RGB LED-nauhojen asennus ja ohjelmointi
valodiodeilla (tai ledeillä) korvataan yhä useammin sähkövalon vakiolähteitä, kuten hehkulamppuja, halogeenilamppuja tai loisteputkia. Ensinnäkin ne ovat paljon energiatehokkaampia, mutta niillä on myös monia muita etuja.
tässä artikkelissa opit:
- mikä on LED,
- mikä on RGB-diodien sovellus,
- miten diodin kirkkaus asetetaan,
- mikä on LED-ja RGB-LEDILIUSKA,
- miten LED-liuskoja ohjataan,
- mikä liuska ja mikä ohjain valitaan,
- miten valita sopiva LED.
ledejä käytetään usein valaistusjärjestelmissä, joissa on laaja valikoima valkoisia diodeja. Yhä useammin väri-ledejä käytetään kuitenkin valaisemaan sisätiloja silmäänpistävällä visuaalisella efektillä. Kehittynein tämän tyyppinen ratkaisu ovat RGB-diodit, joiden väriä voidaan säädellä sujuvasti, mutta myös asettaa lähes mille tahansa näkyvän spektrin värille. Mitä muuta näistä voisi tietää?
mikä on LED?
valodiodit (ledit) ovat puolijohdevalonlähteitä, jotka lähettävät valoa virran virratessa niiden läpi. Puolijohteessa olevat elektronit rekombinoituvat elektroniaukkojen kanssa vapauttaakseen energiaa fotonien muodossa. Tätä ilmiötä kutsutaan elektroluminesenssiksi.
emittoituvan valon väri vastaa fotonien energiaa, joka puolestaan määräytyy sen energian mukaan, jonka elektronit tarvitsevat ylittääkseen puolijohdekaistan aukon. Kaistavajetta kutsutaan joskus energiavajeeksi, ja se on tärkeä osa jokaista puolijohdetta – joten diodin väri riippuu sen rakentamiseen käytetystä materiaalista.
LEDit ilmestyivät markkinoille kaupallisesti saatavina elektroniikkakomponentteina vuonna 1962. Aluksi ne lähettivät matalatehoista infrapunavaloa. Infrapuna-ledejä käytetään pääasiassa kauko-ohjauspiireissä, esim. kulutuselektroniikassa. Myös ensimmäiset näkyvillä olevat LEDit olivat heikkotehoisia ja rajoittuivat punaiseen väriin. Ne on valmistettu materiaaleista, kuten galliumfosfidi (GaP) ja alumiini galliumarsenidi (AlGaAs)
nykyaikaiset ledit ovat saatavilla kaikkialla näkyvä, ultravioletti ja infrapuna aallonpituuksilla, joilla on suuri emissioteho, mikä tarkoittaa, että ne tuottavat paljon valoa alhaisilla energiakustannuksilla. Nämä nykyaikaiset tuotteet on valmistettu erilaisista puolijohteista riippuen halutusta värivalikoimasta. Punadiodeja valmistetaan alumiinigalliumindiumfosfidista (AlInGaP), jolloin ne ovat tehokkaampia kuin GaP-tai Leväfosfidista valmistetut. Sinisten ja vihreiden diodien komponentit puolestaan valmistetaan pääasiassa galliumnitridistä (GaN) ja indiumgalliumnitridistä (InGaN). Indiumin määrä määrää värin – mitä enemmän indiumia, sitä pidempi aallonpituus (esim.vihreä).
miten RGB-diodeja käytetään?
RGB on additiivinen värimalli, jossa punaisia, vihreitä ja sinisiä (kuten lyhennetty nimi viittaa) valoja yhdistetään eri tavoin toistamaan monenlaisia värejä.RGB-värimallin pääasiallinen käyttökohde on kuvien havaitseminen, esittäminen ja näyttäminen elektronisissa järjestelmissä, kuten televisioissa ja tietokoneissa, mutta sitä on käytetty myös analogisessa valokuvauksessa. Nykyään sitä käytetään kuitenkin yhä enemmän myös valaistusjärjestelmissä. Ennen elektronista aikaa RGB-värimallilla oli jo vankka teoria, joka perustui ihmisen käsitykseen väreistä.
punaisen, vihreän ja sinisen valon sekoittaminen LED-lähteistä valkoisen valon tuottamiseksi vaatii omia elektronisia piirejä värien sekoittumisen hallitsemiseksi, ja koska eri diodeilla on hieman erilaiset emissiokuviot, Väritasapaino voi muuttua kuvakulmasta riippuen, vaikka RGB-lähteet olisivat yhdessä paketissa, joten RGB-diodeja käytetään harvoin valkoisen valon tuottamiseen. Tällä menetelmällä on kuitenkin monia sovelluksia, koska eri värejä voidaan sekoittaa joustavasti ja energiatehokkuus on korkea.
moniväriset LEDit tarjoavat myös uuden tavan luoda eriväristä valoa. Useimmat havaittavat värit voidaan muodostaa sekoittamalla eri määriä kolmea pääväriä: punaista, vihreää ja sinistä. Tämä mahdollistaa värien näytön tarkan ja dynaamisen hallinnan. Mutta ongelma RGB-LEDien käyttämisessä valaisinjärjestelmien tarkassa värinäytössä liittyy siihen, että lämpötilan muutos muuttaa myös komponenttina käytettävän puolijohteiden energiavajetta. Näin ollen yksittäisten diodien (punainen, vihreä ja sininen) väriemissiossa tapahtuu muutos RGB-rakenteessa. Tämä ei koske pienitehoisia diodeja.
miten diodin kirkkaus – pulssileveysmodulaatio asetetaan
elektroluminesenssidiodin emission kirkkaus riippuu sen läpi virtaavasta virrasta. Tätä voidaan kuitenkin hillitä monin eri tavoin. Kaksi helpointa tapaa ovat käyttää ohjattua virranlähdettä tai PWM-modulaattoria.
virtalähde on elektroninen piiri, joka tuottaa tai absorboi jännitteestään riippumatonta sähkövirtaa. Virtalähteitä on kahdenlaisia: riippumaton virtalähde tuottaa vakiovirtaa, kun taas riippuvainen virtalähde tuottaa virtaa, joka on verrannollinen johonkin muuhun jännitteeseen tai piirivirtaan. Siksi LEDien ohjaamiseen tarvitaan riippuvainen lähde. Suurin osa varsinaisista virtalähteistä tehdään käyttämällä kontrolloidun vastuksen elementtejä (esimerkiksi MOSFET-transistori). Sitä ohjataan siten, että kyseisen elementin jännitehäviö pakottaa myös halutun virran virtauksen kuorman läpi.
liuoksen haittapuolena on sen alhainen energiatehokkuus. Jännitehäviö ohjauselementissä voi olla melko merkittävä, erityisesti matalille virroille. Lisäksi tämä ohjaustapa, koska se tarvitsee analogista syöttöä – esimerkiksi ohjausjännitettä – on vaikea toteuttaa digitaalisessa järjestelmässä, ja se edellyttää lisäelementtien, kuten digitaalisesta analogiseen Muuntimen, käyttöönottoa.
PWM eli pulssinleveysmodulaatio on menetelmä, jolla vähennetään sähköisen signaalin tuottamaa keskimääräistä tehoa leikkaamalla signaali tehokkaasti erillisiin osiin, kun se kytketään päälle ja pois päältä (ilman siirtymätiloja – kuten suorakulmaisessa aaltomuodossa). Kuormaan kohdistetun jännitteen (ja virran) keskimääräistä arvoa ohjataan kytkemällä nopeasti päälle ja pois päältä tietyntyyppinen avain virtalähteen ja kuorman välillä. Mitä kauemmin avain on päällä off-jaksoihin verrattuna, sitä suurempi on kuormalle toimitettu kokonaisteho.
PWM-modulaatio soveltuu erityisen hyvin suhteellisen inertteihin kuormituksiin, kuten moottoreihin, joihin diskreetti kytkentä ei vaikuta yhtä helposti. Ne reagoivat hitaammin inertian vuoksi. PWM-kytkentätaajuuden on oltava riittävän korkea, jotta se ei vaikuta kuormitukseen. RGB-LEDien tapauksessa itse vastaanotin – valodiodi – ei ole inertti, vaan ihmissilmä, joka ei havaitse vilkkumista, koska se keskittää valon voimakkuuden.
nopeus (tai taajuus), jolla avaimen on vaihdettava kuormaa, voi vaihdella huomattavasti riippuen kuormasta ja järjestelmän käytöstä. Kun kyseessä on LED, optimaalinen taajuus riippuu myös tietyn sovelluksen. Ylempi taajuusraja on ledin kytkentänopeus. Tyypillisen ledin kytkentäaika on useiden satojen ja useiden tuhansien nanosekuntien välillä, mikä tarkoittaa vaihtotaajuuksia useista sadoista kilohertseistä useisiin megahertseihin. Toisaalta pienin Kytkentätaajuus määräytyy ihmissilmän inertian mukaan. Liikkuvassa kohteessa LED-ohjausavaimen minimikytkentätaajuutena käytetään 200 Hz: n taajuutta.
PWM-modulaation käytön tärkein etu on se, että kytkentälaitteiden tehohäviöt ovat hyvin pienet. Kun kytkin kytketään pois päältä, virta ei käytännössä virtaa, ja kun avain kytketään päälle, avaimen jännitehäviö on marginaalinen. Tehohäviöt, jotka ovat syntyneet jännitteen pudotuksesta ja virtavirrasta, ovat siis pieniä molemmissa tapauksissa. Lisäksi PWM toimii erittäin hyvin digitaalisilla ohjaimilla, jotka luonteensa vuoksi – nolla-yksi – ohjaus-ohjaavat avainta helposti.
mikä on LED-ja RGB-lediliuska, jossa on integroitu ohjain
LED-liuska on joustava painettu piirilevy, johon on juotettu pinta-asennettuja valodiodeja (SMDs) ja muita diodien toimintaan tarvittavia komponentteja. Se on yleensä varustettu liima Tausta.
LED-nauhoja käytettiin aiemmin vain korostusvalaistuksessa, taustavalaistuksessa, tehtävävalaistuksessa ja koristevalaistuksessa. LED-valojen tehostamisen ja tehokkaampien tuotteiden saatavuuden ansiosta LED-nauhoja käytetään nykyään kirkkaana valaistuksena, joka tehokkaasti korvaa valaisimet loiste-tai halogeenilampuilla.
suosittuja LED-nauhoja on saatavana myös monivärisillä ledeillä varustettuna versiona: RGB, RGBW. Jälkimmäisessä on lisäksi valkoinen diodi, joka lähettää hyvälaatuista valkoista valoa – opit siitä lisää myöhemmin tässä artikkelissa. Niiden ohjaaminen ulkoisten kuljettajien avulla olisi monimutkaista, koska pidemmän nauhan ohjaamiseen tarvitaan suuri määrä johtoja. Siksi integroituja ajureita käytetään usein tämäntyyppisissä nauhoissa.
LED-nauhojen ohjaaminen
useimmat RGB LED nauhat on rakennettu käyttämällä klassisia RGB LED neljä johtaa-yhteinen anodi tai katodi ja yksi johtaa kunkin värin. Kaapeleita ei voi kytkeä suoraan virtalähteeseen, koska ajuri on välttämätön helppoon värinvaihtoon. Vaikka tällainen ratkaisu antaa meille mahdollisuuden hallita väriä, käyttäjän tulisi muistaa, että koko nauha säteilee samaa väriä, mikä voi olla rajoitus sen käytön suhteen. Ratkaisu, jossa integroituja ajureita, kuten Worldsemi WS28xx-siruperhettä, käytetään nauhalla RBG-LEDien lisäksi, on tullut suosituksi viime aikoina.
on myös syytä mainita, että klassisia RGB-LED-nauhoja ohjataan eri tavalla kuin ajureilla varustettuja. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että integroitujen ajurien tapauksessa rakenne muuttuu – ohjaukseen käytetään vain yhtä riviä (dataa) eikä kolmea erillistä riviä kullekin värille. Voit käyttää esimerkiksi Arduinoon perustuvia ohjausratkaisuja täällä.
liuskoja, joissa on tämän ryhmän piirejä, kutsutaan yleensä ohjelmoitaviksi tai älykkäiksi, kun taas itse ajuri on muodoltaan integroitu piiri, joka on suunniteltu ohjaamaan ledejä. Se sisältää sisäisen älykkään digitaalisen datasalvan syöttöporttiin, oman yksilöllisen osoitteensa sekä tehonsäätöpiirin. Siinä on myös tarkka sisäinen oskillaattori ja 12v jännitteen säädin ledeille. Järjestelmän aaltoilun vähentämiseksi yksittäisiä PWM-kanavia ohjataan vaihesiirtimellä. Tämä järjestelmä käyttää NZR-tiedonsiirtotilaa.
NZR-järjestelmässä ws28xx-järjestelmäperhe on kytketty sarjaan. DIN pin on tietojen syöttö ja DO on lähtö. Tiedot syötetään ketjun ensimmäisen kuljettajan din-pin-koodiin. Sen DO on kiinnitetty seuraavan DIN jne. Kun siru on käynnistetty uudelleen, din-linja vastaanottaa tietoja ohjaimelta. Ensimmäinen siru kerää ensimmäiset 24 bittiä dataa (kolme kertaa 8 bittiä kolmella värillä) ja lähettää ne sitten sisäiseen datasalvaan. Loput tiedot lähetetään edelleen DO-tulosteella.
DO-lähtötiedot puskuroidaan sisäänrakennetuilla digitaalisilla piireillä, joten seuraava ohjain saa korkealaatuisen aaltomuodon. Tämä lisää sirun kantamaa, sillä ainoat rajat nauhojen pituudelle ovat kuljettajien välinen maksimietäisyys ja käytettävissä olevien osoitteiden määrä.
kun kuljettaja lukitsee TIEDOT, järjestelmä tuottaa asianmukaiset PWM-ohjaussignaalit OUTR -, OUTG-ja OUTB-lähdöissä, jotka on suunniteltu ohjaamaan nauhalla olevia punaisia, vihreitä ja sinisiä diodeja. Kiitos mahdollisuus käsitellä ws28xx perheen piirejä, on mahdollista asettaa värin ja kirkkauden RGB-diodi erikseen, joka suuresti laajentaa sovellusaluetta. Esimerkiksi tätä järjestelmää käyttävissä liuskoissa jokainen diodi voi säteillä eri väriä ja eri voimakkuudella riippumatta liuskan muista diodeista.
on syytä mainita, että saatavilla on myös kattavia ratkaisuja, jotka sisältävät sekä RGB LED-rakenteet että integroidun osoitteellisen ohjaimen yhdessä kotelossa, mikä yksinkertaistaa sovellusta ja vähentää lopullista cos: ää. Tällaisia diodeja tarjotaan sekä worldsemin budjettiversiossa että Liteonin tarjoamassa versiossa, joissa on huippulaatuisia upotettuja diodeja, joille on ominaista korkea toistettavuus.
mikä liuska ja mikä ohjain valitaan?
markkinoilla on useita erilaisia RGB-LED-nauhoja integroiduilla ohjaimilla. Nämä ovat nauhat eri teho ja LED numero vaihtoehtoja, mikä tarkoittaa eri kirkkaustasoja. Tällaiset tuotteet vaihtelevat 30-144 lediä per metri ja niiden suurin teho on 36W-86,4 W (per 1 metri nauhaa).
RGB LED-nauhat voidaan toimittaa 5V, 12V tai 24V DC. Tietyn nauhan valinta on saneltava tietyssä järjestelmässä käytettävissä olevan syöttöjännitteen mukaan. Esimerkiksi mikrokontrollerijärjestelmä astrip toimitetaan 5V toimii täydellisesti, ja teollisuusjärjestelmässä nauhat toimitetaan 24V on paras valinta. Lisäksi, kun valitset LED-nauhan teollisiin sovelluksiin, kannattaa tarkistaa tuotteen sisäänpääsyn suojausluokka. Jos valitset IP65-mallin, voit luottaa järjestelmän luotettavuuteen, koska tämä luokka takaa pölytiiviyden ja suojan kosteutta vastaan.
RGB tai RGBW-miten valita sopiva LED?
tavallisessa RGB-LEDINAUHASSA käytetään kolmea lediä (punainen, vihreä ja sininen). Se voi tuottaa laajan värivalikoiman sekoittamalla näitä kolmea väriä ja antamalla lähes valkoisen valon, mutta vaikka kaikki kolme lediä valaistaan mahdollisimman kirkkaaksi, lopullinen väri on kaukana täydellisestä. Siksi käytetään RGB + W LED-nauhoja, joissa käytetään neljää lediä: RGB LED ja lisäksi valkoinen valodiodi.
vaikka RGB-LEDit itsessään voivat tuottaa valkoisen kaltaista väriä, rakenteen oma valkoinen LED antaa paljon puhtaamman valkoisen sävyn ja mahdollistaa ylimääräisen lämpimän tai kylmän valkoisen sirun käytön. Lisäksi valkoinen siru tarjoaa lisämahdollisuuksia sekoittaa värejä RGB sirut, ja näin voit luoda vaikuttava valikoima ainutlaatuisia sävyjä.