Как подобрать rgb-контроллер для многоцветной светодиодной ленты

Светодиодный контроллер своими руками | AlexGyver Technologies

Захотелось мне сделать RGB свет для видео из китайских компонентов. RGB – значит нужен ШИМ контроллер, значит нужно его сделать! Вот и сделал: GyverRGB – контроллер для RGB светодиодных лент со множеством режимов и настроек, модульной структурой и различными способами управления.

Железо

Используется обыкновенная RGB светодиодная лента с общим анодом (контакты 12V G R B). Я использовал два ряда ленты с плотностью 120 диодов на метр, чтобы иметь хороший запас по яркости даже на одном цвете.

В проекте используется Arduino NANO (микроконтроллер ATmega328p). В качестве 100% совместимого аналога можно использовать Arduino UNO/Pro Mini.

Я рассматривал два варианта драйвера для светодиодной ленты: китайский RGB LED amplifier и самодельный драйвер из трёх МОСФЕТ (полевых) транзисторов. LED amplifier очень удобен в подключении, но имеет жуткий недостаток: на высоких частотах у него поднимается нижний порог яркости, что приводит к трате оттенков и вообще некорректной работе режимов.

Вывод: если контроллер не планируется использовать для видео света, то можно поставить LED amplifier и в настройках контроллера поставить низкую частоту (490 Гц), глаз такую частоту не заметит, но снятое на камеру видео будет «стробить». Если планируется использовать контроллер для создания видео света, то в обязательном порядке нужно делать свой драйвер. Также свой драйвер позволит работать с большими отрезками ленты, т.к. транзисторы можно поставить очень мощные.

Полевой транзистор подойдёт практически любой (99%), наковырять можно из материнской платы. Список популярных МОСФЕТов в корпусе to-220: IRF3205, IRF3704ZPBF, IRLB8743PBF, IRL2203NPBF, IRLB8748PBF, IRL8113PBF, IRL3803PBF, IRLB3813PBF (в порядке роста стоимости). Список популярных МОСФЕТов в корпусе D-pak: STD17NF03LT4, IRLR024NPBF, IRLR024NPBF, IRLR8726PBF, IRFR1205PBF, IRFR4105PBF, IRLR7807ZPBF, IRFR024NPBF, IRLR7821TRPBF, STD60N3LH5, IRLR3103TRPBF, IRLR8113TRPBF, IRLR8256PBF, IRLR2905ZPBF, IRLR2905PBF (в порядке роста стоимости).

Управление контроллером предусмотрено тремя способами:

Энкодер – китайский модуль в двух вариантах
ИК пульт – продаётся вместе с приёмником-модулем, но удобнее монтировать отдельный приёмник
Кнопка – обычная нормально-разомкнутая тактовая кнопка
Bluetooth – управление с приложения GyverRGB для Android

Питается система от 12V, от блока питания или батареи из трёх литиевых аккумуляторов. При питании от аккумуляторов предусмотрен «вольтметр» – делитель напряжения на резисторах, позволяющий измерить напряжение на батарее для вывода его на дисплей.

Софтовые фишки

Автоматическое отключение дисплея по таймауту неактивности
Несколько вариантов частоты ШИМ для драйвера:
- 490 Гц – для дешёвых LED усилителей
- 8 кГц – слышно, как пищит
- 4 кГц – работает только на самодельном драйвере
- Настраиваемая до герца
Настраиваемое направление работы ШИМ (для готовых и самодельных усилителей)
Автоматическое ограничение тока потребления на основе количества светодиодов и яркости каналов цвета
Вывод напряжения питания на дисплей в вольтах или процентах
Режим поддержания яркости при разрядке аккумулятора (при полном заряде чуть занижает яркость)
Коррекция яркости по CRT гамме
Матрица коррекции LUT
10 настраиваемых профилей
11 настраиваемых
режимов работы для каждого профиля, из них 5 статических и 6 динамических
Настройки хранятся в EEPROM и не сбрасываются при перезагрузке

Что нам потребуется для подключения RGB ленты

На фото изображены все составляющие цепочки для правильной работы диодной ленты. Разберемся для чего нужен каждый из них и какую они несут функцию.

RGB лента, которую важно тщательно выбирать. Это первый элемент, с чьими характеристиками вам нужно определиться заранее

Все зависит от того, где и в каких условиях она будет размещена. При покупке учитывайте влагостойкость и защищенность от внешних воздействий.

Контроллер – дополнительное звено, которое необходимо для осуществления работы цветных диодов. Подключение контроллера к RGB светодиодной ленте позволяет выполнять функцию выбора и регулирования цвета. При его помощи вы можете составить собственный оттенок подсветки. Заглавные буквы RGB расшифровываются как:
R – red, в переводе с английского красный цвет, G – green (зеленый цвет), B – blue (синий).

При помощи пульта для управления контроллером дистанционно, вы также можете регулировать яркость свечения, устанавливать фиксированный оттенок, включать и выключать светодиодную ленту.

Чтобы выбрать контроллер, необходимо рассчитать требуемую мощность. Это легко сделать, применив следующую формулу:

Потребляемая мощность одного метра умножить на длину светодиодной ленты. Итоговый цифровой показатель и будет являться мощностью контроллера (Вт).

Трансформатор (блок питания) – это еще одна важная деталь для работы всей цепи. Выбирать его следует индивидуально, определив условия помещения и правильно рассчитав требуемую мощность для бесперебойной работы светодиодной подсветки.

Подготовьте место для монтажа трансформатора заранее, где воздух циркулирует свободно, чтобы избежать перегрева прибора. При этом не располагайте его вблизи с легковоспламеняющимися предметами. Рассчитайте требуемую мощность.

Важно! Она должна быть на 20–30% выше суммарной мощности всех светодиодных лент. Этот запас мощности блока питания необходим для того, чтобы снабдить стабильным током всю конструкцию без перебоев и скачков напряжения

Если избежать этого правила, вы рискуете тем, что светодиоды быстро выйдут из строя или будут недостаточно хорошо работать. Как выполнить расчеты мощности, а также еще больше дельных советов по выбору трансформатора, вы можете найти здесь.

Усилитель применяется по желанию и когда этого требует отдельный случай. Его стоит использовать для диодной ленты, длина которой более 5 м, если вся конструкция получает питание от одного трансформатора.

Особенно рекомендуется использовать RGB-усилитель при последовательном подключении нескольких светодиодных отрезков. Таким образом он реализует подачу тока непосредственно от трансформатора к каждой отдельной составной части.

Усилитель благоприятно влияет на работу блока питания и контроллера. Он снижает нагрузку, снабжая стабильным питанием без перепадов напряжения.

Также, если вы решили создать сложную осветительную конструкцию из RGB-ленты, вам в этом очень поможет усилитель.

Пульт дистанционного управления. Единственное примечание относительно него – проверьте присутствие батареек внутри.
Алюминиевый профиль можно использовать по желанию. Большинство светодиодных лент уже защищены от внешних факторов при помощи силиконового покрытия, поэтому в профиле нет особой необходимости. Но если ваша светодиодная лента относится к моделям с высоким электропотреблением, то такой профиль необходим. Он будет играть роль радиатора охлаждения.

Вариации подключения

Все дело заключается в том, что на одну линию подобного устройства возможно подключение не больше 6 метров полосы светового типа, что для комнатной подсветки будет точно недостаточным. Если же длина отрезка получится больше, то на светодиоды, которые ближе всего находятся к контроллеру, нагрузка возрастает, и в результате этого она просто перегорят.

Есть и другая проблема при подключении светодиодных длинных полос – большая по мощности нагрузка на самые тонкие провода светодиодной ленты. При их нагревании основание из пластика начнет плавиться, и в конечном итоге жилы останутся без изоляции или просто перегорят. А по этой причине, при необходимости освещать более длинные отрезки, используют следующие методы и схемы подключения.

Две ленты светодиодного типа

При подобном подключении к контроллеру для RGВ полосы света потребуется пару устройств питания и усилитель. Особенность такого типа подключения заключается в том, что ленточные отрезки должны подключаться параллельным методом. Хоть у них и одно, а именно общее устройство электронного типа для управления, питание должно быть подано на каждую по отдельности. Усилитель применяется для более четкого и ясного света диодов. Другими словами, напряжение будет поступать на 2 блока питания, а далее с одного из них будет идти на усилитель и дальше на полосу света.

Лента в 20 метров, которая разделена на 4 отрезка

Стоит поговорить и о подключении RGВ контроллеров. При этом подключении желательно использовать тоже по два блока питания, но если они будут иметь огромный выход мощности, то можно использовать и один. Четыре отрезка с длиной в 5 метров подключается, опять-таки, параллельно. Пара полосок подключена к контроллеру напрямую, а вторая тоже подключена к нему, но уже через сигнальный усилитель.

При подсоединении дополнительного блока питания напряжение от него будет идти напрямую на усилитель. Выглядит такой тип подключения приблизительно как на фото выше. Разобравшись со способами подключения контроллеров и их разновидностями, можно попробовать сделать этот прибор собственноручно в домашних условиях. Требуется лишь помнить о том, что требуется соизмерять мощность прибора и его напряжение выходного типа с длиной и потреблением электрической энергии светодиодной ленты.

Описание работы устройства

Схема обеспечивает плавное переливание всех трех цветов с градацией 256 по каждому цвету, что в общей сложности получается более 16 миллионов оттенков.Питание контроллера светодиодов осуществляется стабилизатором DA1. На вход DA1 подается напряжение соответствующее напряжению питания светодиодов. Необходимо отметить, что в схеме отсутствует , который ограничивает ток.

Для светодиодов малой мощности ток потребления можно ограничить путем подключения соответствующего сопротивления. В светодиодных RGB лентах эти резисторы уже включены возле каждого светодиода, и ленту можно подключить напрямую к контроллеру, не забыв выбрать необходимое напряжение для данной ленты. Для более мощных светодиодов потребуется специальный , который можно сделать самостоятельно своими руками.

Управляющие сигналы с выходов микроконтроллера поступают на силовые ключи, в роли которых выступают мощные MOSFET транзисторы, рассчитанные на нагрузку до 10А.

Перечень необходимых деталей:

1 шт. — Микроконтроллер PIC16F628A;
1 шт. — Кварцевый резонатор на 20МГц;
2 шт. — Конденсатор 22пкФ;
1 шт. — Микропереключателя на 3;
1 шт. — Микропереключателя на 2;
3 шт. — Транзисторы IRL3103, IRL3705N, IRL2 203N;
1 шт. — Стабилизатор L78L05;
1 шт. – Конденсатор 10мкф х 16В;
2 шт. – Конденсатор 0,1мкф;
7 шт. – Резистор 4,7кОм;
3 шт. – Резистор 10кОм;
3 шт. – Резистор 680Ом.

В чем фишка RGB-ленты?

За счет чего она становится многоцветной? Поясняю. Внутри
RGB-светодиода установлено три кристалла: красный (Red),
зеленый (Green) и синий (Blue).
Когда свет от этих кристаллов смешивается в разных пропорциях, на
выходе получаются разные цвета.

Готовые наборы для
подсветки потолков

Соберем подсветку персонально под ваш
потолок. Качественно!

Доставим до двери в любой город
России.

Оттенков может быть бесконечно много.
По сути разработчики объединили три ленты разных цветов в одну.
Поэтому, у многоцветной светодиодной ленты не два питающих провода
(плюс и минус), а четыре. Три на каждый цвет и один провод общий.

Как разрезать светодиодную ленту на отрезки

Как Вы уже наверно поняли, RGB светодиодная лента любой длины (относиться и к монохромным лентам), состоит из коротких самостоятельных отрезков, представляющих собой законченное изделие. Достаточно подать на контактные площадки напряжение питания и лента будет излучать свет. Для получения отрезка ленты требуемой длины элементарные отрезки соединяют между собой в соответствии с буквенной маркировкой.

Обычно лента выпускается длиной пять метров. В случае необходимости ее можно укоротить, разрезав поперек по линии, нанесенной по центру контактных площадок между маркировкой, бывает, в этом месте дополнительно наносят символическое изображение ножниц. Иногда ленту приходится разрезать, чтобы установить под углом. В таком случае разрезанные одноименные контактные площадки соединяются между собой с помощью .

Яркость светодиодной ленты RGB

Яркости RGB светодиодной ленты будет достаточной для организации декоративной подсветки, но в качестве основного источника света использовать ее не получится. Многоцветная светодиодная лента может излучать близкий к белому свет, но сравниться по яркости с монохромной белой светодиодной лентой она не может.

Различные оттенки цветов RGB светодиодной ленты получаются за счет регулировки яркости отдельных каналов цветов, а это значит, что в целом светодиод никогда не светит на полную свою мощность. Для увеличения яркости белого света стали выпускать RGB led ленты с дополнительным светодиодом, излучающим белый свет. Такие ленты обозначаются как RGBW и RGBWW.

Что это такое

Для нормальной работы светодиодных светильников требуется специальный контроллер. Он представляет собой блок, который отвечает за режимы работы светодиодов. Сама аббревиатура расшифровывается, как Red Green Blue (красный, зелёный, синий), что означает названия трёх основных типов цвета. Контроллер управляет режимом мигания, цветом свечения ленты, яркостью, смешиванием основных цветов, которые в результате дают самые разные оттенки.

Нулевая интенсивность каждого из трёх компонентов дает самый темный цвет (чёрный), а полная интенсивность каждого дает белый. Качество этого белого цвета зависит от природы первичных источников света, но при условии, если они правильно сбалансированы. В результате получается нейтральный белый цвет. Когда степенb интенсивности всех компонентов одинаковы, в результате получается оттенок серого. Он может быть темнее или светлее в зависимости от интенсивности. В случае? если степени интенсивности различны, в конечном итоге получается оттенок, более или менее насыщенный в зависимости от разницы самых сильных и самых слабых степеней интенсивностей основных цветов.

Само устройство является переключателем цепей источника питания к потребителю. Все три цвета могут быть в виде разных кристаллов либо изготовлены в виде отельного в одном корпусе светодиода, как, например, в SMD 5050.

Постепенное затухание свечения светодиодов в ленте

Постепенное затухание свечения светодиодов (fading) – это еще один из замечательных эффектов светодиодов NeoPixel. Чем медленнее происходит затухание, тем более впечатляющим является этот эффект.

Arduino

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PIN 6
#define NUMPIXELS 7

Adafruit_NeoPixel pixels(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

#define DELAYVAL 500 // Time (in milliseconds) to pause between pixels

void NeoFade(int FadeSpeed)
{
int fspeed;
for (int i = 0; i < NUMPIXELS; i++) { pixels.setPixelColor(i, 165, 242, 243); } for (int j = 255; j > 0; j=j-2)
{
pixels.setBrightness(j);
pixels.show();
delay(FadeSpeed);
}
}

void setup() {
pixels.begin();
}

void loop() {
NeoFade(100);
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define PIN 6
#define NUMPIXELS 7

Adafruit_NeoPixelpixels(NUMPIXELS,PIN,NEO_GRB+NEO_KHZ800);

#define DELAYVAL 500 // Time (in milliseconds) to pause between pixels

voidNeoFade(intFadeSpeed)

{

intfspeed;

for(inti=;i<NUMPIXELS;i++){pixels.setPixelColor(i,165,242,243);}for(intj=255;j>;j=j-2)

{

pixels.setBrightness(j);

pixels.show();

delay(FadeSpeed);

}
}

voidsetup(){

pixels.begin();

}

voidloop(){

NeoFade(100);

}

Что это такое

Степень защиты IP светодиодной ленты RGB

RGB светодиодная лента, как и любое электрическое оборудование, должна иметь некоторую защиту от внешнего воздействия. Степень этой защиты имеет свое обозначение, начинающееся с букв IP. Далее идут две цифры, первая обозначает уровень защиты от твердых частиц в виде пыли и строительного мусора, вторая указывает на уровень защиты от влаги.

Самые распространенные RGB светодиодные ленты имеют степень защиты IP20 и предназначены для использования только внутри помещений. На таких лентах нет вообще никакой защиты, но при этом они нормально работают в условиях несильной запыленности токонепроводящей пылью.

RGB LED ленты с незначительной защитой от водяных брызг имеют степень защиты IP54, максимум IP65. Такие ленты можно использовать в ванных комнатах и в других помещениях, где возможно появление влаги. Очень часто светодиодные ленты с такой степенью защиты используют в автомобилях. Со стороны светодиодов для защиты от влаги на ленту наносится герметичный слой прозрачного силикона.

Максимально возможная степень защиты светодиодной ленты IP67 и IP68. Она достигается путем размещения светодиодной ленты внутри силиконовой трубки. Такие ленты можно использовать на улице и даже в бассейнах на небольшой глубине.

Лента на базе ws2812b

Лента на чипе ws2812b является более совершенствованной, чем ее предшественник. ШИМ драйвер в адресной ленте компактен, и размещается прямо в корпусе светоизлучающего диода.

Основные преимущества ленты на основе ws2812b:

компактные размеры;
легкость управления;
управление осуществляется всего по одной линии + провода питания;

количество включенных последовательно светодиодов не ограничено;
невысокая стоимость – покупка отдельно трех светодиодов и драйвера к ним выйдет значительно дороже.

Лента оснащена четырьмя выходами:

питание;
выход передачи данных;

общий контакт;
вход передачи данных.

Максимальный ток одного адресного светодиода равняется 60 миллиамперам. Рабочие температуры лежат в пределах от -25 до +80 градусов. Напряжение питания составляет 5 В +-0,5.

ШИМ драйверы ленты 8-мибитные – для каждого цвета возможно 256 градация яркости. Для установки яркости нужно 3 байта информации – по 8 бит с каждого светодиода. Информация передается по однолинейному протоколу с фиксированной скоростью. Нули и единицы кодируются высоким и низким уровнем сигнала по линии.

1 бит передается за 1,25 мкс. Весь пакет из 24 бит для одного светодиода передается за 30 мкс.

Класс защиты

Каждая лента в маркировке имеет сведения о классе своей защиты. В соответствии с этим показателем нужно делать выбор того или иного прибора для определенных условий эксплуатации. В маркировке класс защиты обозначен буквами IP. Далее следуют цифры. Именно они говорят о степени защиты диодов.

Для RGB подсветки потолка в чистом сухом помещении можно применять изделия с классом IP20. Если же помещение не отапливается, лучше отдать предпочтение диодам типа IP22.

Монтаж светодиодной ленты

Для наружной подсветки можно применять ленты с классом защиты IP44. Однако подобные конструкции должны находиться под крышей. Они выдерживают попадание брызг воды, перепады температуры. Однако длительного пребывания в воде такие ленты не выдерживают. Их также можно применять для создания подсветки на кухне или в ванной комнате.

В пыльной среде можно применять приборы типа IP65. Они также не боятся очистки струей воды под напором. Этот класс светильников также отличается стойкостью к ударам. Поэтому представленную ленту можно применять для тюнинга автомобилей.

Водонепроницаемыми являются ленты класса IP67. Их можно применять для подсветки внутри бассейнов. Представленные изделия не боятся длительного пребывания под водой. Также эту ленту можно использовать для подсветки фонтанов.

От какого напряжения подключать контроллер?

Во-первых, не от 220 вольт. Наиболее распространенные виды напряжения светодиодных лент это 12 и 24 вольт.

Поэтому практически все контроллеры являются адаптивными аппаратами, способными работать как на 12V, так и на 24V одновременно.

Только здесь обратите внимание на один момент. Чем меньше вольтаж, тем меньше расчетная мощность устройства

Чем меньше вольтаж, тем меньше расчетная мощность устройства.

Поэтому на каждой коробке производителем должно быть указано соответствие мощности прибора, тому напряжению, к которому подключается лед лента.

Если безграмотный продавец вам говорит, что эта штука универсальная и подходит под любое напряжение, а значит выбирайте какой угодно из понравившихся экземпляров, не совершайте ошибку.

Прежде всего, сравните мощность вашей Led ленты и мощность контроллера на этом напряжении.

И если все совпадает, только тогда смело покупайте.

Контроллер для RGB-ленты

Микропроцессорные контроллеры для RGB лент позволяют регулировать цвет и яркость освещения, создавать различные световые эффекты. По способу управления различают:

Контроллеры с ИК управлением;
Контроллеры, управляемые по радиоканалу.
Контроллеры с управлением через Wi-Fi.

В первых двух случаях управление контроллером осуществляется с помощью пульта дистанционного управления. Отличаются только способы передачи управляющих сигналов – инфракрасные лучи или радиоволны. Управление через Wi-Fi может осуществляться с ноутбука, планшета, смартфона или других устройств. Протокол Wi-Fi, программное обеспечение, контроллер и разноцветная светодиодная лента могут создавать множество интересных световых эффектов.

RGBW светодиоды

Для того чтобы получить чисто белый цвет, используя разноцветный rgb светодиод, необходима точная балансировка яркости свечения по кристаллу каждого цвета. На практике это бывает затруднительно. Поэтому, для воспроизведения белого цвета и увеличения разнообразия цветовых эффектов, rgb диод стали дополнять четвертым кристаллом белого свечения. Чаще всего, RGBW светодиоды используются в светодиодных лентах RGBW SMD. Для питания таких светодиодных лент созданы специальные RGBW контроллеры, как правило, управляемые пультами дистанционного управления на инфракрасных лучах.

Свет от светодиодов RGB

Смешение цветов

Чем RGB-светодиод, лучше трех обычных? Всё дело в свойстве нашего зрения смешивать свет от разных источников, размещенных близко друг к другу. Например, если мы поставим рядом синий и красный светодиоды, то на расстоянии несколько метров их свечение сольется, и глаз увидит одну фиолетовую точку. А если добавим еще и зеленый, то точка покажется нам белой. Именно так работают мониторы компьютеров, телевизоры и уличные экраны.

Матрица телевизора состоит из отдельно стоящих точек разных цветов. Если взять лупу и посмотреть через нее на включенный монитор, то эти точки можно легко увидеть. А вот на уличном экране точки размещаются не очень плотно, так что их можно различить невооруженным глазом. Но с расстояния несколько десятков метров эти точки неразличимы.

Получается, что чем плотнее друг к другу стоят разноцветные точки, тем меньшее расстояние требуется глазу чтобы смешивать эти цвета. Отсюда вывод: в отличие от трех отдельностоящих светодиодов, смешение цветов RGB-светодиода заметно уже на расстоянии 30-70 см. Кстати, еще лучше себя показывает RGB-светодиод с матовой линзой.

Как изменяется цвет свечения

Регулировка цвета осуществляется путем регулировки яркости излучения каждым из кристаллов. Мы уже рассматривали способ регулировки яркости светодиодов с помощью ШИМ-контроллера. RGB-контроллер для ленты работает по такому же принципу, в нём стоит микропроцессор, который управляет минусовым выводом источника питания – подключает и отключает его от цепи соответствующего цвета. Обычно в комплекте с контроллером идёт пульт дистанционного управления. Контроллеры бывают разной мощности, от этого зависит их размер, начиная от такого миниатюрного.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Так как сечение дорожек на ленте не позволяет подключать последовательно с ней следующий отрезок ленты, если длина первого превышает 5м, нужно подключать второй отрезок проводами напрямую от РГБ-контроллера. Но можно выйти из положения, и не тянуть допоkнительных 4 провода на 5 метров от контроллера и использовать RGB-усилитель. Для его работы нужно протянуть всего 2 провода (плюс и минус 12В) или запитать еще один блок питания от ближайшего источника 220В, а также 4 «информационных» провода от предыдущего отрезка (R, G и B) они нужны для получения команд от контроллера, чтобы вся конструкция светилась одинаково. А к усилителю уже подключают следующий отрезок, т.е. он использует сигнал с предыдущего куска ленты. То есть вы можете запитать ленту от усилителя, который будет расположен непосредственно возле неё, тем самым сэкономив деньги и время на прокладку проводов от первичного RGB-контроллера.

Светодиодная лента.