Arduino — работаем с RGB светодиодами и лентами
RGB светодиод или лента – очень крутая штука, ведь используя даже 8-ми битный ШИМ (0-255) мы можем получить 16.7 миллионов цветов и оттенков! Рассмотрим подключение светодиодов и лент к Arduino.
Светодиоды
Светодиоды можно питать от пинов Arduino, естественно через токоограничивающий резистор на 150-300 Ом (больше – меньше яркость). Для плавного управления яркостью каждого канала подключать нужно к ШИМ пинам (D3, D5, D6, D9, D10, D11 на Arduino Nano/UNO/Pro Mini). Светодиод с общим катодом подключается общей ногой на GND, с общим анодом – на VCC (т.е. на 5V).
Светодиодные ленты через драйвер
RGB светодиодные ленты обычно имеют общий анод, т.е. общий канал 12 Вольт.
Для управления цветом можно использовать так называемый LED amplifier (бывает RGB и RGBW). Купить на Aliexpress
Светодиодные ленты через транзисторы
Вместо драйвера можно использовать полевые транзисторы, схема вот такая:
Какие транзисторы? Вот мой список транзисторов в корпусах to220: IRF3704ZPBF, IRLB8743PBF, IRL2203NPBF, IRLB8748PBF, IRL8113PBF, IRL3803PBF, IRLB3813PBF, IRL3502PBF, IRL2505PBF, IRF3711PBF, IRL3713PBF, IRF3709ZPBF, AUIRL3705N, IRLB3034PBF, IRF3711ZPBF
В корпусах D-PAK: IRLR024NPBF, IRLR024NPBF, IRLR8726PBF, IRFR1205PBF, IRFR4105PBF, IRLR7807ZPBF, IRFR024NPBF, IRLR7821TRPBF, STD60N3LH5, IRLR3103TRPBF, IRLR8113TRPBF, IRLR8256PBF, IRLR2905ZPBF, IRLR2905PBF
Также можно распаять платку
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
- 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
- Настройки хранятся в EEPROM и не сбрасываются при перезагрузке
Самый простой контроллер для RGB-ленты на трех транзисторах
Для создания эффекта поочередного изменения RGB светодиодов ленты предлагается собрать несложную электронную схему управления. Напряжение с каждого из трех выходов автоколебательного кольцевого мультивибратора поочередно поступает на вход R, G или B полосы светодиодов. В определенный момент времени горит только красный, зеленый либо синий цвет. Длительность переключения задается параметрами задающей время цепи из резистора и конденсатора.
Необходимые детали, инструменты
Для изготовления нужно по 3 радиоэлектронных элемента:
- Полевой n-канальный МОП-транзистор типа IRFZ44. Применяется в регулируемых источниках тока, стабилизированных преобразователях, системах управления, контроля электронных узлов и блоков.
- Алюминиевый электролитический конденсатор емкостью 2,2 микрофарады с рабочим напряжением не менее 25 вольт. Номинальные параметры указаны на корпусе.
- Постоянный резистор с мощностью рассеивания тепла не меньше 0,125 ватт и активным сопротивлением 1 мегомов.
Узел подключается к светодиодной трехцветной ленте типа SMD5050 или аналогичной с 12-вольтным питанием. На полосе размещены модули, каждый из которых содержит 3 трехцветных диода. Соответствующие клеммы цвета и питания, соединяясь параллельно, выведены на точки подключения на полотне. Управляющие сигналы каждого свечения поданы на светодиоды через персональный токоограничивающий резистор. Параллельно соединенные модули размещены на ленте длиной до 5 метров.
Для надежного соединения радиодеталей подойдет любой паяльник. Придать выводам удобную для работы форму, выгнуть их и отрезать до нужной длины помогут плоскогубцы, кусачки или нож. Узел работает от постоянного источника тока 12 вольт.
Сборка схемы контроллера
Деталей мало, поэтому удобно сделать монтаж навесным способом, когда элементы припаивают непосредственно друг к другу без промежуточных контактов, опор или сборочных плат.
Кристалл транзистора размещен внутри пластмассового корпуса. Расположенный по центру «Сток» соединен также с большим металлическим теплоотводом. Обычно он используется для крепления к стенке электронного блока. Металл радиатора легко лудить, поэтому удобно использовать его как контактную площадку для припаивания сопротивления.
Второй его конец соединяется с выводом «Затвор» следующего элемента.
Аналогично подключается третий транзистор, но его «Сток» соединятся через резистор с электродом «Затвор» первого каскада, образуя кольцо.
Конденсатор включается между электродами «Затвор» и «Исток» каждого транзистора. Предварительно необходимо правильно определить полярность компонента по маркировке на корпусе. Обычно отмечен отрицательный электрод, который паяем на «Исток».
Отрезком провода соединяются между собой «Исток» всех транзисторов, создавая шину подключения клеммы «минус» блока питания. Жесткие электроды транзисторов легко раздвинуть и придать устойчивую форму, чтобы избежать случайных коротких замыканий.
На светодиодном полотне обозначены точки включения «R», «G» и «B». Отрезками изолированного провода каждая из них подключается к «Сток» одного из транзисторов.
«Плюс» источника тока соединяется с клеммой «+» ленты, «минус» припаивается к шине «Исток» транзисторов.
Собранный из исправных деталей при полном соответствии монтажа принципиальной схеме контроллер начинает работать после включения без необходимости предварительной настройки или подбора параметров элементов. Частота переключения уменьшится при увеличении номинала емкости и наоборот.
Совет
Паять будет легче и быстрее, если выводы радиодеталей предварительно залудить. Работая с паяльником, нужно позаботиться о нормальном проветривании помещения, соблюдать осторожность, чтобы не получить тепловой ожог или поражение электричеством.
Смотрите подробное видео
Часто задаваемые вопросы
Многие фирмы-производители светотехнического оборудования указывают на корпусах приборов степень защиты от воздействия окружающей среды, так называемый IP (International Protection). Этот код состоит из букв IP и двух цифр, например IP44 или IP67. Первая цифра в этой кодировке характеризует защиту человека от прикосновения к токоведущим частям аппаратуры, а также о защите аппарата от попадания в него посторонних предметов. Вторая же цифра обозначает степень защиты аппарата от проникновения воды.
| 1-ая цифра | Защита от проникновения инородных твердых предметов | 2-ая цифра | Защита от проникновения инородных жидкостей |
| 0 | Нет защиты | 0 | Нет защиты |
| 1 | Защита от проникновения твердых объектов размером более 50 мм, частей человеческого тела, таких как руки, ступни и т.д. или других инородных предметов размером не менее 50 мм. | 1 | Защита от попадания капель, падающих вертикально вниз. |
| 2 | Защита от проникновения твердых объектов размером более 12 мм, пальцев рук или других предметов длиной не более 80 мм, или твердых предметов. | 2 | Защита от попадания капель, падающих сверху под углом к вертикали не более 15о (оборудование в нормальном помещении). |
| 3 | Защита от проникновения твердых объектов размером более 2,5 мм, инструментов, проволоки или других предметов диаметром не менее 2,5 мм. | 3 | Защита от попадания капель или струй, падающих сверху под углом к вертикали не более 60o (оборудование в нормальном положении). |
| 4 | Защита от проникновения твердых объектов размером более 1 мм, инструментов, проволоки или других предметов диаметром не менее 1 мм. | 4 | Защита от попадания капель или брызг, падающих под любым углом. |
| 5 | Частичная защита от проникновения пыли. Полная защита от всех видов случайного проникновения. Возможно лишь попадание пыли в количестве, не нарушающем работу прибора. | 5 | Защита от попадания струй воды, падающих под любым углом. |
| 6 | Полная защита от проникновения пыли и случайного проникновения. | 6 | Защита от попадания струй воды под давлением под любым углом. |
| 7 | Защита от попадания воды при временном погружении в воду. Вода не вызывает порчи оборудования при определенной глубине и времени погружения. | ||
| 8 | Защита от попадания воды при постоянном погружении в воду. Вода не вызывает порчи оборудования при заданных условиях, неограниченном времени погружения. |
К наиболее распространенным классам защиты, или, как их еще называют, IP-классам, можно отнести:
IP20 – Светильники с подобным классом защиты применяются только для освещения помещений в сухой, нормальной незагрязненной среде. Основное применение такие светильники находят в освещении квартир, офисов, магазинов, теплых и сухих промышленных помещений.
IP21 / IP22 – Такие светильники допускается применять в промышленных неотапливаемых помещениях, под навесами, поскольку они защищены от появления конденсата и попадания капель воды.
IP23 – Светильники класса IP23 можно применять в неотапливаемых промышленных помещениях или снаружи.
IP43 / IP44 – Этим классом защиты обладают консольные и тумбовые светильники для уличного наружного освещения. Устанавливаемые на небольшой высоте тумбовые светильники защищены от проникновения внутрь брызг и дождевых капель, а также мелких твердых тел. Распространенной комбинацией класса защиты для уличных светильников, а также промышленных светильников, применяемых для освещения цехов с высокими потолками, является защита оптического блока по классу IP54/IP65, что предотвращает загрязнение лампы и отражателя, электрический же блок для обеспечения безопасности защищен по классу IP43.
IP50 – Светильники этого класса защиты исключают быстрое загрязнение внутренних частей. В то же время подобные светильники легко очищаются снаружи. При использовании подобных светильников на объектах пищевой промышленности, применяются светильники закрытого типа, где предусмотрена защита также и от попадания в рабочую зону осколков стекла от случайно разбитых ламп. Помимо обеспечения нормальной работы самого светильника, данная степень защиты подразумевает невозможность выпадения отдельных частиц из корпуса прибора, в соответствии с требованиями пищевой промышленности. В помещениях с повышенной влажностью применение светильников с классом защиты IP50 запрещено.
IP54 – Этот класс защиты является стандартным для водонепроницаемого исполнения. Подобные светильники без каких-либо отрицательных последствий можно мыть. Зачастую они применяются для освещения цехов пищевой промышленности, помещений с повышенным содержанием влаги и пыли, а также под навесами.
IP60 – Светильники данного класса защиты полностью ограждены от попадания пыли, благодаря чему находят применение в помещениях с очень пыльной средой, таких как каменоломни, а также предприятия по переработке шерсти и тканей. На предприятиях пищевой промышленности при организации освещения подобные светильники применяются весьма редко, чаще там используют класс защиты IP65 / IP66.
IP65 – Этот класс защиты подразумевает струезащищенность светильников, позволяя для их очистки использовать струи воды под давлением, а также применяются в пыльной среде. Хоть они и не обладают полной водонепроницаемостью, их функционирование сохраняется даже при проникновении влаги внутрь корпуса прибора. Зачастую светильники этого класса выпускаются в ударозащищенном исполнении.
IP67 / IP68 – Водонепроницаемые светильники. Приборы этого класса выдерживают длительное или постоянное пребывание под водой, благодаря чему часто применяются для подводного освещения фонтанов, бассейнов. Для освещения палуб кораблей также используются светильники этого класса защиты.
Простейший регулятор яркости светодиодов | Мастер-класс своими руками
Простейшая схема регулятора яркости светодиодов, представленная в этой статье, с успехом может быть применена в тюнинге автомобилей, ну и просто для повышения комфорта в машине в ночное время, например для освещения панели приборов, бардачков и так далее. Чтобы собрать это изделие, не нужно технических знаний, достаточно быть просто внимательным и аккуратным.Напряжение 12 вольт считается полностью безопасным для людей. Если в работе использовать светодиодную ленту, то можно считать, что и от пожара вы не пострадаете, так как лента практически не греется и не может загореться от перегрева. Но аккуратность в работе нужна, что бы ни допустить короткого замыкания в смонтированном устройстве и как следствие пожара, а значит сохранить своё имущество.
Транзистор Т1, в зависимости от марки, может регулировать яркость светодиодов общей мощностью до 100 ватт, при условии, что он будет установлен на радиатор охлаждения соответствующей площади.
Работу транзистора Т1 можно сравнить с работой обыкновенного краника для воды, а потенциометра R1 – с его рукояткой. Чем больше откручиваешь – тем больше течёт воды. Так и здесь. Чем больше откручиваешь потенциометр – тем больше течёт ток. Закручиваешь – меньше течёт и меньше светят светодиоды.
Схема регулятора
Для этой схемы нам понадобятся не многочисленные детали.
Транзистор Т1. Можно применить КТ819 с любой буквой. КТ729. 2N5490. 2N6129. 2N6288. 2SD1761. BD293. BD663. BD705. BD709. BD953. Эти транзисторы нужно выбирать в зависимости от того, какую мощность светодиодов вы планируете регулировать. В зависимости от мощности транзистора находится и его цена.
Потенциометр R1 может быть любого типа сопротивлением от трёх до двадцати килом. Потенциометр сопротивлением три килоома лишь немного снизит яркость светодиодов. Десять килоом — убавит почти до нуля. Двадцать – будет регулировать со средины шкалы. Выбирайте, что вам подходит больше.
Если вы будете использовать светодиодную ленту, то вам не придётся заморачиваться с расчётом гасящего сопротивления (на схеме R2 и R3) по формулам, потому что эти сопротивления уже вмонтированы в ленту при изготовлении и всё, что нужно, это подключить её к напряжению 12 вольт. Только нужно купить ленту именно на напряжение 12 вольт. Если подключаете ленту, то сопротивления R2 и R3 исключить.
Выпускают так же светодиодные сборки, рассчитанные на питание 12 вольт, и светодиодные лампочки для автомобилей. Во всех этих устройствах при изготовлении встраивают гасящие резисторы или драйверы питания и их напрямую подключают к бортовой сети машины. Если вы в электронике делаете только первые шаги, то лучше воспользоваться именно такими устройствами.
Итак, с компонентами схемы мы определились, пора приступать к сборке.
Прикручиваем на болтик транзистор к радиатору охлаждения через теплопроводящую изолирующую прокладку (чтобы не было электрического контакта радиатора с бортовой сетью автомобиля, во избежание короткого замыкания).
Нарезаем провод на куски нужной длинны.
Зачищаем от изоляции и лудим оловом.
Зачищаем контакты светодиодной ленты.
Припаиваем провода к ленте.
Защищаем оголённые контакты при помощи клеевого пистолета.
Припаиваем провода к транзистору и изолируем из термоусадочным кембриком.
Припаиваем провода к потенциометру и изолируем их термоусадочным кембриком.
Собираем схему с применением контактной колодки.
Подключаем к аккумулятору и опробуем в работе на разных режимах.
Всё работает хорошо.
