Адресні світлодіодні стрічки

Адресні світлодіодні стрічки

На відміну від простих монохромних або білих світлодіодних стрічок, які не потребують ні в чому, крім харчування відповідною напругою, адресні світлодіодні стрічки більш складні в налаштуванні. Вони є джерелом динамічного світла, що надає додаткову привабливість будь-якому приміщенню.

Що це таке?

Адресні світлодіодні стрічки (діодні, піксельні, LED-стрічки, як їх інакше називають) - не простий набір світлодіодів, вибудуваних в ряд або зібраних за іншою топологією. Кожен діод управляється окремо і незалежно від інших. Прототипом стрічки є світлодіодна матриця, кожен піксел якої - тріада з червоного, зеленого і синього світлодіодів.


Контролер в матриці або стрічці дозволяє світитися кожному зі світлодіодів з різною яскравістю.

Подібно до того, як світлодіодно-матричний монітор або дисплей смартфона видає конкретне зображення, адресна стрічка дозволяє організувати ефект «біжучих вогнів» з будь-яким кольором, включити або відключити окремо взяті світлодіоди на будь-якій з ділянок і в будь-якій точці.

Принцип роботи

Популярність завоювали червоно-синьо-зелені світлодіодні стрічки, що дозволяють отримати до 16777216 відтінків, які здатний сприйняти людське око. Кожен зі світлодіодів володіє власною мініатюрною мікросхемою-контролером, що дозволяє задати йому саме той колір світіння, який запросив користувач. Наявність окремого мікроконтролера біля кожного світлодіоду, втім, веде до значного збільшення вартості такої стрічки.

Загальні контакти для підключення стрічки - не більше 4, але не менше 3. Один спільний контакт - «маса» - служить заземленням на корпус драйвера. Другий - подає позитивне напруження харчування в 5 вольт. Третій (і четвертий) - надсилає програмні сигнали від загальної плати мікроконтролера.

Адресна стрічка керується цифровими даними. Робота без загального контролера не дасть ніяких результатів. У кращому випадку ви отримали б безперервно світяться світлодіодні тріади, що випромінюють холодне білувате (синюшне) світло. Якщо користувач пальцем доторкнеться до цифрової шини посилки сигналів, то контролер прийме цю перешкоду за команду і запалить всі світлодіоди або кілька з них. Напруга харчування на кожному сегменті становить 5 або 12 вольт.

Передача керуючого сигналу здійснюється послідовно між усіма сегментами, а не разом. Через цю особливість, якщо вийшла з ладу одна мікросхема, то далі команда не піде, і наступні світлодіоди в цьому ж ланцюгу не засвітяться.


Ускладнити алгоритм управління подібними стрічками можна, «навісивши» в схему управління додаткові мікроконтролери.

Огляд подач

Стрічками, які завоювали найбільшу популярність у народу, послужили збірки на основі мікросхем WS2812b і WS2811. Розраховані вони на 5 і 12 вольт відповідно.

  • Піксельна стрічка на основі мікросхеми WS2811 характеризується наявністю у кожного з допоміжних контролерів не менше 8 виходів. Три з них відповідають за червоний, зелений і синій кольори, два - забезпечують обмін даними, один - для включення потрібного режиму роботи, один - на харчування і останній - на «масу». Більш «просунута» версія складання WS2811 має істотну відмінність від свого попередника: точковий (місцевий) контролер включається відразу з трьома світлодіодами, що значно підвищує дешевизну і надійність цієї моделі.
  • Управління стрічками на основі мікросхем WS2812B здійснюється за допомогою окремого контролера, що служить програмним блоком. Радіолюбителі збирають подібні пристрої на базі плат Arduino, застосовуючи невеликий програмний скрипт, написаний мовою програмування C++. Для підвищення помехостійкості паралельно світлодіодам - в стрічках на основі будь-яких мікросхем - підключаються електролітичні конденсатори. Додаткова особливість цієї моделі - точковий керуючий кристал поміщений у збірку SMD-5050, а 4 виходу підписані як «харчування», «маса», «відправка» і «прийом». Вона живиться від 12 В.
  • Відмінність версії WS2813 від попередньої в цьому переліку - додатковий дублюючий висновок, що дозволяє передавати команди від загального контролера далі. Це дозволило уникнути передчасного виходу з ладу будь-якого з точкових контролерів ланцюжка - в плані працездатності наступних секторів стрічки, розташованих за ним.

Узагальнюючи закономірності функціонування, варто відзначити наступне. У складі смарт-стрічок використовується ШИП-контролер, розміщений безпосередньо в корпусі SMD-світлодіоду. Серія 5050 має саме таку схему управління. Єдиний блок - світловипромінюючі діоди і найпростіший контролер - дозволяють набирати стрічку будь-якої довжини на такому світлодіоді. Число висновків такого складання - від 4 до 8 на кожен світлоелемент.

Єдине - для створення 10-метрової (і більше) стрічки будуть потрібні посилені (з підвищеним перерізом) струмоведучі висновки «харчування» і «маса» - низька напруга помітно падає при невеликому перетині дроту, чого не скажеш про високий.

Сфера застосування

Світлодіодні модульні стрічки з програмно визначеним світінням пішли ще далі у своєму розвитку. Якщо однорядне збирання застосовується як підсвічування стелі, ви можете створити табло будь-якого формату, вибудовуючи рядки один над одним та розташовуючи на прямокутній основі. Електронні дорожні вивіски та покажчики - тому приклад: як тільки день переходить в сутінки, вони включаються автоматично і працюють від акумулятора, зарядженого вдень від сонячної батареї. Однорядні ж збірки часто йдуть в комплекті з пультом.

Наприклад, на одному з мостів в'їзної траси у велике місто кожні 5 секунд змінюють один одного написи - «Водії, щасливого шляху!», «Місто N вітає вас!», «Знизь швидкість до 60 км/год», «Ведеться відеоспостереження». Це лише один з десятків тисяч випадків такого використання світлодіодних матриць, набраних зі стрічок. А при збиранні повноцінного екрану для рекламного щита організатору стає доступною трансляція реклами знижок від поруч розташованих гіпермаркетів. Такі збірки оснащені модулем Wi-Fi для прийому потокового відео від будь-якого гаджета або ПК, на якому також є модуль Wi-Fi.

Діагональ екрану для показу реклами і передач досягає декількох метрів.


Одноколірні стрічки (наприклад, горять червоним), набрані в матриці, застосовуються як вивіски магазинів. Рекламний рядок, що біжить, може видати до кілобайту тексту (без урахування пробілів). Тут використовується переважно одно- або двостороннє табло. Інформація виводиться послідовно - наприклад, один одного змінюють написи: «Загляньте в ресторан X», «Кращі страви» «Української кухні», «Затишне місце», потім цикл виведення цих написів перезапускається - і так до тих пір, поки табло не вимкнуть на ніч.

Як приклад автобусного табло - короткий список головних вулиць його маршруту і номер останнього. Подібні системи встановлені на ЖД, аеро- і автовокзалах - біля кожного посадкового місця виводяться точки А і Б (міста відправлення і прибуття), час відправлення і прибуття конкретного виду транспорту. Табло розміщуються в залі очікування і в місцях стоянок.

Як з'єднати?

Підключення здійснюється відповідно до конкретної інструкції. Якщо її немає - огляньте ретельно розпізнавальні мітки на висновках друкованої плати та на корпусі складання. Так, знаки «+ 5В», «Маса», Rx і Tx не повинні викликати сумнівів - це найпростіший 4-проводовий протокол, за яким однакові за своєю побудовою елементи стрічки зв'язуються один з одним. Не подавайте напругу 12 В, якщо на платі стоїть маркер 5 V (а не 12 V) - стрічка просто згорить.

Деякі світлодіодні стрічки можуть містити послідовно підключений на виході мікросхеми резистор з опором від декількох до декількох десятків ом.

Ці резистори гасять зайве напруження на світлодіодах, включених, наприклад, в бортову мережу легкового або вантажного авто, автобуса і так далі.


Справа в тому, що для заряду акумуляторної батареї автомобільна мережа (генератор на бензодвигуні) використовує зарядну напругу до 15 вольт, а повністю заряджена батарея видає до 13,8. Для 12-вольтової збірки це багато - щоб світлодіоди і контролери не перегоріли від перегріву, і ставляться баластні резистори. Постійний «перекал» світлодіодів (до + 70 і більше) дасть їм пропрацювати не заявлені 25000-50000 годин, що еквівалентно приблизно 10 і більше років безперервної роботи, а всього лише 1500-4000.

Іншими словами, перевантажена за струмом і напругою електроніка згорала б за кілька місяців. У ряді випадків, коли ви помітили, що, незважаючи на штатну напругу, світлодіоди і контролери все-таки перегріваються - знизьте напругу до 9-11 В, щоб світло від стрічки залишалося помітним здалеку.

Переплутати місцями висновки Tx і Rx не можна. Вхід Rx стрічки з'єднується з виводом Tx загального контролера.

Нерозумно на місцевому контролері чекати прийому команд від загального - коли другий нічого не відправляє, а також «слухає» лінію, чекаючи відповідних команд від першого.

Справа в тому, що керуючий (задаючий) программатор («мозок» системи), перш ніж відсилати керуючі команди будь-якому з місцевих мікроконтролерів (виконавців), повинен, надіславши тестову посилку, отримати від них відповідний сигнал, що повідомляє про їх готовність до роботи. Якщо цього не сталося (точкова мікросхема «померла»), то опитувальна посилка від «мозку» піде далі, поки не відгукнеться перший, наступний за згорілим світлодіодний чіп. Правильність збірки необхідно тут же перевірити.