Адресные светодиодные ленты

В отличие от простых монохромных или белых светодиодных лент, не нуждающихся ни в чём, кроме питания соответствующим напряжением, адресные светодиодные ленты более сложны в настройке. Они являются источником динамичного света, придающего дополнительную привлекательность любому помещению.

Адресные светодиодные ленты (диодные, пиксельные, LED-ленты, как их иначе называют) – не простой набор светодиодов, выстроенных в ряд или собранных по иной топологии. Каждый диод управляется отдельно и независимо от других. Прототипом ленты является светодиодная матрица, каждый пиксел которой – триада из красного, зелёного и синего светодиодов.

Подобно тому, как светодиодно-матричный монитор или дисплей смартфона выдаёт конкретное изображение, адресная лента позволяет организовать эффект «бегущих огней» с любым цветом, включить или отключить отдельно взятые светодиоды на любом из участков и в любой точке.

Популярность завоевали красно-сине-зелёные светодиодные ленты, позволяющие получить до 16777216 оттенков, которые способен воспринять человеческий глаз. Каждый из светодиодов обладает собственной миниатюрной микросхемой-контроллером, позволяющей задать ему именно тот цвет свечения, который запросил пользователь. Наличие отдельного микроконтроллера возле каждого светодиода, впрочем, ведёт к значительному увеличению стоимости такой ленты.

Общие контакты для подключения ленты – не более 4, но не менее 3. Один общий контакт – «масса» – служит заземлением на корпус драйвера. Второй – подаёт положительное напряжение питания в 5 вольт. Третий (и четвёртый) – посылает программные сигналы от общей платы микроконтроллера.

Адресная лента управляется с помощью цифровых данных. Работа без общего контроллера не даст никаких результатов. В лучшем случае вы получили бы непрерывно светящиеся светодиодные триады, излучающие холодный беловатый (синюшный) свет. Если пользователь пальцем прикоснётся к цифровой шине посылке сигналов, то контроллер примет эту помеху за команду и зажжёт все светодиоды либо несколько из них. Напряжение питания на каждом сегменте составляет 5 или 12 вольт.

Передача управляющего сигнала осуществляется последовательно между всеми сегментами, а не разом. Из-за данной особенности, если вышла из строя одна микросхема, то дальше команда не пойдёт, и последующие светодиоды в этой же цепи не засветятся.

Лентами, завоевавшими наибольшую популярность у народа, послужили сборки на основе микросхем WS2812b и WS2811. Рассчитаны они на 5 и 12 вольт соответственно.

• Пиксельная лента на основе микросхемы WS2811 характеризуется наличием у каждого из вспомогательных контроллеров не менее 8 выходов. Три из них отвечают за красный, зелёный и синий цвета, два – обеспечивают обмен данными, один – для включения нужного режима работы, один – на питание и последний – на «массу». Более «продвинутая» версия сборки WS2811 имеет существенное отличие от своего предшественника: точечный (местный) контроллер включается сразу с тремя светодиодами, что значительно повышает дешевизну и надёжность этой модели.

• Управление лентами на основе микросхем WS2812B осуществляется посредством отдельного контроллера, служащего программным блоком. Радиолюбители собирают подобные устройства на базе плат Arduino, применяя небольшой программный скрипт, написанный на языке программирования C++. Для повышения помехоустойчивости параллельно светодиодам – в лентах на основе любых микросхем – подключаются электролитические конденсаторы. Дополнительная особенность этой модели – точечный управляющий кристалл помещён в сборку SMD-5050, а 4 выхода подписаны как «питание», «масса», «отправка» и «приём». Запитывается она от 12 В.

• Отличие версии WS2813 от предыдущей в данном перечне – добавочный дублирующий вывод, позволяющий передавать команды от общего контроллера далее. Это позволило избежать преждевременного выхода из строя любого из точечных контроллеров цепочки – в плане работоспособности последующих секторов ленты, расположенных за ним.

Обобщая закономерности функционирования, стоит отметить следующее. В составе смарт-лент используется ШИП-контроллер, размещённый непосредственно в корпусе SMD-светодиода. Серия 5050 располагает именно такой схемой управления. Единый блок – светоизлучающие диоды и простейший контроллер – позволяют набирать ленту любой длины на таком светодиоде. Число выводов такой сборки – от 4 до 8 на каждый светоэлемент.

Светодиодные модульные ленты с программно определяемым свечением пошли ещё дальше в своём развитии. Если однорядная сборка применяется в качестве подсветки потолка, то, выстраивая их ряды один над другим и располагая на прямоугольной основе, можно создать табло любого формата. Электронные дорожные вывески и указатели – тому пример: как только день переходит в сумерки, они включаются автоматически и работают от аккумулятора, заряженного днём от солнечной батареи. Однорядные же сборки зачастую идут в комплекте с пультом.

Например, на одном из мостов въездной трассы в крупный город каждые 5 секунд сменяют друг друга надписи – «Водители, счастливого пути!», «Город N приветствует вас!», «Снизь скорость до 60 км/ч», «Ведётся видеонаблюдение». Это лишь один из десятков тысяч случаев такого использования светодиодных матриц, набранных из лент. А при сборке полноценного экрана для рекламного щита организатору становится доступной трансляция рекламы скидок от рядом расположенных гипермаркетов. Такие сборки оснащены модулем Wi-Fi для приёма потокового видео от любого гаджета или ПК, на котором также есть модуль Wi-Fi.

Одноцветные ленты (например, горят красным), набранные в матрицы, применяются как вывески магазинов. Бегущая рекламная строка может выдать до килобайта текста (без учёта пробелов). Здесь используется в основном одно- или двустрочное табло. Информация выводится последовательно – например, друг друга сменяют надписи: «Загляните в ресторан X», «Лучшие блюда» «Украинской кухни», «Уютное место», затем цикл вывода этих надписей перезапускается – и так до тех пор, пока табло не выключат на ночь.

В качестве примера автобусного табло – краткий список главных улиц его маршрута и номер последнего. Подобные системы установлены на ЖД, аэро- и автовокзалах – возле каждого посадочного места выводятся точки А и Б (города отправления и прибытия), время отправления и прибытия конкретного вида транспорта. Табло размещаются в зале ожидания и в местах стоянок.

Подключение осуществляется в соответствии с конкретной инструкцией. Если её нет – осмотрите тщательно опознавательные метки на выводах печатной платы и на корпусе сборки. Так, знаки «+5В», «Масса», Rx и Tx не должны вызывать сомнений – это простейший 4-проводный протокол, по которому одинаковые по своему построению элементы ленты связываются друг с другом. Не подавайте напряжение 12 В, если на плате стоит маркер 5 V (а не 12 V) – лента попросту сгорит.

Некоторые светодиодные ленты могут содержать последовательно подключённый на выходе микросхемы резистор с сопротивлением от нескольких до нескольких десятков ом.

Дело в том, что для заряда аккумуляторной батареи автомобильная сеть (генератор на бензодвигателе) использует зарядное напряжение до 15 вольт, а полностью заряженная батарея выдаёт до 13,8. Для 12-вольтовой сборки это много – чтобы светодиоды и контроллеры не перегорели от перегрева, и ставятся балластные резисторы. Постоянный «перекал» светодиодов (до +70 и более) даст им проработать не заявленные 25000-50000 часов, что эквивалентно примерно 10 и более годам непрерывной работы, а всего лишь 1500-4000.

Другими словами, перегруженная по току и напряжению электроника сгорала бы за несколько месяцев. В ряде случаев, когда вы заметили, что, несмотря на штатное напряжение, светодиоды и контроллеры всё-таки перегреваются – снизьте напряжение до 9-11 В, чтобы свет от ленты оставался заметным издалека.

Глупо на местном контроллере ждать приёма команд от общего – когда второй ничего не отправляет, а также «слушает» линию, ожидая ответных команд от первого.

Дело в том, что управляющий (задающий) программатор («мозг» системы), прежде чем отсылать управляющие команды любому из местных микроконтроллеров (исполнителей), должен, послав тестовую посылку, получить от них ответный сигнал, сообщающий об их готовности к работе. Если этого не случилось (точечная микросхема «умерла»), то опросная посылка от «мозга» пойдёт дальше, пока не откликнется первый, следующий за сгоревшим светодиодный чип. Правильность сборки необходимо тут же проверить.