Как подключить RGB светодиод на Arduino
RGB-светодиод Arduino — лента, состоящая из 3 LED-кристаллов и оптической линзы. Он работает с помощью механизмов ШИМ (широтно-импульсной модуляции) и подсоединяется к микроконтроллеру Ардуино. Средняя стоимость RGB LED ленты на территории Российской Федерации составляет 340 руб.
Одной из самых современных моделей RGB Ардуино является адресная светодиодная лента. Она состоит из диодов и контроллера. В это устройство по умолчанию встроены 3 полевых транзистора, что позволяет регулировать цвет светодиодов по отдельности.
Данная лента RGB имеет 4 порта для подключения источников питания и платы Ардуино. Светодиоды управляются посредством цифрового протокола. Он обеспечивает взаимодействие между лентой и программной средой. Протокол конвертирует цифровой код в команды, воспринимаемые диодами. В зависимости от интенсивности сигнала кристаллы загораются разными цветами.
Для питания резисторов и выводов нужно подключить адресную ленту к следующим приборам:
- Powerbank 5V: лента подсоединяется к данному устройству при помощи USB-штекеров. Емкость Powerbank 5V составляет 3350 мА*ч, что позволяет питать светодиоды током с силой 3А.
- Батарейки АА: используются в количестве 3 шт. Общая емкость этих приборов составляет 180 мА*ч. Они подают ток с напряжением до 5,5 В. Рекомендуется использовать батарейки AA, изготовленные из лития или апкалина.
- Никелевые аккумуляторы: имеют напряжение до 1,4 В. Для питания RGB Arduino требуется не менее 4 аккумуляторов из никеля. Емкость сборки составляет 2700 мА*ч.
- Литиевые аккумуляторы: имеют напряжение 4,2 В. В процессе эксплуатации значение этого показателя снижается до 3 В. Литиевые аккумуляторы позволяют сохранять полную яркость светодиодов. Они питают диоды током с силой до 2 А.
- WS2811: светодиоды питаются от чипа WS2811, расположенного отдельно от RGB-ленты. Питание устройства составляет 12 В.
- WS2812b: представляет собой ленту с напаянными светодиодами. В диоды встроены чипы WS2812b. Они позволяют менять окрас светодиодов по отдельности. Питание ленты WS2812b составляет 5 В.
Основными преимуществами RGB LED Arduino являются простота конструкции и высокий КПД. Эти приспособления активно используются при изготовлении осветительных приборов и декоративных подсветок. Также технология RGB нашла применение в трехмерной графике и WEB-разработке.
Адресная светодиодная лента ws2812b Arduino — подключение и скетч
Как управлять светодиодом на Ардуино
Управление RGB-лентой производится с помощью настройки диапазона сигналов широтно-импульсной модуляции, позволяющих регулировать силу электротока. Сигналы широтно-импульсной модуляции кодируются цифрами в диапазоне от 0 до 255. Этот метод кодировки позволяет получить на РГБ Ардуино 16,8 млн различных цветных оттенков.
Для управления RGB-светодиодами требуются следующие комплектующие:
При подключении светодиода к Ардуино требуется соединить провод “минус” с пином заземления GND. Синий диод подключается к порту Pin13, зеленый — к Pin 12, красный — к Pin 11.
После подсоединения основных компонентов нужно открыть программную среду Arduino IDE, подключить к персональному компьютеру плату при помощи кабеля USB и загрузить на микроконтроллер следующий скетч:
После компиляции этого программного кода кристаллы загорятся радужными цветами. Для настройки гаммы трехцветного светодиода требуется изменить в программном коде значение переменных red, blue и green. Чтобы все диоды стали белыми, нужно установить все значения цветов 255.
Команды передаются последовательно между портами. Движение ШИМ-сигналов указано в виде стрелок на светодиодной ленте Ардуино. 2 резистора 220 Ом требуются для предотвращения выгорания портов платы или возникновения короткого замыкания.
Перед тем как подключить RGB-светодиод к Arduino, нужно измерить расстояние между лентой и микроконтроллером. Если комплектующие находятся на большой дистанции, то необходимо приобрести провода длиной не менее 15 см. Для защиты механизмов от наводок рекомендуется скрутить проводные устройства. Это обеспечит стабильную работу протокола связи.
Для управления LED-диодом требуется бесплатная электронная библиотека GyverRGB. В ней содержатся часто используемые команды, что упрощает процесс написания скетча.
В библиотеке GyverRGB присутствуют программные конструкции, выполняющие следующие функции:
- Установка цвета и оттенков в формате HEX.
- Контроль полярности широтно-импульсной модуляции.
- Настройка яркости светодиодов.
- Регулировка частоты коррекции ШИМ.
- Ограничение подачи электрического тока.
- Плавная смена цветовой гаммы по мере разряда аккумулятора.
Библиотека GyverRGB поддерживает работу с RGB-диодами, одновременно подключенными к плате Arduino. В нее встроена матрица коррекции LUT, позволяющая изменять цветовую гамму при минимальном сигнале ШИМ. В библиотеке содержится свыше 1530 значений для инструмента ColorWheel.
Если после настройки основных параметров программной среды светодиод не загорелся, то нужно проверить наличие драйверов для платы Arduino на компьютере.
Для этого нужно выполнить следующий алгоритм действий:
- Зайти в диспетчер устройств и найти графу с наименование микроконтроллера Ардуино.
- Нажать на вкладку “Сведения”.
- Из открывшегося списка выбрать графу “ИД-оборудования”.
- Скопировать идентификационный номер устройства, находящийся в текстовом поле.
Купить адресную светодиодную ленту
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.
- 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
Адресуемые светодиодные ленты WS2811 / WS2812 База знаний
- 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.
Лента 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.
- 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.
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.
Контроллер
В гирлянде контроллером ленты будет Arduino Uno. Но для этих целей подойдёт всё, что под руку попадётся: различные платы Arduino, МК серии ESP, STM, AVR, PIC, микрокомпьютеры Raspberry Pi. Единственное, о чём ещё следует помнить, это о логическом уровне контроллера. Некоторые из них работают на 3-вольтовой логике, и нужно будет использовать конвертер уровней.
Схема подключения ленты к контроллера и источнику питания
Для управления лентой понадобится специальная библиотека. В этой статье детально описывается установка библиотеки Adafruit NeoPixel.
