Создаем свой режим ARGB-подсветки в игровом компьютере на базе Gelid Codi6 и управляем жестами

Всем привет. Сегодня расскажу как создать свой режим RGB подсветки в игровом компьютере, если у вас в ПК используются ленты и кулеры с адресными светодиодами, и как управлять с помощью жестов и даже музыки.

У меня материнская плата Asrock AB350 Pro не предназначена для управления подсветкой ARGB кулеров и светодиодных лент и вот как раз для таких ситуаций придумали отдельный контроллер. Поговорим сегодня про Codi6 от Gelid Solutions, который можно самому программировать за пару минут.

Технические характеристики

• 6 независимых каналов управления ARGB подсветкой
• 6 PWM разъемов подключения вентиляторов
• Программирование на Arduino и наличие семплов в свободном доступе

Разбор работы Codi6 проведем на примере двух вентиляторов Radiant-D, которые имеют по 9 адресных светодиодов. У меня таких вентиляторов с подсветкой два. Дополнительно для управления подсветкой к контроллеру можно подключать различные сенсоры и датчики и у меня есть микрофон и дальномер.

Игровой вентилятор с подсветкой Radiant-D имеет размер 120мм. К основным техническим характеристикам отнесем наличие двойного шарико-подшипника, 9 ARGB светодиодов, PWM управление, бесшумный мотор. Частота вращения регулируется от 500 до 2000 оборотов в минуту. На обратной стороне коробки приведены более полные данные.

В комплекте идет 4 винта для крепления игрового вентилятора и сама вертушка. Из вентилятора идет 2 кабеля: один для регулирования частоты вращения, а второй для управления подсветкой. Крыльчатка вентилятора имеет матовый молочный цвет и края с зубами. На обратной стороне вентилятора указаны рабочее напряжение 12В и ток в 0.35А.

Управлять вентиляторами будет Codi6. Это контроллер, который выполнен на базе Arduino Uno. Он может управлять и светодиодными лентами, но у меня их нет с ARGB светодиодами. Контроллер поставляется в небольшой коробке. На обратной стороне приведены основные характеристики, которые указаны в начале статьи.

Внутри коробки находятся:

• контроллер
• магниты
• винты
• силиконовый скотч
• кабели для подключения

С самой платы выведены все разъемы и готовы к подключению, а сама Arduino Uno находится в прозрачном акриловом корпусе. На корпусе платы имеется разъем для подключения к внешнему источнику питания за пределами компьютера. К примеру, взяли блок питания от какого-то зарядного устройства и подключили в розетку. Для сброса настроек есть красная кнопка. Еще на плате есть черная кнопка, которую можно программировать. В видео будет пример выполнения скетча(кода), когда режим свечения подсветки меняется при нажатии на эту кнопку.  Так же вынесены разъемы для подключения внешних сенсоров и датчиков. То есть можно настроить подсветку в игровом компьютере в зависимости от температуры в корпусе, уровня шума или даже управлять жестами.

 

Я буду подключать микрофон и дальномер, но в комплекте они не идут. Codi6 состоит только из контроллера на базе Arduino Uno.

Инструкции в комплекте нет, поэтому переходим на сайт производителя.

Там все очень просто расписано даже с картинками и подключение занимает всего пару минут. Постараюсь очень коротко, чтобы не утомить. Подключаем контроллер проводами к материнской плате и Sata разъемом к блоку питания. Далее устанавливаем драйвер Ch440 USB и устанавливаем Arduino IDE. Далее в Диспетчере устройств смотрим, на какой СОМ-порт установился наш контроллер. После этого запускаем Arduino IDE и там уже указываем наш СОМ-порт. И осталось всего лишь скачать библиотеку Fastled. Теперь можно самому написать код для управления подсветкой, а можно воспользоваться примерами с сайта производителя.

Настраивать подсветку из примера кода с сайта можно как хочешь. Можно, чтобы горели не все светодиоды, а только какое-то определенное количество. Можно отключить подсветку одного вентилятора, а второй чтобы сверкал. Это свободное поле для фантазии. С другой стороны теперь не скажешь, что RGB подсветка — это баловство. Таким нехитрым способом ребенка можно заинтересовать программированием. Конечно, если вы дружите с радиодеталями и паяльником, то такую плату сможете собрать и самостоятельно, но Codi6 является готовым продуктом для людей, которые не обладают особыми знаниями.

Пример работы подсветки с переключением режимов программируемой кнопкой и вообще как работают вентиляторы Radian-D можно в видео ниже. Там же показан принцип работы в зависимости от уровня громкости музыки. Ну и дальномер может регулировать подсветку при входе в комнату или когда подносите руку. Сам по себе Codi6 мне понравился, потому что очень легок в освоении и пару часов я провел очень интересно, узнавая что-то новое.

Управление RGB светодиодом с компьютера через USB порт

/*

    Управление RGB светодиодом с компьютера

*/

// Для управления цветом светодиода используем 3 ШИМ порта

int bluePin = 9;

int greenPin = 10;

int redPin = 11;

 

// Команды управления светодиодом. Цвета и выключение

String COLOR_RED = «red»;

String COLOR_BLUE = «blue»;

String COLOR_GREEN = «green»;

String COLOR_OFF = «off»;

 

void setup() {

  // Инициализация последовательного порта. Устанавливаем скорость 9600 бит/c

  Serial.begin(9600);

  // Инициализируем выходы для нашего RGB светодиода

  pinMode(redPin, OUTPUT);

  pinMode(greenPin, OUTPUT);

  pinMode(bluePin, OUTPUT);

}

 

 

 

void loop() {

  // В переменную color считываем команду с цветом от ПК

  String color;

  

  // Проверяем, доступны ли данные с ПК

  int check = Serial.available();

  // если есть, то считываем как строку

  if (check > 0) {

    color = Serial.readString();

  }

  

  // Сравниваем поступившую команду с описанными ранее и включаем необходимый цвет на RGB LED

  if (COLOR_RED.equalsIgnoreCase(color)) {

    setColor(255, 0, 0);

  } else if (COLOR_GREEN.equalsIgnoreCase(color)) {

    setColor(0, 255, 0);

  } else if (COLOR_BLUE.equalsIgnoreCase(color)) {

    setColor(0, 0, 255);

  } else if (COLOR_OFF.equalsIgnoreCase(color)) {

    setColor(0, 0, 0);

  } else if(check > 0){

    // Если команда не распознана, сообщаем пользователю подсказку.

    Serial.println(«Send command is bad! Send please \»RED\» \»GREEN\» \»BLUE\» or \»OFF\»!»);

  }

 

}

 

// Функция включения необходимого цвета на нашем RGB светодиоде

void setColor(int red, int green, int blue) {

  analogWrite(redPin, red);

  analogWrite(greenPin, green);

  analogWrite(bluePin, blue);

}

Управление светодиодными источниками света по протоколам SPI и DMX

Управление светодиодными источниками света по протоколам SPI и DMX

Эта статья посвящена особому классу управляемых светодиодных источников света, к которому относятся пиксельные светодиодные ленты «Бегущий огонь», управляемый «гибкий неон» и флеш-модули. В них, как и в обычных многоцветных RGB лентах и модулях, используются трехцветные светодиоды с красным (Red), зеленым (Green) и синим (Blue) цветом свечения.

Принципиальное отличие заключается в том, что помимо светодиодов, непосредственно на ленту или внутрь модулей, устанавливаются микросхемы управления. Благодаря этому, появляется возможность управлять не всеми светодиодами одновременно, а каждым светодиодом или группой из нескольких светодиодов отдельно. Такая группа называется пиксель. Количество светодиодов в пикселе зависит от типа ленты. Светодиодные ленты и модули с напряжением питания 12В обычно имеют по 3 RGB светодиода в одном пикселе, с питанием 24В – по 6 светодиодов на пиксель. В светодиодных лентах и модулях с напряжением питания 5В, управление обычно осуществляется каждым светодиодом отдельно, причем микросхема управления может быть встроена в корпус самого RGB светодиода.

Большинство контроллеров позволяют устанавливать длину подключенной ленты и выбирать последовательность RGB каналов на ленте (RGB, RBG, BGR и т.д.). Это необходимо чтобы цвет, заданный в программе, соответствовал воспроизводимому цвету, красный цвет был красным, зеленый – зеленым и синий — синим.

Цифровой сигнал, сформированный пиксельным контроллером, поступает на микросхему, установленную на ленте или во флеш- модуле, и представляющую собой специализированный микроконтроллер, который принимает цифровой сигнал, декодирует его и управляет яркостью и цветом свечения светодиодов. Часто эти микроконтроллеры называют «чип» или «драйвер». В данной статье, для однозначного понимания, будем называть их «драйвер».

Тип используемых драйверов обязательно указывается в параметрах светодиодных лент или флеш-модулей. Знать этот тип необходимо для того, чтобы подобрать и правильно настроить контроллер, который будет управлять лентой или модулями.

Большинство контроллеров могут работать с несколькими типами драйверов. Перечень драйверов, с которыми работает тот или иной контроллер, приводится в его технических характеристиках, а также в программном обеспечении к контроллеру, если таковое используется для создания собственных световых программ. Поскольку ведется постоянная работа по совершенствованию программного обеспечения и контроллеров, списки совместимых драйверов периодически пополняются.

Применяемые драйверы разделяются на два принципиально разных класса. В соответствии с этим на два класса можно разделить и светодиодных ленты, флеш-модули и «гибкий неон».

• Первый класс (более обширный и чаще используемый) — это драйверы использующие цифровой интерфейс SPI (Serial Peripheral Interface — последовательный периферийный интерфейс),
• Второй – драйверы, использующие цифровой протокол управления DMX (Digital Multiplex – цифровое мультикплексирование).

Оба класса драйверов имеют свои преимущества, о которых расскажем далее. Рассмотрим более подробно оба типа используемых протоколов.

Использование протокола SPI.

Особенностью светодиодных лент и модулей, использующих протокол управления SPI, является последовательная передача данных от пикселя к пикселю по всей длине подключенной цепочки. Цифровая управляющая последовательность формируется контроллером и подается на первый пиксель. Драйвер этого пикселя «забирает» первую принятую информации себе, а оставшуюся цифровую последовательность передает на следующий пиксель. Второй драйвер также «отрезает» себе начальную часть информации и передает оставшееся на третью микросхему, и т.д. При таком способе передачи нет необходимости присваивать микросхемам адреса. Адресом, по сути, является место расположения пикселя в общей последовательности.

Управление по протоколу SPI может осуществляться с использованием двух сигнальных проводов (DATA и CLK) или только одного (DATA). Для лент и модулей с двумя сигналами управления характерна более стабильная работа на высоких скоростях обмена и, соответственно меньшая задержка распространения информации и более высокая частота обновления. Сколько проводов управления используется в конкретном случае, зависит от типа драйверов на светодиодной ленте или в модулях. Ниже приведена таблица с основными параметрами SPI драйверов, используемых в оборудовании Neoncolor.

Тип драйвера	ТМ1804	ТМ1812	WS2801	WS2811	WS2812	LPD6803	UCS1903	TLS3001
Использование в оборудовании	Ленты/ модули	Ленты	Модули	Ленты/ модули	Ленты/ модули	Модули	Модули	Модули
Напряжение питания лент и модулей	12/24В	12В	5/12В	5/12/24В	5В	5/12/24В	5/12В	5В
Количество RGB светодиодов в пикселе для лент	1 или 3 шт.	1, 2 или 3 шт.	—	3 шт.	1 шт.	—	—	—
Сигналы управления	DATA	DATA	DATA, CLK	DATA	DATA	DATA, CLK	DATA	DATA
Исполнение микросхемы	В отдельном корпусе	В отдельном корпусе	В отдельном корпусе	В отдельном корпусе	Встроена в светодиод	В отдельном корпусе	В отдельном корпусе	В отдельном корпусе
Количество обслуживаемых драйвером пикселей	1 (3 канала)	4 (12 каналов)	1 (3 канала)	1 (3 канала)	1 (3 канала)	1 (3 канала)	1 (3 канала)	1 (3 канала)
Количество цветов	16 млн	16 млн	16 млн	16 млн	16 млн	32768	16 млн	4096

С появление новых драйверов, список используемых микросхем пополняется.

Ниже приведены структурные схемы SPI лент и их подключение к контроллеру.

Рис.1. Структурная схема SPI светодиодной ленты с двумя линиями управления (DATA и CLK) 

Рис.2. Структурная схема SPI светодиодной ленты с одной  линией управления (DATA )

Использование протокола DMX.

Отличительные особенности светодиодных лент и флеш-модулей, использующих DMX управление – параллельная подача сигнала управления на все модули. Как видно на структурной схеме, приведенной на рис.3., цифровой сигнал с выхода контроллера подается одновременно на все драйверы.

Рис.3. Структурная схема DMX светодиодной ленты (сигнал ADR используется только при записи адресов DMX каналов)

В такой системе выход из строя одного драйвера не вызывает отказ всех последующих пикселей. Правда, чтобы информация попала именно в тот драйвер, которому она предназначена, драйверы должны иметь свой персональный адрес. Если драйверы в последовательной цепочке поменять местами, поменяются и пикселы в программе, в результате световой эффект будет нарушен.

В оборудовании компании Neoncolor используются современные DMX драйверы WS2821. Справедливости ради, стоит отметить, что эти драйверы используют протокол DMX, но не используют полноценный симметричный интерфейс, характерный для работы систем стандарта DMX. Для передачи сигнала используется сигнал DATA+ и не используется DATA-.

DMX ленты, модули и «гибкий неон» поставляются с записанными при производстве DMX адресами. По умолчанию, адресация пикселей каждой катушки ленты (цепочки модулей или катушки «гибкого неона») начинается с 1-го адреса и нумеруется по порядку до последнего пикселя. Если в одну линию соединяется несколько катушек или отрезков, требуется произвести запись адресов заново. Для этого вначале выполняются все соединения отрезков ленты или модулей, а затем производится запись адресов. При этом адреса автоматически последовательно записываются во все подключенные пиксели, начиная от ближайшего к контроллеру. Такая запись исключает дублирование адресов и обеспечивает правильное выполнение световых эффектов.

Для записи адресов в DMX драйверы используются специализированные редакторы адресов, например, DMX-WS2821. Некоторые пиксельные контроллеры, такие как DMX K-1000D или DMX K-8000D, имеют встроенный редактор адресов.

При записи адресов используется провод, обозначенный ADR (ADI, ADIN). После выполнения записи, при воспроизведении световых программ, вход ADI драйверов не используется. Если Ваш контроллер не имеет встроенного редактора адресов и не имеет выхода для подключения провода ADI, этот провод должен быть соединен с общим проводом GND, что предотвратит воздействие на него внешних помех и наводок.

Подводя итог сравнению цифровых интерфейсов SPI и DMX, используемых при управлении светодиодными пикселями, приведем положительные стороны обоих.

Плюсы светодиодных лент и модулей, использующих интерфейс SPI:

• нет необходимости записывать адрес и, соответственно, приобретать редактор адресов;
• нет привязки пиксела к месту установки в общей цепи, т.е. перестановка модулей или отрезков ленты не приводит к нарушению рисунка воспроизводимой программы;
• возможность подключения на одну линию более 1024 пикселей, при условии поддержки такого количества контроллером и при продуманном и качественно выполненном монтаже.

Плюсы светодиодных лент, модулей и «гибкого неона», использующих интерфейс DMX:

• совместимость с оборудованием, использующим стандартный протокол управления DMX512, например, DMX пульты или оборудование системы MADRIX.
• при отказе одного пикселя, все последующие пиксели продолжают работать, картинка не искажается.

При управлении от оборудования, работающего по стандартному протоколу DMX512 , на одну DMX шину может быть подключено максимум 170 пикселей (170 пикселей по 3 адреса, итого 510 адресов). При использовании специализированных пиксельных контроллеров для светодиодных лент и флеш-модулей, это количество зависит от типа самого контроллера и обычно составляет 1024 пикселя на один порт.

В заключении статьи приведем схему подключения нескольких светодиодных лент «Бегущий огонь» (Рис.4.) и дадим несколько рекомендаций, которые помогу правильно спроектировать и смонтировать систему.

Рис.4. Соединение нескольких светодиодных лент.

Приведенные ниже рекомендации относятся ко всем светодиодным лентам, флеш-модулям и гибкому неону, управляемым как по протоколу SPI, так и DMX.

• При подключении пикселей соблюдайте направление передачи данных, обозначенное стрелками, нанесенными на ленте или флеш-модулях. Стрелки должны указывать в направлении от контроллера. Также, можно ориентироваться на маркировку, нанесенную на ленту или модули. Контакты с маркировкой DI или DIN – вход, подключаются к выходу контроллера, контакты с маркировкой DO или DOUT – выход, подключаются к следующим пикселям.
• Никогда не подавайте на ленту напряжение, превышающее номинальное напряжение питания, например, подключение ленты с напряжением питания 5В к источнику питания с выходным напряжением 12В неминуемо приводит к выходу ленты из строя.
• Будьте внимательны при подключении. Подача напряжения питания на вход данных или ошибка с полярностью подключения выводов питания («плюс» и «минус» источника питания) может привести к выходу ленты из строя.
• Не подключайте последовательно питание двух и более лент (5 или 2.5 м, в зависимости от типа лент). Лента и «гибкий неон» поставляются на катушках и всегда имеют максимально допустимую длину. При соединении последовательно нескольких лент, провода DATA и GND подключаются с выхода одной ленты ко входу другой, а питание подается на каждую ленту отдельно. Если для питания нескольких лент используется один мощный источник питания, от него к каждой ленте необходимо провести отдельный кабель. При этом следует учитывать, что ток потребления ленты может достигать больших значений и это приводит к падению напряжения на питающих проводах. Помимо изменения цвета свечения, такое падение может вызывать сбои в управлении пикселями. Сечение питающего кабеля рассчитывается так же, как и для стандартных светодиодных лент, исходя из потребляемой мощности ленты и длины кабеля. Для расчета можно воспользоваться калькулятором сечения провода на нашем сайте. Часто, вместо одного мощного источника питания, бывает удобнее использовать отдельные блоки небольшой мощности для каждой ленты, разместив их в непосредственной близости к ленте. При таком подключении проблем, вызываемых падением напряжения, не возникает.
• При использовании лент высокой плотности и с низким напряжением питания (5 вольт), подавайте питание на ленту с обоих концов. На таких лентах, из-за большого потребляемого тока и падения напряжения на дорожках ленты, цвет свечения светодиодов в начале и конце ленты может отличаться. Из-за недостатка напряжения питания на конце ленты могут появиться сбои управления светодиодами. Эти эффект особенно выражены при включении статического белого цвета на всех светодиодах. В таком режиме потребляемый лентой ток максимальный. На некоторых контроллера, для устранения подобного эффекта, автоматически снижается яркость свечения на белом цвете при питании контроллера напряжением 5 вольт.
• Напряжение на управляющих линиях DATA и CLK не зависит от типа контроллера и его напряжения питания. На всех контроллерах оно может принимать только два значения – 0 или 5 вольт (уровни TTL). Из этого следует, что не обязательно питать контроллер и ленту от источников питания с одинаковым выходным напряжением. Например, можно использовать ленту с питанием 5 вольт и контролер с напряжением питания 12 вольт. Главное, чтобы выходное напряжение блока питания ленты соответствовало подключаемой ленте, а выходное напряжения блока питания контроллера соответствовало подключаемому контроллеру. Если напряжения питания контроллера и ленты одинаковые, можно использовать один общий источник питания.
• Для передачи сигналов управления от контроллера к ленте используйте экранированный кабель. Возможно применение кабеля для компьютерных сетей UTP (витая пара). Длина кабеля управления между контроллером и лентой не должна превышать 10 м. При необходимости передать сигнал управления на большее расстояние (до 200м), используйте конверторы сигнала TTL в RS485 со стороны контроллера RS485 в TTL со стороны ленты. Для передачи и приема сигнала по кабелю можно использовать конвертер Th3010-485.
• При количестве пикселей в системе более 1024, используйте контроллеры с несколькими выходными портами. Равномерно распределяйте пиксели между портами контроллера.

Руководствуясь приведенными рекомендациями, можно создавать системы практически любой сложности – от световых дорожек с эффектом «Бегущий огонь» до мультимедийных экранов с выводом графических и видео изображений.

SPI контроллер и SPI RGB лента. Как работает управление SPI.

В последние годы светотехнический рынок обогатился RGB лентами с попиксельным управлением – так называемыми SPI контроллер и SPI RGB лента. В отличие от своих предшественниц, они позволяют изменять (как фиксировано, так и динамически) яркость и цвет не только всей линии, но и каждого светодиода или юнита отдельно. Это выводит их на качественно новый уровень возможностей, позволяя создавать эффекты бегущего огня, тени, капли и множество других – с настройкой размера, цвета, направления и скорости «движущихся» фрагментов, их количества, пульсаций, пред- и послесвечения, изменений фона и многого другого. Такие функции, естественно, обеспечивают ещё более широкое и эффектное применение подобных изделий для световой рекламы, медиафасадов, оформления праздников и шоу, интерьерной, архитектурной и ландшафтной декоративной подсветки.

Управление SPI

Управление SPI и DMX управление светодиодными источниками света это особый вид управляемых светодиодных источников света. Если говорить кратко то, как и в многоцветных RGB лентах, используются трехцветные светодиоды с красным (R), зеленым (G) и синим (B) свечением. Отличие обычного DMX устройства от SPI в том, что в устройствах SPI  Каждый светодиод  является отдельным устройством и управляется отдельно (3 диода разных цветов или несколько таких групп) питается от встроенного в ленту возле него микро чипа-драйвера, который и регулирует свечение в соответствии с последним пришедшим кодом.

Принципиальная особенность управление SPI заключается в том, что кроме светодиодов, непосредственно на ленту или внутрь модулей, монтируются микросхемы управления, в следствии чего появляется возможность управлять не только всеми светодиодами одновременно, но и каждым светодиодом или группой из нескольких светодиодов в отдельности. Эта группа называется «пиксель». В разных типах ленты содержится разное количество светодиодов в пикселе. LED-ленты и модули с напряжением питания 12В обычно имеют по 3 RGB светодиода на пиксель, с питанием 24В – по 6 светодиодов на пиксель. В светодиодных лентах и модулях с напряжением питания 5В управление обычно осуществляется каждым светодиодом отдельно, причем микросхема управления может быть встроена в корпус самого RGB светодиода.

Работой светодиодных лент «Бегущий огонь», «гибкий неон» и флеш-модулями управляют пиксельные контроллеры, которые формируют цифровой сигнал управления.

Пиксельная светодиодная лента бегущий огонь

Управляемый «гибкий неон» 

Флеш-модули

 

Различные типы SPI контроллеров

 Контроллеры с фиксированным набором динамических эффектов, запрограммированных на заводе при изготовлении контроллера. В таких контроллерах пользователь может выбирать программы из имеющегося списка и регулировать скорость их выполнения. Подобные контроллеры могут содержать в своей памяти до 300 программ различных динамических эффектов.

Контроллеры, выполняющие программы, записанные на SD карту. Программы световых эффектов для таких контроллеров создаются пользователем на компьютере с использованием специализированного программного обеспечения и записываются на SD карту.

Контроллеры, работающие под непрерывным управлением компьютера (On Line). Программы в этом случае также создаются пользователем на ПК и там-же выполняются. Контроллер к компьютеру обычно подключается через порт USB или по локальной сети, используя сетевую карту компьютера.

Архитектурная мультимедийная подсветка зданий с использованием системы управления DMX SPI и SPI совместимых светильников.

Какими бывают SPI контроллер и SPI RGB лента.

Как и обычные RGB, SPI контроллер и SPI RGB лента могут иметь влагозащищенное исполнение и боковое свечение (модели со словом Side в названии). Последнее достигается применением специальных светодиодов с оптическими осями параллельными плоскости пайки. Такие модели удобны для монтажа в узких щелях или на горизонтальных поверхностях при горизонтальном же направлении максимума излучения, что очень часто требуется в подсветке дизайнерских потолков и наружных архитектурных элементов, для окантовки вывесок и рекламных щитов или отдельных объёмных букв и т. п.

Технически независимое регулирование яркости каждого диода в каждом пикселе (которых могут быть тысячи) обеспечивается, конечно, не прокладкой кабеля с соответствующим количеством жил, а цифровыми методами. Для кодированного управляющего сигнала, в котором заключена информация для всех пикселей, достаточно одного или двух проводников, кроме общего. Каждый пиксель (3 диода разных цветов или несколько таких групп) питается от встроенного в ленту возле него микрочипа-драйвера, который и регулирует свечение в соответствии с последним пришедшим кодом.

Управление SPI RGB лент (от английского Serial Peripheral Interface) последовательный: каждый драйвер «берёт» из управляющего кода свою часть информации, а остальное переправляет на следующий. Поэтому выход из строя любого из них останавливает всю ленту. Но благодаря огромному сроку службы и высокой надёжности светодиодов отказы происходят крайне редко, в основном только из-за механических повреждений. Зато не требуется более хлопотная пуско-наладка с прописыванием индивидуального адреса каждого пикселя, как в более универсальном протоколе DMX, а любой повреждённый участок ленты достаточно просто физически – без какой-либо последующей настройки – заменить аналогичной по количеству пикселей (юнитов), то есть просто такой же длины. (Напомним, что юнитами называются кратчайшие отрезки ленты с повторяющейся структурой, по специально обозначенным границам которых её можно резать).

SPI контроллер и SPI RGB лента — принцип действия.

Формируется управляющий сигнал специальным внешним устройством – SPI контроллером, часто содержащим также импульсный стабилизатор для силового питания. В некоторых моделях его напряжение переключается на 5, 12 и 24 В для совместимости с любой лентой. Амплитуды же сигналов (как и сам протокол) на информационных выходах DATA и CLK унифицированы на всех устройствах под уровни TTL. В некоторых системах для управления используется только один провод DATA, но двухпроводные работают стабильнее, имеют выше частоту обновления и скорость обмена данными, что позволяет воспроизводить более сложные и динамичные световые эффекты.

Кроме соответствия напряжения и мощности, при выборе SPI контроллера для светодиодной ленты следует убедиться, что применяемые в ней драйвера входят в список поддерживаемых контроллером. Обычно их перечень достаточно велик, но лучше всего просто приобретать компоненты от одного производителя, специально сконструированные друг для друга и совместимые априори – от совпадения соединителей и наиболее полной реализации всех возможностей до гармоничного сочетания цвета проводников и корпуса.

SPI контроллер и SPI RGB лента — принципиальная схема.

На SPI RGB лентах изображены стрелки, обозначающие направление передачи управляющих сигналов (так, кстати, легче всего – не разглядывая мелкие буквы – отличать их от обычных RGB лент, концы которых равноправны). Подключение следует производить так, чтобы стрелки указывали в направлении ОТ контроллера к дальнему концу ленты. Другими словами, чтобы выход DATA на SPI контроллере соединялся с входом DI (или DIN) ленты, а её выход DO (или DOUT) – со следующей лентой, если таковая используется. Аналогично при двухпроводном управлении подключаются входы/выходы CLK, CIN и COUT. Вообще суммарная длина подключаемых лент выбирается так, чтобы количество пикселей в них не превышало поддерживаемое данным контроллером. Для значений свыше 1024 существуют контроллеры с несколькими выходными портами.

Схема подключения SPI RGB лент к контролеру.

 

Управление SPI практические советы.

Из-за низковольтного питания ток, потребляемый светодиодными лентами достаточно велик, а сечение печатных проводников в них ограничено. Падение же напряжения сразу вызывает изменение цветов, а значительное может привести и к сбою в работе. Поэтому, даже если мощности встроенного в SPI контроллер блока питания хватает на все подключаемые к нему ленты, примерно каждые 2,5 их метра должны быть подключены не через предыдущий участок лент, а через дублирующие медные проводники сечением не менее 0,35 кв. мм на каждый ампер потребления и каждые 10 м расстояния. И на цельную 5-метровую ленту питание лучше подавать с обеих сторон. При больших расстояниях бывает рациональнее непосредственно возле точек дополнительного питания расположить несколько маломощных источников – обязательно с защитой от встречного тока на выходе. Блок питания контроллера также должен её иметь или не использоваться для лент.

Управление SPI схема управления.

SPI контроллер и SPI RGB лента — принципиальная схема подключения Artnet.

В данной статье мы кратко описали как работает SPI контроллер и SPI RGB лента подробнее о подобных системах управления читайте в наших следующих статьях.

Управление DMX 512

Подключение RGB контроллера

 

RGB-светодиоды: адресуемая светодиодная лента

В данной статье мы расскажем о цветных светодиодах, отличии простого RGB-светодиода от адресуемого.

Также мы дополним материал информацией о сферах применения, о том, как они работают, каким образом осуществляется управление со схематическими картинками подключения светодиодов.

1. Вводная информация о светодиодах

Светодиоды – электронный компонент, способный излучать свет. Сегодня они массово применяются в различной электронной технике: в фонариках, компьютерах, бытовой технике, машинах, телефонах и т.д. Многие проекты с микроконтроллерами так или иначе используют светодиоды.

Основных назначений у них два:

• демонстрация работы оборудования или оповещение о каком-либо событии;
• применение в декоративных целях (подсветка и визуализация).

Внутри светодиод состоит из красного (red), зеленого (green) и синего (blue) кристаллов, собранных в одном корпусе. Отсюда такое название – RGB.

2. С помощью микроконтроллеров

С помощью него можно получить множество различных оттенков света. Управление RGB-светодиодом осуществляется с помощью микроконтроллера (MK), например, Arduino.

Конечно, можно обойтись простым блоком питания на 5 вольт, резисторами в 100-200 Ом для ограничения тока и тремя переключателями, но тогда управлять свечением и цветом придется вручную. В таком случае добиться желаемого оттенка света не получится.

Скетч Arduino для управления трехцветным светодиодом написать несложно, можно найти множество примеров в интернете с полным описанием подключения. Мы уже делали такую программу для Wemos — посмотрите здесь, и для Arduino — здесь.

Проблема появляется тогда, когда нужно подсоединить к микроконтроллеру сотню цветных светодиодов. Количество выводов у контроллера ограничено, а каждому светодиоду нужно питание по четырем выводам, три из которых отвечают за цветность, а четвертый контакт является общим: в зависимости от типа светодиода он может быть анодом или катодом.

3. Контроллер для управление RGB

Для разгрузки выводов МК применяются специальные контроллеры WS2801 (5 вольт) или WS2812B (12 вольт).

С применением отдельного контроллера нет необходимости занимать несколько выходов MK, можно ограничиться лишь одним сигнальным выводом. МК подает сигнал на вход «Data» управляющего контроллера светодиода WS2801.

В таком сигнале содержится 24-битная информация о яркости цвета (3 канала по 8 бит на каждый цвет), а также информация для внутреннего сдвигового регистра. Именно сдвиговый регистр позволяет определять, к какому светодиоду информация адресовывается. Таким образом можно соединять несколько светодиодов последовательно, при этом использовать все так же один вывод микроконтроллера.

4. Адресуемый светодиод

Это RGB-светодиод, только с интегрированным контроллером WS2801 непосредственно на кристалле. Корпус светодиода выполнен в виде SMD компонента для поверхностного монтажа. Такой подход позволяет расположить светодиоды максимально близко друг другу, делая свечение более детализированным.

В интернет-магазинах можно встретить адресные светодиодные ленты, когда в одном метре умещается до 144 штук.

Стоит учесть, что один светодиод потребляет при полной яркости всего 60-70 мА, при подключении ленты, например, на 90 светодиодов, потребуется мощный блок питания с током не менее 5 ампер. Ни в коем случае не питайте светодиодную ленту через контроллер, иначе он перегреется и сгорит от нагрузки. Используйте внешние источники питания.

5. Недостаток адресуемых светодиодов

Адресуемая светодиодная лента не может работать при слишком низких температурах: при -15 контроллер начинает подглючивать, на более сильном морозе велик риск его выхода из строя.

Второй недостаток в том, что если выйдет из строя один светодиод, следом по цепочке откажутся работать и все остальные: внутренний сдвиговый регистр не сможет передать информацию дальше.

6. Применение адресуемых светодиодных лент

Адресуемые светодиодные ленты можно применять для декоративной подсветки машины, аквариума, фоторамок и картин, в дизайне помещений, в качестве новогодних украшений и т.д.

Получается интересное решение, если светодиодную ленту использовать в качестве фоновой подсветки Ambilight для монитора компьютера.

Если вы будете использовать микроконтроллеры на базе Arduino, вам понадобится библиотека FastLed для упрощения работы со светодиодной лентой (скачать здесь).

Схема подключения и управление светодиодной лентой с помощью Arduino

Arduino — компьютерная платформа, используемая при построении простых систем автоматики, небольшая плата со встроенным микропроцессором и оперативной памятью. Управление светодиодной лентой через Arduino — один из способов ее применения.

Процессор ATmega управляет программой-скетчем, контролируя многочисленные дискретные выводы, аналоговые и цифровые входы/выходы, ШИМ-контроллеры.

к содержанию ↑

Принцип действия Arduino

«Сердце» платы Arduino — микроконтроллер, к которому подключаются датчики, управляющие элементы. Заданная программа (называется «скетч») позволяет управлять электродвигателями, светодиодами в лентах и других осветительных приборах, даже используется для контроля над другой платой Arduino через протокол SPI. Контроль осуществляется при помощи пульта ДУ, Bluetooth-модуля или сети Wi-Fi.

Для программирования используется открытый исходный код на ПК. Для загрузки программ управления можно пользоваться USB-коннектором.

к содержанию ↑

Принцип управления нагрузкой через Arduino

На плате Arduino есть порты двух типов — цифровые и аналоговые. Первый имеет два состояния — «0» и «1» (логические ноль и единица). При подключении светодиода к плате в одном состоянии он будет светиться, в другом — нет.

Аналоговый вход, по сути, — ШИМ-контроллер, регистрирующий сигналы частотой около 500 Гц. Такие сигналы подаются на контроллер с настраиваемой скважностью. Аналоговый вход позволяет не просто включать или отключать управляемый элемент, но и изменять значение тока (напряжения).

При прямом подключении через порт используйте слабые светодиоды, добавляя к ним ограничительный резистор. Более мощная нагрузка выведет его из строя. Для организации управления светодиодной лентой и другим осветительным прибором примените электронный ключ (транзистор).

к содержанию ↑

Подключение к Arduino

Прямое подключение светодиодной ленты к Arduino уместно только в случае применения слабых LED-диодов. Для светодиодной ленты между ней и платой необходимо установить дополнительные электротехнические элементы.

Через реле

Подключите реле к плате Arduino через цифровой выход. Управляемая полоса может иметь одно из двух состояний — включения или выключения. Если нужно организовать управление RGB-лентой, понадобятся три реле.

Значение тока, контролируемое данным устройством, ограничивается мощностью катушки. Если мощность слишком мала, элемент не сможет замыкать большие контакты. Для наиболее высоких мощностей примените релейные сборки.

к содержанию ↑

С помощью биполярного транзистора

Если нужно повысить ток или напряжение на выходе, подключите биполярный транзистор. При его выборе ориентируйтесь на ток нагрузки. Ток управления не превышает 20 мА, поэтому добавьте резистор на 1 – 10 кОм для ограничения тока за счет сопротивления.

Обратите внимание! В идеале нужно пользоваться транзистором n-p-n типа на базе общего эмиттера. Если требуется большое усиление, примените транзисторную сборку.

к содержанию ↑

С помощью полевого транзистора

Вместо биполярных транзисторов для управления светодиодными лентами возьмите полевые (сокращенно — МОП). Разница между ними связана с принципом управления: биполярные изменяют ток, полевые — напряжение на затворе. Благодаря этому небольшой ток затвора управляет большой нагрузкой (десятками ампер).

Обязательно добавьте к схеме резистор для ограничения тока. Из-за высокой чувствительности к помехам к выходу контроллера подключается масса резистора на 10 кОм.

к содержанию ↑

С помощью плат расширения

Если нет желания использовать реле и транзисторы, можно купить целые блоки — платы расширения. К ним относятся Wi-Fi, Bluetooth, эквалайзер, драйвер и т. д., которые необходимы для управления нагрузкой разных мощностей и напряжений. Это могут быть как одноканальные элементы, которые подойдут монохромным лентам, так и многоканальные (для управления цветными RGB-лентами).

к содержанию ↑

Различные программы

Библиотеки с программами для платы Arduino можно загрузить с официального сайта или найти в Интернете на других информационных ресурсах. Если есть навыки, можете даже самостоятельно написать скетч-программу (исходный код). Для сбора электрической цепи не требуется каких-то специфичных знаний.

Варианты применения системы под управлением Arduino:

1. Освещение. Наличие датчика позволит задать программу, в соответствии с которой свет в комнате либо появляется сразу, либо плавно включается параллельно заходу солнца (с увеличением яркости). Для включения можно использовать Wi-Fi, телефон и интеграцию в систему «Умный дом».
2. Освещение коридора и лестничных площадок. Arduino позволит организовать освещение каждой детали (к примеру, ступени) отдельно. Добавьте в плату датчик движения, чтобы адресные светодиоды загорались последовательно в зависимости от того места, где зафиксировано движение объекта. Если движения нет, диоды будут гаснуть.
3. Светомузыка. Воспользуйтесь фильтрами и подайте на аналоговый вход звуковые сигналы, чтобы на выходе организовать светомузыку (эквалайзер).
4. Модернизация компьютера. Некоторые датчики позволят создать зависимость цвета светодиодов от температуры процессора, его загрузки, нагрузки на оперативную память. Используется протокол DMX 512.

Микросхемы Arduino расширяют возможности применения монохромных и многоканальных (RGB) светодиодных лент. Помимо слияния различных цветов, образования сотен тысяч оттенков сможете создать неповторимые эффекты — затухание при заходе солнца, периодическое включение/выключение при фиксации движения и многое другое.

Управление светодиодной лентой через Arduino — схемы плавного включения и выключения освещения