение — все это сферы, где можно применять и использовать светодиодные ленты[2][3].

Герметичные (влагозащищённые) светодиодные ленты и шнуры c IP6X используются для внешней подсветки зданий и сооружений и для сигнализации на дорогах (в том числе для размещения на транспортных средствах), а также применяются в помещениях с повышенной влажностью[6].

См. также

  • Светодиодная нить
  • Светодиодное освещение
  • Светодиодная подсветка
  • Светобумага
  • Электролюминесцентный провод

Примечания

  1. ↑ Сколько энергии потребляет светодиод? // Статья на сайте SvetodiodInfo.ru.
  2. 1 2 Fine Homebuilding. The Energy-Smart House (неопр.). — Taunton Press (англ.)русск., 2011. — ISBN 9781600854095.
  3. 1 2 Ching, F.D.K. A Visual Dictionary of Architecture (неопр.). — Wiley, 2011. — ISBN 9781118160497.
  4. ↑ LED Lighting Solutions Guide (неопр.). — Maxim Integrated Products, 2011.
  5. ↑ RGB 5050 LED Strip (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 19 марта 2013. Архивировано 26 ноября 2013 года.
  6. Boyce, P.R. Lighting for Driving: Roads, Vehicles, Signs, and Signals (англ.). — CRC Press, 2009. — (Ergonomics and human factors). — ISBN 9780849385292.

Схемы подключения RGB лент аналоговых и цифровых

Многоцветная светодиодная лента – это не только красиво, но и практично.

В любой момент времени, вы можете обновить дизайн помещения, всего лишь изменив цвет свечения светодиодной ленты, и таким образом создать в нем подходящую случаю атмосферу.

Подключение многоцветных светодиодных лент RGB, в целом аналогично подключению одноцветных. Разница заключается в количестве компонентов: для управления цветом свечения RGB ленты потребуется установка специального контроллера RGB, для длинных лент потребуется установка дополнительных блоков питания и различных усилителей.

Почему на обычной RGB ленте не меняется цвет от начала к концу?

Светодиодные ленты бывают двух типов: аналоговые и цифровые. В аналоговых лентах все светодиоды включены в параллель. Следовательно, вы можете задавать цвет всей светодиодной ленты, но не можете установить определенный цвет для конкретного LED. Эти ленты просты в подключении и не дорогие.

Цифровые светодиодные ленты устроены немного сложнее. К каждому светодиоду дополнительно устанавливается микросхема, что делает возможным управлять любым светодиодом. Такие ленты намного дороже обычных.

В связи с тем, что светодиодные ленты RGB бывают как аналоговые (один цвет свечения для всей ленты) так и цифровые (можно задать цвет для каждого светодиода ленты в отдельности), то и контроллеры будут соответственно разные. Это надо учитывать при выборе контроллера.

Также контроллеры различаются по количеству и мощности выходов для подключения светодиодных лент, и возможным функциям. Все это также учитывается при выборе контроллера RGB.

Можно выделить несколько основных схем подключения светодиодных лент RGB

1. Подключение аналоговой светодиодной ленты к RGB контроллеру, длина ленты до 5 метров

  • На контакты контроллера V+ и V-  подводится питание от внешнего блока питания подходящей мощности и напряжения. На светодиодную ленту выходит четыре провода со следующей маркировкой (на входе светодиодной ленты контакты имеют аналогичное обозначение):
  • R — красный цвет; G — зеленый цвет; B — синий цвет;
  • V+ или иное обозначение — общий провод.
Читайте также:  Акваробот турбипресс - блок автоматического управления насосом

Соблюдая правила подключения RGB контроллера, вы сможете без труда подключить светодиодную ленту к контроллеру, и работать она будет долгие годы. Очень важно не перепутать расположение проводов, иначе, управляя одним цветом свечения, загораться на ленте будет совершенно другой.

Также, на каждом контроллере, указана максимальная допустимая нагрузка на каждый выход светодиодной ленты, которую нельзя превышать (нагрузку можно подсчитать путем умножения количества светодиодов в ленте на потребляемую мощность (или ток) одного светодиод, либо посмотреть суммарную мощность на упаковке светодиодной ленты).

Рассмотрим наглядный пример подключения светодиодной ленты 5050 RGB. Светодиодная лента, при помощи коннектора с четырьмя проводами, подключается к контроллеру RGB, к которому в свою очередь подключается внешний блок питания. Управление цветом производится при помощи радиопульта. 

2. Подключение аналоговой светодиодной ленты RGB к контроллеру, длина ленты более 5 метров

В этом случае, из-за большого энергопотребления, светодиодные ленты нельзя подключать прямо к выходу контроллера RGB, так как мощности выхода контроллера просто не хватит для питания длинной светодиодной ленты.

Для таких случаев, в схему добавляются специальные усилители сигнала RGB и дополнительные источники питания.

  1. RGB усилитель
  2. Возможны несколько вариантов подключения длинных лент – последовательное, параллельное и смешанное (параллельно – последовательное или наоборот).
  3. Схема подключения RGB ленты 15 метров:

На схеме выше представлено последовательное соединение светодиодных лент длиной по 5 метров каждая.

Исходя из схемы, видно, что первая лента подключается прямо на выход контроллера, так как его выход рассчитан на подключение одной 5-ти метровой полосы, а все остальные подключаются через усилитель сигнала RGB последовательно, причем к каждому усилителю подводится питание от отдельного источника постоянного напряжения. Количество лент в данном случае не имеет значение. Такой вид соединения удобен для выполнения светодиодной подсветки по периметру.

Схема подключения RGB ленты 20 метров:

Аналогично выполняется и параллельное соединение, только все усилители сигнала RGB подключаются прямо к выходу контроллера параллельно. Каждый усилитель сигнала, также имеет свой отдельный источник питания.

Внимание! Если мощность контроллера позволяет, т.е. контроллер при подключении всей светодиодной ленты имеет запас мощности не менее 20%, то использование RGB усилителей и блоков питания к ним можно исключить.

Схема подключения светодиодной ленты к контроллеру остается без изменений, но используется уже один мощный блок питания, который подключается к контроллеру.

НО! В мощных блоках питания (от 200-300W) для охлаждения уже используется вентилятор, который соответственно шумит, если подсветка будет работать в полной тишине, к примеру подсветка потолка в спальне, данный шум будет вызывать дискомфорт.

Комбинируя два типа подключения светодиодных лент, можно реализовать самые разнообразные задачи. К примеру, вам надо сделать подсветку в трех комнатах. Сначала делаете параллельное соединение на каждую комнату, а затем в каждой комнате делаете еще и последовательное соединение.

Существуют также RGB контроллеры, позволяющие с одного пульта (планшета, телефона) управлять подсветкой в разных комнатах. Количество отдельно управляемых зон может быть до 10шт, зависит от модели контроллера. Подключение светодиодной ленты осуществляется по схемам, указанным выше, добавляется только необходимость «привязки» каждого контроллера к пульту.

Комбинируя типы подключения светодиодных лент можно реализовать самые разнообразные задачи.

3. Подключение аналоговой светодиодной ленты RGBW к контроллеру

  • Подключение светодиодных лент RGBW, исполнение может быть:
  • встроен отдельный белый светодиод на ленте в дополнении к RGB светодиодам применяется две светодиодные ленты, к примеру RGB и Белая c оттенком WarmWhite
  • в светодиодной ленте каждый светодиод имеет 4 кристалла, формирующих красный, зеленый, синий, белый цвета свечения.

Схема подключения производится аналогично приведенным выше схемам. Единственным отличием, является использование четырехканального контроллера RGBW, усилителей RGBW.

  1. При подключении 5 метров соединять ленту рекомендуется с двух сторон, для сведения к минимуму фактора «потери тока» (при подключении длинных отрезков последовательно подключенных, светодиоды в начале ленты будут светить ярче светодиодов, расположенных в конце ленты)
  2. Схема подключения светодиодной ленты RGBW, когда мощности контроллера недостаточно:
  3. В данной схеме применяются RGBW усилители и дополнительные блоки питания к ним

4. Подключение адресных цифровых светодиодных лент RGB SPI (бегущий огонь)

Аналогично простым светодиодным лентам, подключение адресных цифровых лент RGB имеет свои нюансы. Для них требуются программируемые контроллеры управления, которые поддерживают линии синхронизации данных.

Одной единой схемы подключения адресных цифровых светодиодных лент RGB не существует, так как они моделируются в зависимости от контроллеров управления, применяемых микросхем в ленте и требуемых конструкций.

Единственное, можно отметить, что эти светодиодные ленты имеют направленность линии данных, т.е. у них есть вход и выход. В случае длинных участков лент, также отдельно подается питание на различные отрезки.

  • Как правило, такие светодиодные ленты имеют следующие контакты для подключения:
  • GND – общий провод питания DI – линия передачи данных CI – линия тактового генератора (clock) SI – линия синхронизации
  • +5V – питание
  • Ниже приведены две схемы, реализованные на программируемом контроллере Arduino.
  • Стоит добавить, что программный код для таких контроллеров пишется отдельно в специализированных программных средствах, после чего загружается в сам контроллер через различные интерфейсы.

Светодиодная лента оснащенная микросхемами управления WS 2811 используется для создания многоцветных световых эффектов различной сложности – от простейшего эффекта «бегущий огонь» до воспроизведения динамических изображений на мультимедийных кранах. Для управления данной светодиодной ленты может быть использован любой контроллер с интерфейсом SPI (Serial Peripheral interface), поддерживающий работу с микросхемами WS 2811.

  1. Данная светодиодная лента имеет следующие контакты для подключения:
  2. 12v – питание ленты (+12V источника питания) DIN – вход сигнала DATA DO – выход сигнала DATA GND – общий провод питания и управления (-12V источника питания и GND контроллера)
  3. Схема подключения светодиодной ленты SPI c микросхемами WS2811

Если необходимо синхронное управлением несколькими лентами применяется разветвитель SPI, сигнал с одного входа распределяется на 8 выходов.

При монтаже данной светодиодной ленты иногда нет возможности установить контроллер рядом с лентой.  В данном случае устанавливается усилитель-конвертор, он позволяет увеличить расстояние передачи цифрового сигнала до 200 метров.

Увеличение дальности выполняется за счет преобразования сигнала и передачи его по симметричному кабелю типа «витая пара».

Усилитель-конвертор преобразует несимметричный сигнал TTL уровня в симметричный сигнал интерфейса RS485 (режим ТХ – передачи) и наоборот, RS485 в TTL (режим RX – прием). Режим устанавливается перемычкой на плате.

  • (Вид со стороны деталей) Расположение, назначение клемм; перемычка выбора режима (Вид со стороны клемм)
  • Подключение 1-ого усилителя при наличии у контроллера симметричного выхода D+ и D-
  • Подключение 2-х усилителей при наличии у контроллера несимметричного выхода DATA

5. Подключение цифровых светодиодных лент RGB с интерфейсом DMX-512

Светодиодная лента DMX используются для получения световых эффектов различной сложности – от простейшего эффекта «бегущей волны» до создания экранов с динамическими изображениями.

На цифровой RGB ленте расположены адресные микросхемы (драйверы светодиодов), позволяющие контроллеру напрямую обращаться к конкретному светодиоду (пикселю), что позволяет задать цвет каждого светодиода в отдельности (или группы светодиодов, в зависимости от типа исполнения ленты).

Светодиодная лента с интерфейсом DMX управляется любым контроллером, формирующим стандартный DMX сигнал.  По умолчанию адреса на ленте распределены последовательно, начиная с первого адреса, по три адреса на светодиод (группу светодиодов, один пиксель).

 Для назначения адресов используется редактор DMX. Цифровые светодиодные ленты подключаются к одному выходу контроллера только последовательно и имеют направленность передачи данных, таким образом, к выходу первой ленты подключается вход второй и т.д.

 При соединении отрезков учитывайте направление передачи сигнала записи адресов.

Вход сигнала записи адресов имеет обозначение на ленте “ADi”, выход – “ADо” К каждой цифровой светодиодной ленте длиной 5 метров подводится отдельное питание на контакты V+ и GND (за исключением первой). Усилители RGB сигнала для них не применяются.

  1. Цифровая светодиодная лента DMX имеет следующие контакты для подключения:
  2. V+ – питание +5V Di – вход линии данных Do – выход линии данных
  3. GND – питание –5V
  4. Направление линии передачи данных указывается на самой ленте в виде направленных стрелок.
  5. схема подключения светодиодной ленты к DMX контроллеру
  6. схема подключения светодиодной ленты при записи DMX адресов

6. Подключение светодиодных лент RGB с помощь контроллеров DMX

Управление DMX используется для создания сложных световых эффектов и позволяет управлять до 170 RGB источников света и 128 RGB+W источников света.

Управление каждым источником света осуществляется с DMX контроллера. Контроллер передает цифровой сигнал DMX декодеру, который уже в свою очередь преобразовывает его в PWM (ШИМ).

Каждый DMX декодер занимает 3 (RGB) или 4 адреса адреса (RGB+W), в зависимости от типа RGB декодера.

  • Схема подключения светодиодной ленты к DMX декодеру

Если мощности декодера не хватает, возможно подключение RGB усилителя для увеличения количества подключаемой светодиодной ленты. Мощность белого цвета многих RGB+W лент в три раза больше, чем мощность каждого из цветов R,G, или B. При необходимости используйте дополнительный усилитель для белого канала.

  1. Для передачи сигнала DMX к светодиодной RGB-ленте на длинные (200-300 метров) расстояния и при невозможности использовать кабель, применяется DMX Wireless усилитель и декодер.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector