Инструкция по подключению Arduino к адресной светодиодной ленте
На сегодня это наша третья статья. В прошлых статьях мы уже разобрали, что из себя представляет адресная лента и примерно поняли, как она устроена. А также поговорили о плате Arduino Nano, посредством которой мы буем управлять лентой, установили необходимое программное обеспечение и даже написали свою первую программу. Теперь же пришло время подключить все вместе и сделать простую световую анимацию.
Для начала необходимо разобраться с потреблением светодиодной ленты. Дело в том, что каждый светодиод в пикселе потребляет до 20 мА, в зависимости от яркости его свечения. Напомню, что яркость свечения задаем мы сами из программы. Итого получается, что каждый пиксель может потреблять до 60 мА. Это довольно много, если учитывать, что мы можем использовать несколько метров ленты. Но в рамках данной статьи я буду экспериментировать с отрезком на 5 пикселей. И по этой причине запитаю адресную ленту прямо от Arduino Nano. Хотя я бы сам не рекомендовал так делать, лучше всего ставить отдельный блок питания и подключить ленту к нему, а с МК реализовать только управление.
Как мы помним из прошлых статей, управление будет осуществлено любым из цифровых выходов с D2 по D13. В данном случае я решил использовать D5 (просто для примера, Вы можете использовать любой). Итак, подключаем ленту к Arduino Nano. GND к GND, +5V к +5V и D-input к D5 на плате Nano. Я не стал ничего придумывать и просто припаял. Визуально выглядит адресная лента подключенная к Ардуино:
А вот схема подключения адресной ленты к Arduino:
Тут главное помнить, что адресная светодиодная лента имеет направление и важно не перепутать к какому концу ленты подключать плату Arduino. Но об этом я уже говорил в прошлых статьях и больше заострять на этом внимание не будем.
Следующим действием предлагаю подключить плату Адруино к компьютеру и уже заняться написанием нашей первой программы под адресную светодиодную ленту.
Пишем программу для управления адресной светодиодной лентой через Arduino. Установка библиотеки
Первый раз – это всегда очень волнительно. В первый раз можно наделать кучу ошибок, причем в последствии понимаешь, что данные ошибки и нарочно придумать сложно, не то, чтобы их случайно допустить, и это касается не только программирования. Но для того я и пишу данную статью, чтобы максимально облегчить путь от идеи до результата. Сейчас я достаточно подробно опишу все, что буду делать. Это поможет сформировать в голове новичка четкое представление о подключении Arduino.
Для начала давайте откроем IDE Arduino. Это программа, которую мы установили
Получилось? Отлично! Далее нам необходимо установить библиотеку. Это нужно, чтобы управлять адресной лентой. Дело в том, что лента принимает определенный набор команд, но нам, как молодым разработчикам, пока не интересно, что это за команды и как они устроены. Мы просто хотим управлять цветами. И библиотека управления адресной лентой поможет нам сделать это максимально просто и быстро. Мы будем сообщать программе, где какой цвет хотим видеть, а программа, с помощью библиотеки, будет формировать наборы команд, понятные для микросхем адресной ленты. На самом деле все достаточно просто и очевидно, нужно только привыкнуть. Поэтому нажимаем «Скетч» -> «Подключить библиотеку» -> «Управлять библиотеками».
После этого появится окно «Менеджер библиотек». Кстати, данному окну нужно немного времени чтобы прогрузиться, поэтому пару секунд оно будет не активным, нужно подождать.
На данный момент мы будем использовать библиотеку «Adafruit NeoPixel». Проще всего будет воспользоваться поиском. Как видно, в списке есть похожие название, нужно быть внимательным и не перепутать.
Следующим шагом нам необходимо установить библиотеку, для этого есть соответствующая кнопка. Нажимаем и ждем. После того, как установка будет завершена, кнопка «Установить» пропадет, зато появится выпадающий список, позволяющий выбрать версию. Пока что ничего менять не будем и просто закроем окно.
Пишем программу для управления лентой через Ардуино
И теперь мы приступаем к следующему этапу - написанию программы. Начнем с чего-то простого и потом будем постепенно совершенствовать. Наша первая программа будет выглядеть следующим образом:
#include "Adafruit_NeoPixel.h"
#define LED_COUNT 5
#define LED_PIN 5
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
void setup() {
strip.begin(); //Инициализируем ленту.
}
void loop() {
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
{
strip.setPixelColor(i, strip.Color(255, 0, 0)); // Красный цвет.
strip.show();
delay(300);
}
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
{
strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 0, 0)); // null
}
strip.show();
delay(300);
}
На первый взгляд это может показаться немного не понятным. Сейчас мы пройдемся по коду и используемые нами команды приобретут смысл.
Начнем с первой строчки. Тут мы объявляем библиотеку. Дело в том, что перед этим мы только ее скачали, а чтобы использовать в программе, необходимо ее объявить. Для этого используется директива #include<>. Где в скобках указано имя файла, который будет использоваться при компиляции, как часть кода. В нашем случае это название библиотеки. Кстати да, библиотека – это файл с программой.
Вторая и третья строчки, - тут мы задаем кол-во пикселей в нашей ленте и номер вывода, с которого будет организовано управление.
Обратите внимание: речь идет именно о количестве пикселей, то есть чипов в ленте, а не о количестве светодиодов. В некоторых адресных лентах, например с чипом ws2811 и ws2818 управление происходит кратно 3 диодам, поэтому лента с 60 диодами на метр будет управляться всего 20 пикселями. Если у вас адресная лента ws2812b, ws2813 или ws2815, то управление происходит кратно одному диоду, то есть количество пикселей = количество светодиодов.
Идем далее. Директива #define определяет идентификатор и последовательность символов, которой будет замещаться данный идентификатор при его обнаружении в коде. Давайте разберем вторую строку более подробно «#define LED_COUNT 5». «LED_COUNT» — это идентификатор, которому соответствует символ «5». Это позволит нам в теле программы (везде, где нужно) написать «5», писать «LED_COUNT». Возможно, это звучит немного непотяно, но подумайте вот о чем: нам пришло в голову изменить кол-во пикселей в ленте и тогда нам придется во всем коде менять их кол-во. Но благодаря #define, мы имеем возможность поменять всего лишь последовательность символов в идентификаторе. Понятное дело, в нашей программе возможно заменить все значения, потому что тут всего 2-а десятка строк. Но бывают и очень большие программы, где действия по замене потребуют огромного количества времени и терпения.
В пятой строке мы объявляем экземпляр класса Adafruit_NeoPixel и передаем его конструктору значения о длине ленты, выводе управления и типу адресной ленты. В данной статье мы не будем разбирать само понятие классов, поэтому предлагаю просто принять данную строчку как должное, где в скобках мы передаем необходимые параметры. Скажу только одно: тут мы создали объект под именем «strip». И этот объект полностью отвечает за работу подключенной ленты.
В теле функции setup() мы сообщаем компилятору, что данный объект «strip» у нас будет использован. По сути, эту команду инициализации пока тоже нужно принять как необходимый минимум.
А дальше у нас уже идет самое интересное - основная часть программы, в которой и происходит волшебство, она находится в теле функции loop(). Но перед этим необходимо ввести новое понятие – цикл.
Цикл — это определенный блок программы, выполняющийся по кругу. Даже сама функция loop() является циклом. Циклы бывают конечными и бесконечными и у циклов так же, как и у функций, есть тело, где написаны повторяющиеся команды. В данной программе мы использовали цикл – for. Если данный цикл описан правильно, то он, как правило, конечен. Цикл for имеет 3 параметра «for(int i = 0; i < LED_COUNT; i++){ }». Первый параметр задает начальное значение для переменной i. Кстати, в данном случае переменная i инициализируется при начале работы цикла и забывается при окончании работы цикла. Второй параметр – это условие, при котором цикл продолжает выполняться. В нашем случае цикл выполняется до тех пор, пока i меньше 5. И третий параметр прибавляет единицу к i, при каждом повторе цикла. Сейчас ограничимся этим коротким объяснением. В дальнейшем у меня выйдет короткая статья, посвящённая программированию.
Итак, вернемся к программе. С 13-ой по 17-ую строку у нас расположен цикл, цикл на 5 повторений, где i меняется от 0 до 4 включительно.
В 14-ой строке мы вызываем метод setPixel, объекта strip и передаем ему два параметра. Где i это номер пикселя на адресной ленте, а «strip.Color(255, 0, 0)» его цвет. Про то, как задается цвет по системе RGB мы уже говорили ранее. Скажу только очевидную вещь, «255, 0, 0» - это максимально красный цвет.
Получается, когда мы объявили объект strip и передали ему, что в нашей адресной ленте будет 5 пикселей, то в памяти было зарезервировано 5 ячеек, предназначенные для хранения цвета. И теперь в данном цикле мы их заполняем.
В 15-ой строке расположена команда, которая выводит на ленту цвета из памяти в МК (микроконтроллер). То есть последовательность такая: сначала пишем цвета в память, потом разом выводим их на адресную ленту. Изначально пока мы еще не успели заполнить память, там хранятся нулевые цвета «0, 0, 0».
И в 16-ой строке у нас стоит задержка в 300 млс.
Получается, изначально мы имеем 5 ячеек памяти, где записаны только нулевые цвета. Потом в цикле поочередно в каждую из ячеек пишется красный цвет, выводится на ленту и происходит небольшая задержка.
Теперь давайте разберем строки кода с 18-й по 23-ю. Тут происходит практически то же самое. В таком же цикле, мы обнуляем цвета, только это происходит без какой-либо задержки. И данные поступают на адресную ленту уже после выполнения всего цикла, то есть обнуления всех цветов. И уже после этого мы используем задержку.
На мой взгляд все достаточно просто. Светодиоды поочередно загораются красным, а затем гаснут и все это происходит по кругу. Результат выполнения программы вы можете увидеть ниже.
Заключение
В данной статье мы написали свою первую программу для управления адресной лентой. Теперь Вы сами можете повторить это. Также Вы можете использовать не только красный цвет, но и самостоятельно поэкспериментировать с палитрой и более сложными цветами. А уже в следующих статьях мы постепенно усложним задачу.
- Комментарии
