Как работает адресная светодиодная лента?
Наверное этот вопрос «как работает» очень многим покажется глупым. Ответ почти очевиден: адресная светодиодная лента состоит из множества последовательно соединенных «умных светодиодов». Это можно увидеть просто рассматривая устройство ленты. Видны отдельные микросхемы, припаянные к гибкому шлейфу, видны соединения: микросхемы соединены последовательно всего тремя проводами, при этом два из них это питание и земля. Только один провод передает данные о цвете пикселей. Как же это? Что такое «умный светодиод»?
Дальше я расскажу о протоколе передачи данных, используемом в светодиодной ленте на базе WS2812B, и, более того, я почти создам свою «микросхему светодиодной ленты» в микросхеме ПЛИС.
Итак, в ленте используется последовательная передача через один единственный сигнал данных.
Бит ноль передается, как короткий положительный импульс и пауза, которая примерно в два раза шире импульса. Бит единица передается как широкий положительный импульс и короткая пауза:
При отсутствии передачи более 50 микросекунд лента переходит в исходное состояние, готова принимать пиксели начиная с первого.
Каждые 24 бита в последовательности — это 3 байта для трех цветов RGB. Причем на самом деле последовательность будет G-R-B. Старший бит G7 идет первым.
Последовательность из первых 24х бит представляет из себя один пиксель, который получит самый первый светодиод в ленте. Пока первый светодиод не насытится он не передает данные дальше к следующему светодиоду. После того, как первый светодиод получит свою порцию из 24х бит RGB он открывает передачу следующему. Примитивно можно последовательность светодиодов представить, как каскад из кувшинов, последовательно наполняемых водой:
Заполнится первый, потом второй, потом третий и так все по очереди.
Таким образом, я считаю, что с протоколом передачи разобрались.
Можно ли попробовать самому спроектировать такой «умный светодиод»? Практического смысла в этом конечно мало, но для самообразования и расширения кругозора — задача интересная. Попробуем описать логику чипа на языке проектирования аппраратуры Verilog HDL. Конечно, это будет не настоящий дизайн микросхемы, будут ограничения. Одно из самых важных ограничений — мне для моей микросхемы будет нужен внешний тактовый генератор. В настоящем умном светодиоде такой генератор тоже есть, но он встроен уже в чип.
Модуль на Verilog начнем вот так:
module WS2812B( input wire clk, input wire in, output wire out, output reg r, output reg g, output reg b );Здесь думаю все понятно: тактовая частота clk, входной и выходной сигналы «умного светодиода» in и out, ну и, конечно, выходные сигналы r, g, b через которые я буду управлять реальными внешними светодиодами красным, зеленым и синим.
Входной сигнал я буду захватывать в двухбитный сдвиговый регистр и по текущему состоянию в этих захваченных битах смогу определить начало положительного фронта сигнала in:
reg [1:0]r_in = 0; always @( posedge clk ) r_in ; wire in_pos_edge; assign in_pos_edge = (r_in==2'b01);Кроме этого, важно определить состояние сброса ленты, когда управляющий контроллер выдерживает паузу перед началом новой передачи:
localparam reset_level = 3000; reg [15:0]reset_counter = 0; always @( posedge clk ) if( r_in[0] ) reset_counter Дальше, от положительного фронта in_pos_edge нужно выдержать некоторую паузу, чтобы получить момент фиксации нового бита:
localparam fix_level = 50; reg [7:0]bit_length_cnt; always @( posedge clk ) if( in_pos_edge ) bit_length_cnt Количество уже принятых бит в чипе считаем так:
reg pass = 0; reg [5:0]bits_captured = 0; always @( posedge clk ) if( reset ) bits_captured Здесь вводится еще важный сигнал pass, который как раз и определяет перенаправление входного потока на выход. После принятия 24х бит пикселя сигнал pass устанавливается в единицу:
always @( posedge clk ) if( reset ) pass На выход out мультиплексируются входные данные, когда сигнал pass_final в единице.
Ну и, конечно, нужен сдвиговый регистр, где накапливаются принятые 24 бита пикселя:
reg [23:0]shift_rgb; always @( posedge clk ) if( bit_fix ) shift_rgb ; reg [23:0]fix_rgb; always @( posedge clk ) if( bits_captured==23 && bit_fix ) fix_rgb ;По приему всех 24х бит они переписываются в итоговый так же 24х битный регистр.
Теперь остается дело за малым. Нужно реализовать ШИМ (Широтно Импульсную Модуляцию) сигнала для передачи яркости реальным внешним светодиодам согласно принятым байтам RGB:
wire [7:0]wgreen; assign wgreen = < fix_rgb[0 ], fix_rgb[1 ], fix_rgb[2 ], fix_rgb[3 ], fix_rgb[4 ], fix_rgb[5 ], fix_rgb[6 ], fix_rgb[7 ] >; wire [7:0]wred; assign wred = < fix_rgb[8 ], fix_rgb[9 ], fix_rgb[10], fix_rgb[11], fix_rgb[12], fix_rgb[13], fix_rgb[14], fix_rgb[15] >; wire [7:0]wblue; assign wblue = < fix_rgb[16], fix_rgb[17], fix_rgb[18], fix_rgb[19], fix_rgb[20], fix_rgb[21], fix_rgb[22], fix_rgb[23] >; reg [7:0]pwm_cnt; always @( posedge clk ) begin pwm_cnt Вот кажется и все.
Остается маленькая деталь — как это все испытать?
Я взял несколько простых плат с ПЛИС MAX II (это платы серии Марсоход) и прошил их все проектом с вот этим Verilog кодом. На платах уже было 8 светодиодов, но они были все желтые. На каждой из плат я заменил 3 светодиода на R, G, B. Платы соединил последовательно и более того подключил их к настоящей светодиодной ленте. Таким образом, я удлинил настоящую ленту своими самодельными светодиодами.
Получилось вот такое соединение:
В реальности это выглядит вот так:
Теперь, подавая на ленту некоторое изображение я вижу, что мои «умные светодиоды» ведут себе точно так же, как и настоящие из ленты:
Получается, что реализованная мною в ПЛИС логика вполне работоспособна! Я смог в первом приближении сделать нечто похожее на реальный чип «умного светодиода».
Вообще, мне нравятся светодиодные ленты. На их основе каждый может изобрести что-то свое: интеллектуальное освещение, экраны, амбилайт эффекты. Однажды я даже реализовал цветомузыку на светодионой ленте под управлением FPGA. Но это уже другая история.
- fpga
- светодиодная лента
- реверс-инжиниринг
- verilog
- FPGA
- Программирование микроконтроллеров
- Схемотехника
Адресные светодиоды и светодиодные ленты - как устроены и работают, подключение и управление
Начнем с того, что в обычной светодиодной ленте, независимо от того одноцветная она или RGB, все светодиоды ленты питаются и светятся одновременно, поскольку все они получают питание параллельно от одного источника, драйвера, который работает по своему алгоритму, реализуемому непосредственно внутри драйвера, и просто подает питание сразу на всю ленту, по сути - на все параллельно подключенные к нему светодиоды.
Адресная светодиодная лента, в отличие от обычной, содержит так называемые адресные светодиоды. Это значит, что каждый светодиод хотя и получает питание параллельно от общего источника, включается каждый светодиод по индивидуальной команде, и значит, на каждом светодиоде можно получить собственный уникальный оттенок, один из 255 3 = 16581375 возможных.
В отличие от светодиодной RGB-ленты, в которой все светодиоды одинаково реагируют на сигнал с RGB-контроллера, в адресной LED-ленте каждый светодиод получает индивидуальную команду управления
Каждый светодиод в адресной ленте имеет свой уникальный адрес, по которому драйвер обращается к нему при помощи трехбитной команды. Команды отправляются в линию последовательно, для этого служит третий на ленте провод «DATA INPUT».
Возле каждого светодиода на адресной ленте установлен свой микрочип. Сегодня очень распространены адресные ленты с ШИМ-чипами WS2811.
Корпуса микрочипов DIP-8 либо SOP-8. Каждый чип имеет три выхода — каждый на свой цвет, вход передачи данных, выход передачи данных, вывод питания, вход установки режима и общий вывод.
Есть ленты с питанием чипов 5 вольт, но наиболее часто встречаются ленты с питанием 12 вольт, где один такой чип управляет сразу тремя светодиодами. Чипы на ленте соединены друг с другом последовательно через входы и выходы передачи данных.
WS2812B – более компактная модификация чипа, предназначенная для монтажа внутри корпуса светодиода SMD 5050. Так вся сборка имеет всего 4 выхода: питание, общий вывод, вход передачи данных и выход передачи данных.
Светодиоды WS2812B имеют встроенную интегральную схему (интегральную схему, микросхему) в направлении светодиода
Адресные ленты стоят дороже обычных лент, и применяются обычно там, где простые ленты по какой-то причине не применимы: полноцветные модульные сборки, декоративная подсветка с управлением «soft light», наружная реклама и т. д.
Особенность таких сборок в том, что они способны изменять и цвет и яркость отдельных своих сегментов по более сложному алгоритму, нежели простые LED-ленты, даже если эти LED-ленты оснащены умными драйверами.
ШИМ-сигнал управления подается со специального запрограммированного контроллера на вход ленты, и передается последовательно на вход одного чипа (digital input - DI), выходит из него (digital output - DO), затем проходит через второй чип, и т. д. Управление легко осуществить при помощи программы на ардуино.
Для взаимодействия с адресными лентами подходят библиотеки ардуино FastLED и Adafruit NeoPixel. Внутри библиотек содержатся полноценные скетчи, приняв которые за основу легко освоить самостоятельное создание новых световых эффектов. В заголовке скетча необходимо правильно указать количество светодиодов ленты и номер порта передачи данных.
Каждый RGB-светодиод на самом деле имеет в себе три светодиода (красный, зеленый и синий), поэтому для управления одним сегментом (один сегмент — это RGB-светодиод с чипом) требуется 3 байта информации, один байт — один цвет.
Каждый байт может принимать одно из 255 значений, поэтому в принципе каждый RGB-светодиод способен дать свет одним из 255 3 = 16581375 оттенков. Количество байт в одной команде равно таким образом 3 умножить на количество последовательных рабочих сегментов в ленте.
Посылаемая строка попадает на первый чип, который принимает первые три байта информации, пропуская остальные дальше через выход digital output (DO) – в следующий чип. Выдерживается пауза 50 мкс, означающая что следующий в очереди чип должен принять свои три байта информации. Если пауза будет длиться более 50 мкс, это значит что цикл закончен, и предстоит повторение рабочего цикла.
Светомузыка на адресной светодиодной ленте WS2812B и Arduino:
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Освещение дома, Все про светодиоды, Электрообзоры
Подпишитесь на наш канал в Telegram и узнавайте первыми о последних трендах, советах по освещению и технологиях, которые сделают ваш дом более комфортным и стильным: Современное освещение
Поделитесь этой статьей с друзьями:
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. 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.
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.
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.
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. Опять-таки, декоративный элемент играет вполне понятную утилитарную роль и способствует повышению безопасности на дорогах.
Светодиодные ленты RGB, RGBW и RGBWW
Адресная светодиодная лента и её подключение к Arduino
В отличие от обычной светодиодной RGB-ленты, в которой все светодиоды одинаково реагируют на сигнал с RGB-контроллера, в адресной LED-ленте каждый светодиод получает индивидуальную команду управления. В результате пользователь может максимально точно подбирать оттенок для каждого светодиода, создавать световые эффекты и собирать матрицы с 16 млн цветов. В чём уникальность адресной светодиодной ленты и как научиться ею управлять? Об этом и пойдет речь в данной статье.
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.
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. 
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.
Сфера применения
Относительно высокая стоимость светодиодов и лент, собранных на чипах WS2811 и WS2812B, ограничивает их область применения в сравнении с обычными LED-лентами. Главным образом их используют для решения таких задач, с которыми обычной светодиодной ленте не справиться:
- для сборки полноцветных модулей;
- в конструировании светильников, управляемых по принципу «soft lights»;
- в качестве декоративной подсветки чего-либо;
- в построении LED-видео экранов, используемых в уличной рекламе и шоу-бизнесе.
Интерес к адресной светодиодной ленте среди радиолюбителей вызван тем, что на её основе можно собрать подсветку, которая будет изменять цвет и яркость по заданному алгоритму.
Как это работает?
Адресная лента WS2812B поделена на сегменты, в каждом из которых расположен светодиод и конденсатор (для повышения помехоустойчивости). Относительно напряжения питания все они между собой подключены параллельно, то есть +5 В будет присутствовать на каждом сегменте. А вот передача данных осуществляется последовательно: от предыдущего сегмента к последующему. Поэтому при выходе из строя одного из светодиодов цепи все следующие сегменты перестанут светиться.
Управление готовыми устройствами и модулями на базе WS2812B производится с помощью специализированного контроллера, внутри которого записана программа. На радиолюбительском уровне управлять работой адресной светодиодной ленты удобней всего через Arduino, используя для этого небольшую программу – скетч.
Схема подключения к Arduino
У каждой адресной ленты есть начало и конец, которые нельзя менять местами во время сборки схемы. Чтобы не запутаться, производители используют условные обозначения, например, стрелки, указывающие направление сигнала. Подключение адресной светодиодной ленты WS2812B к Arduino производится по трём проводам, как показано на рисунке. Контакты питания +5V и GND соединяют с соответствующими выводами на плате Arduino. Если подсоединяемый отрезок насчитывает более 13-ти светодиодов, то необходимо использовать выносной блок питания. При этом общий провод (GND) Arduino и «минус» блока питания должны быть соединены между собой. Контакт DIN (digital input) предназначен для приёма данных от контроллера и электрически соединяется с любым из его цифровых портов. С другой стороны адресной ленты (и каждого сегмента тоже) размещено 3 контакта: +5V, DO (digital output) и GND, к которым можно подключить ещё несколько отрезков разной длины.
Так как каждый элемент WS2812B фактически состоит из 3 светодиодов (синего, красного, зелёного), то для управления его свечением потребуется 3 байта (по одному на каждый цвет). В свою очередь, каждый байт может принимать значение от 0 до 255, в результате чего можно задать более 16,5 млн оттенков. Размер скетча будет равен количеству светодиодных сегментов, умноженному на 3. Передача данных происходит следующим образом:
- ШИМ-драйвер WS2812B первого сегмента забирает из посылки первые 3 байта, пропуская остальные данные на выход DO.
- Далее следует пауза длиною до 50 мкс, означающая, что второй по счёту драйвер должен принять следующие 3 байта. И так далее. Длительность паузы больше 50 мкс означает конец передачи и повторение цикла.
Для работы с адресными лентами и модулями проще всего использовать библиотеки FastLED и Adafruit NeoPixel. Внутри каждой библиотеки есть готовые скетчи, на основе которых несложно научиться самостоятельно создавать новые световые эффекты. Чтобы скетч заработал с первого раза, необходимо в заголовке правильно указать количество светодиодов в ленте (NUM_LEDS) и номер порта для передачи данных (PIN).
Где можно приобрести?
Адресную светодиодную лентe без труда можно найти в любом специализированном магазине. Из проверенного варианта, отличающегося не высокими ценниками и хорошим качеством продукта, можно посоветовать интернет-магазин www.giant4.ru. Также адресную LED-ленты можно приобрести и на всем известной площадки AliExpress.com.
Чтобы избежать проблем с некачественной продукцией, при покупке товара на AliExpress стоит внимательно изучать товар и отзывы покупателей.