Características de conexión y control de la tira LED direccionable

El uso de LED en elementos de iluminación brinda a los diseñadores de equipos posibilidades casi ilimitadas. Hasta hace poco, los consumidores estaban fascinados por las capacidades de los dispositivos construidos sobre la base de elementos radiantes tricolores (RGB). Hoy han aparecido nuevos productos, cuyo potencial parece ser ilimitado.

Tiras LED direccionables

Tal dispositivo de iluminación se ha convertido en una tira de LED de dirección. El brillo y la relación de los colores básicos, como en una lámpara RGB convencional, se regulan mediante el método de modulación de ancho de pulso, que se utiliza en el control de carga digital. La diferencia fundamental entre el dispositivo direccionable es que cada elemento emisor de luz se controla por separado (para una cinta convencional, todo el segmento de la red se ilumina por igual).

Posibilidades de la tira LED direccionable.

Dispositivo de cinta de dirección

Los LED direccionables se convirtieron en la base para la construcción de tales dispositivos de iluminación.Contienen el elemento emisor de luz semiconductor real y un controlador PWM individual. Según el tipo de elemento de dirección, el LED RGB puede ubicarse dentro de una carcasa común o extraerse y conectarse a las salidas del controlador. Se pueden utilizar LED separados o un conjunto RGB como emisor de luz. La tensión de alimentación también puede ser diferente. En la tabla se muestran las características comparativas de los microcircuitos comunes utilizados para controlar los LED de colores.

El consumo de corriente de un metro por la cinta de direcciones es bastante grande, porque la energía se gasta no solo en el brillo de las uniones p-n, sino también en las pérdidas de conmutación de los controladores PWM.

Dispositivo de elemento de lámpara

Cada LED direccionable contiene un número mínimo de pines:

• Fuente de alimentación U (VDD);
• cable común (GND);
• entrada de datos (DIN);
• salida de datos (DOUT).

Esto permite colocar elementos con emisores incorporados en paquetes de 4 pines (WS2812B).

Configuración de pines WS2812B.

Los chips con una conexión LED externa requerirán al menos tres pines más para conectar los LED.Como resultado, el paquete estándar con 8 pines tiene una pata libre, que los desarrolladores pueden usar para otras necesidades.

Pinout WS2818 con salida de datos adicional.

Entonces, los diseñadores del chip WS2811 usaron un pin libre para el interruptor de velocidad y WS2818 para la entrada de datos de respaldo (BIN).

Conexión de elementos

Todos los elementos ubicados en el lienzo están conectados en paralelo por fuente de alimentación y en serie a través del bus de datos. La salida de control de un microcircuito está conectada a la entrada de otro. La señal de control del controlador se alimenta a la salida DIN más a la izquierda de acuerdo con el circuito del controlador.

Esquema de conexiones de elementos en el lienzo.

Es mejor alimentar los LED y los microcircuitos desde una unidad separada, especialmente si la cinta está alimentada por un voltaje que no sea de 5 V. El cable común del controlador y la fuente de voltaje deben estar conectados.

La aparición de un trozo de cinta en el WS2812B.

Control de brillo

Los elementos de la cinta de direcciones se controlan a través de un bus serie. Por lo general, estos buses se construyen en un circuito de dos hilos: una línea estroboscópica y una línea de datos. También hay tales cintas, pero son menos comunes. Y los dispositivos descritos están controlados por un circuito de un solo cable. Esto hizo posible simplificar el lienzo, reducir su costo. Pero esto se paga con la baja inmunidad al ruido del dispositivo LED. Cualquier interferencia inducida con amplitud suficiente puede ser interpretada por los controladores como datos e iluminarse de forma impredecible. Por lo tanto, durante la instalación, se deben tomar medidas adicionales para proteger contra interferencias.

El protocolo de control contiene comandos de 24 bits. El cero y el uno se codifican como pulsos de la misma frecuencia pero de diferente duración.Cada elemento escribe ("engancha") su comando, después de una pausa de cierta duración, se transmite el comando para el siguiente microcircuito, y así sucesivamente a lo largo de la cadena. Después de una pausa más larga, todos los elementos se reinician y se transmite la siguiente serie de comandos. La desventaja de este principio de construir un bus de control es que la falla de un microcircuito interrumpe la transmisión de comandos más adelante en la cadena. Los drivers de última generación (WS2818, etc.) tienen una entrada adicional (BIN) para evitar este problema.

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"Fuego corriendo"

Una consideración aparte merece la llamada cinta SPI, que en la vida cotidiana se llama "fuego corriendo" debido al efecto de iluminación más común que se construye sobre ella. La diferencia entre una cinta de este tipo y los tipos considerados es que el bus de datos contiene dos líneas: para datos y para pulsos de reloj. Para tales dispositivos, puede comprar un controlador fabricado comercialmente con un conjunto de efectos, incluido el mencionado "fuego corriendo". También puede controlar el brillo desde controladores PIC o AVR convencionales (incluido Arduino). Su ventaja es una mayor inmunidad al ruido y la desventaja es la necesidad de utilizar dos salidas de controlador. Esto puede servir como una limitación para la construcción de sistemas de iluminación complejos. Además, tales dispositivos se caracterizan por un mayor costo.

Cinta SPI con bus de control de dos hilos.

Diagrama de conexión de luminarias y errores típicos

El esquema para encender dispositivos multimedia tiene mucho en común con el esquema de los iluminadores RGB convencionales.Pero también hay diferencias: para conectar correctamente la tira de LED direccionable al controlador, debe tener en cuenta algunos puntos.

1. Debido al mayor consumo de energía de la cinta de direcciones, es imposible alimentarla desde la placa Arduino (si se usan segmentos pequeños, no es deseable). En el caso general, se requerirá una fuente separada para la fuente de alimentación (en algunos casos puede haber una, pero los circuitos de alimentación para los LED y el controlador deben hacerse por separado). pero común los cables (GND) de los circuitos de potencia y la placa Arduino deben estar conectados. De lo contrario, el sistema no funcionará.
2. Debido a la reducción de la inmunidad al ruido, los conductores que conectan la salida del controlador y la entrada web deben mantenerse lo más cortos posible. Es muy deseable que sean no más de 10 cm. Además, no estará de más conectar un condensador C a la línea de alimentación para una tensión superior a la tensión de alimentación de la cinta, y con una capacidad de 1000 microfaradios. Es necesario instalar el condensador en las inmediaciones de la cinta, idealmente en las almohadillas de contacto.
3. Las tiras de cinta pueden unir secuencialmente. La salida DOUT debe conectarse a la entrada DIN de la siguiente pieza. Pero con una longitud total superior a 1 metro, no se puede utilizar una conexión en serie: los conductores de las líneas eléctricas web no están diseñados para alta corriente. Y en este caso, es necesario aplicar una conexión paralela de los segmentos.
4. Si conecta la salida del controlador y la entrada DIN directamente, si ocurre una situación anormal en la luminaria, la salida del controlador puede fallar. Para evitar esto, se debe colocar una resistencia con una resistencia de varios cientos de ohmios en la rotura del cable.

El incumplimiento de estas reglas simples puede provocar la inoperancia del sistema multimedia o la falla de sus componentes.

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Comprobación del estado de la cinta de direcciones

A veces hay una necesidad cheques luminaria para el rendimiento. Y aquí pueden surgir problemas, porque no será posible encender los LED al suministrar energía a la cinta. Además, no será posible verificar la operatividad con un probador: las posibilidades máximas en este caso son sonar para la integridad de las líneas eléctricas e interconexiones. Por lo tanto, la forma principal de detectar el rendimiento de la luminaria es conectarla al controlador.

Si hay un lienzo con un bus de control de un solo cable, puede verificar la tira de LED direccionable tocando con el dedo la almohadilla de contacto a la que se aplica la señal de control (cuando se aplica energía a la tira). Esto puede hacer que se enciendan uno o más LED.