Управление адресной светодиодной лентой через Arduino

Украсить интерьер дома, создать особую атмосферу, сделать бегущую строку на витрине магазина помогут адресная светодиодная лента и Arduino. Из статьи вы узнаете про подключение и управление лентой, про то, как делается проверка и прошивка ленты, какие достигаются эффекты.

В адресной светодиодной ленте Arduino яркость и режим работы каждого диода задаются отдельно.

У таких устройств масса достоинств.

• Их можно использовать для «умного» освещения. Не составит труда собрать динамическую подсветку, бегущую строку или сделать так, чтобы свет включался по расписанию. Подключите дополнительные модули, например, датчик движения, и когда вы зайдете в комнату, начнется светопреставление. А еще их работой можно управлять дистанционно с пульта и смартфона.
• Простота настройки. Вы можете самостоятельно написать программы для работы или воспользоваться готовыми шаблонами.
• Светодиодные полосы надежны и долговечны. Они не нагреваются и не требуют больших затрат на энергию.
• Доступность – еще один плюс. Диодные ленты широко распространены на рынке, выбрать нужную не составит труда. Самые бюджетные стоят 200 руб. за метр, более яркие – от 500 руб.

Но есть и недостатки.

• Нужен отдельный источник питания на 5 или 12 В. Блок Arduino может дать только 800 мА тока, которого хватит только на 13 пикселей (один пиксель потребляет 40-60 мА).
• Соединения требовательны к качеству пайки.

Если вы умеете хорошо паять, то собрать схему не составит труда. А если не умеете, то самое время научиться. Так что смело приступайте к выбору светотехники.

Перед покупкой обратите внимание на несколько моментов.

• Количество пикселей на один метр. Их может быть 30, 60, 74, 96, 100 и 144. Чем их больше, тем насыщеннее получается картинка, но тем дороже лента. И тем больше она расходует энергии (мощнее и дороже адаптер питания).

• Степень защищенности. Для комнатного освещения достаточно IP30 (защита от пыли). Для сырых условий диоды должны быть покрыты силиконом, а степень защиты – IP65. А если полоса находится на улице, то защита должна быть наибольшей – IP67 (устройство полностью скрыто в силиконовом коробе).

• Подложка влияет на эстетическое восприятие. Она бывает черной (Black PCB) и белой (White PCB).

• Есть «экономные» варианты светодиодных лент. Они маркируются буквами ECO. Эти модели не такие яркие, как обычные, и менее качественные. Зато стоят дешевле.

Теперь, когда вы подобрали идеальный вариант, переходите к сборке.

Для подключения нужен адаптер питания. Рассчитайте его мощность. Для этого ток потребления одного пикселя (обычно 60 мА) умножьте на количество пикселей в метре ленты и на ее длину. Результат умножьте на рабочее напряжение (эти данные указаны в маркировке). Не забудьте про коэффициент запаса.

Тогда мощность адаптера должна быть:

(60 мА / 1000) (ток в А) * 60 пикселей/метр * 1,5 метра * 5 В (напряжение) * 1,3 (запас) = 35,1 Вт. Округляем до ближайшего большего – 40 Вт. Такой блок питания нужен, если лента будет светиться белым светом. Если нет, то мощность адаптера можно снизить в 1,5-2 раза.

Кроме блока питания, понадобятся плата Arduino Uno и соединительные провода сечением не менее 1,5 мм². А еще резисторы сопротивлением 10 кОм и конденсаторы с емкостью 470 мкФ (можно больше).

Когда все готово, приступайте к работе.

• Найдите начало и конец ленты. Команды последовательно переходят от одного пикселя к другому, и направление их движения указано стрелочками. Если стрелок нет, то управляющий контакт в начале обозначается буквами DI (digital input), а в конце – DO (digital output). Контакт DO служит для подключения дополнительных лент.
• Припаяйте предохранительный резистор на 200-500 Ом. Если вдруг блок питания выйдет из строя, ток не пойдет через USB-разъем и не сожжет его.
• Соберите схему. Если устройство управляется с компьютера, схема должна быть такой.

Для автономной работы или управления с датчиков нужна такая.

Работайте в резиновых перчатках, а паяльник периодически прислоняйте к заземлению (хотя бы к трубам парового отопления).

• Если расстояние между диодной лентой и платой Arduino больше 15 см, то переплетите в косичку управляющий DI и заземляющий GND провода. Тогда не возникнет наводок.
• В мигающем режиме возникают помехи на линии питания. Это приводит к нестабильной работе. Чтобы сгладить помехи, в питание контроллера нужно ставить конденсатор емкостью 470 мкФ и напряжением 6,3 В.
• Чтобы было плавное включение, схема собирается на макете для сборки схем на микроконтроллерах. Она должна иметь 3 логических уровня N-канальных МОП-транзисторов (MOSFET).

Вот как это выглядит в реальности.

• Если лента длинная, то в ней появятся потери напряжения. Поэтому крайние пиксели будут светить тускло. Чтобы этого избежать, подведите питание к стыкам 2-х диодных полос или через каждый метр общей длины.

Остается только проверить схему. Для этого напишите простейшую программу.

• Подключите плату к компьютеру и откройте Arduino IDE.
• Загрузите библиотеку или шаблон. Самые известные библиотеки – FastLED и Adafruit NeoPixel.

1. FastLED очень универсальна и поддерживает все версии Arduino. Отсюда недостаток – она занимает много памяти, а большинство возможностей не пригодятся.
2. Adafruit NeoPixel предназначена для осветительных колец NeoPixel Ring, но подойдет для любых светодиодных лент. У нее меньше эффектов и ниже скорость, зато и память Arduino свободнее. Значит, на плату можно загрузить больше режимов работы.

Теперь вы сможете реализовать все свои проекты.

Если так не сделать, то, когда вы будете прошивать устройство, на плату пойдет весь ток питания. Плата или USB-порт сгорят.

Но бывает так, что адресная лента работает некорректно. Проверьте самые распространенные ошибки.

• Если диоды горят с красным оттенком, то блок питания слишком слабый. Или нарушены соединения и их надо перепаять. Еще один вариант – слишком тонкие провода питания.
• Когда устройство глючит или работает с артефактами, то дело в питании. Попробуйте заменить провода на экранированные или отключить Wi-Fi.
• Если пиксели не светятся вовсе, то, скорее всего, неправильно собрана схема. Самые частые ошибки: земля ленты не соединена с заземлением платы Arduino, управляющий провод DI идет в конец ленты, а не в начало, перепутаны провода питания (5V и GND). Во всех этих случаях достаточно пересобрать схему.
• А вот если вы подключили собранное устройство без резистора, то, скорее всего, оно сразу сгорело. Тогда нужно менять плату управления.

Как видите, изучать Arduino несложно. А если вдруг возникнут проблемы, то задайте вопросы на форумах. Вам с радостью помогут (особенно если зайти под ником девушки).