Адресная светодиодная лента

RGB (Red, Green, Blue) лента - это разноцветная светодиодная лента с четырьмя контактами: R, G, B и +. Для управления этой лентой используется контроллер, который "решает" какое напряжение подать на какой канал в зависимости от цвета, который вы выбрали. Если он, например, подаст питание поровну на "синий" и "зеленый" канал, мы должны увидеть желтый. В основном RGB ленты делают на основе диодов 2835 и 5050. Однако SMD 2835 - лишь симуляция RGB, в которой красный, синий и зеленый диод чередуются и якобы получается RGB. Внешне это очень напоминает обычную гирлянду (см картинку ниже). 

Лента RGB 2835 

5050 при включении "белого" режима.

Лента SMD 5050 более современна. Внутри каждого диода совмещены красный, зеленый и синий кристаллы. Контроллер подает большее или меньшее напряжение на соответствующий канал в зависимости от команды, и в итоге диоды могут светить не только красным-синим-зеленым, но и их смешением: розовым, оранжевым, фиолетовым и т.д.  

Если лента 5050 такая современная, зачем нужны адресные ленты? Самая главная проблема обычной ленты в том, что у нее все диоды одинаково реагируют на сигналы контроллера. Выбрали оранжевый - контроллер подал питание на соответствующие каналы и вся лента начала светить оранжевым. Выбрали красный - вся лента загорелась красным и т.д. Никаких эффектов "бегущей волны", эквалайзера, разных бегающих друг за другом цветов не получится.  

Адресная лента решает эту проблему. Она считается "умной", т.к. управляется не просто через изменение напряжения на контактах. В ней для каждого светодиода установлен свой микро контроллер (например, чип ws2812b). Это позволяет при помощи контроллера или платы ардуино передать каждому диоду отдельную команду регулируя его цвет и яркость. В конечном итоге можно создать очень интересные эффекты,и даже целые световые шоу! 

В линейке WS первой идет WS2801. Это своеобразный дайвер-микросхема для RBG-светодиода с последовательным интерфейсом SPI (линия данных и тактовая линия). У WS2801 было 4 контакта: +5v, GND (минус), DI (Digital input) и CO (тактовая линия). 

Лента ws2801

 Таких лент сегодня практически уже не найти, на их место пришли WS2811 и WS2812B, более компактные модели с последовательным однолинейным интерфейсом. Теперь за данные отвечает только один контакт, обычно обозначаемый как DI (digital input) и с другой стороны DO (digital output). 

Ws2811 (слева) и ws2812b (справа)

Основные отличия ленты ws2811 и ws2812b: 

• Микрочип 2811 гораздо больше чем его потомок 2812b, поэтому он припаян прямо на подложку ленты перед каждым диодом (черный прямоугольник на фото выше слева). У 2812b чип убран внутрь диода (темная точка в диоде на фото справа). 
• Лента ws2811, в основном, рассчитана на напряжение 12 вольт. 
• Если лента 2811 на 12v, у нее один чип управляет тремя диодами одновременно, а не по одному (как в ws2812b). 
• Т.к. чип ставится 2811, лента разрезается и управляется кратно трем диодам. 
• Лента ws2811 на 12v дешевле, чем ws2812b (микрочипы составляют две трети стоимости адресной ленты, а в 2811 их требуется в три раза меньше) 

Благодаря дешевизне ленту WS2811 на 12v до сих пор часто ставят в клубы, на фасады зданий и сцены для масштабных световых шоу. Тем не менее, когда важна большая четкость анимации, или расстояние от ленты до наблюдателя небольшое, в основном используется более совершенная модель WS2812В. В ней уже интегрированы в SMD корпус как драйвер, так и сами светодиоды. Кроме того, как уже было указанно выше, у нее каждый диод управляется отдельно. 

Светодиодная лента WS2812B поделена на сегменты по одному диоду, каждый из которых имеет свой чип и повышающий помехоустойчивость конденсатор. Все светодиоды питаются от сети параллельно, то есть на каждом отрезке свои +5В, в то время как передача данных осуществляется последовательно, от одного участка другому. Поэтому важной особенностью адресной ленты с чипами ws2811 и ws2812b является то, что если выходит из строя один светодиод в цепи, все последующие также перестают работать. Кстати, в более поздних моделях ленты ws2813, ws2815 и ws2818 эту проблему решили, но об этом мы расскажем в других статьях.

Второй важной особенностью адресной ленты является то, что вы никак не сможете проверить ее работоспособность на месте без контроллера. Без команды чип не включит диод даже если вы подадите питание. Варианта тут два: либо заказывать ленту сразу с контроллером, либо прийти со своим. Тем не менее, брак у этой ленты встречается крайне редко (меньше, чем на 1 из 1000 метров). Обычно устройства и модули на базе WS2812B управляются при помощи готовых контроллеров, на которых записана программа либо с использованием плат Ардуино, Wemos и т.д.  

Как видно на фото выше, лента WS2812B имеет направление, то есть начало (DIN, +5V, GND) и конец (DO, +5V, GND). Направление указано стрелками, чтобы проще было ориентироваться. Подключать необходимо начало ленты (с той стороны откуда идет стрелочка), то есть DIN, иначе лента работать не будет. Коннектор со стороны DO (Data output) используется, чтобы подключить следующий отрезок ленты. 

Arduino – это плата с микроконтроллером, которая позволяет управлять светодиодами в зависимости от загруженной в нее программы. 

• +5V и GND параллельно подключаются к блоку питания и к Arduino, а контакт DIN - через резистор к Arduino. Сопротивление резистора должно быть 100-500 ом. 
• Провода для подключения ленты лучше брать сечением 1.5 квадрата и выше. Это связанно с падением напряжения, которое весьма ощутимо при работе с низковольтным оборудованием. Особенно это актуально, если у вас расстояние от блока до ленты и контроллера больше метра. Чем длиннее расстояние - тем толще нужны провода. 
• К контроллеру / плате arduino обязательно нужно подключить не только контакт данных DIN, но и GND. В противном случае лента работать не будет. 
• Если у вас в линии более пяти метров ленты, рекомендуется подвести к ней питание напрямую от блока питания. Это связанно с тем же падением напряжения. Благо в начале ленты всегда выведены два дополнительных контакта питания. (см. белый и синий провод на фото выше) 

 Наиболее популярные библиотеки для работы с адресными лентами - FastLED и Adafruit NeoPixel, внутри которых уже есть готовые скетчи, а также на их основе можно самостоятельно создать световые эффекты. Для успешного творчества важно запомнить два параметра: NUM_LEDS - количество светодиодов в ленте и PIN – номер порта для передачи данных (к которому мы подключили контакт DIN). В Adafruit это выглядит так:

 6. Сферы применения. 

Адресные светодиодные ленты стоят дороже обычных LED-лент, поэтому чаще всего их устанавливают там, где обычная подсветка не справляется. 

• Яркие полноцветные модули для светодиодных табло и видеовывесок. 

• Светильники, управляемые по принципу soft lights, что в дословном переводе значит «мягкий свет». Это плавный переход от цвета к цвету или между режимами яркости. 

• Декоративная подсветка. Яркие, насыщенные адресные светодиодные ленты создают не только необходимую иллюминацию, но и служат в качестве динамичной подсветки, например, в такт музыке или просто в определенном заданном режиме. 

• Привлекающая внимание реклама или светодиодные инсталляции на концертах и выставках. 

Это лишь основные сферы применения. Адресная светодиодная лента широко распространена и на бытовом уровне: в качестве подсветки автомобилей, аквариумов, новогоднего украшения и дизайна помещений. Если вы планируете реализовать проект с адресной лентой, то в нашем магазине вы можете купить адресную ленту ws2812b, ws2813, ws2815 и других видов от 267 рублей/метр!