Экран из адресной светодиодной ленты своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

Уже привыкли видеть адресные светодиоды во всяких подсветках стен, комнат, столах и системных блоках? Мы решили доказать, что их потенциал куда больше. В этой подборке собрали крутые проекты с использованием адресных светодиодов, лент и матриц.

Примечание Адресные светодиоды (ARGB) отличаются от обычных тем, что имеют в себе цифровую микросхему, которая управляет цветами светодиода и соединяется с другими такими же микросхемами. Таким образом, если последовательно соединить адресные светодиоды, то можно будет управлять отдельно каждым светодиодом в этой цепочке, а не всеми сразу (как было бы с обычными RGB-светодиодами).

Светодиодное облако

Конструкция так же проста, как и эффектна. На каркас в форме шара наклеивается кусками вата, внутри каркаса размещаются адресные светодиоды. Их можно заменить на обычную RGB-ленту или даже гирлянду. Но используя ARGB-светодиоды, можно запрограммировать их на эффект молний или просто для одновременного свечения нескольких цветов.

Фоновая подсветка монитора Ambilight

Ещё в 2002 г. компания Philips разработала технологию динамической фоновой подсветки. Заключается она в том, что по вертикальным краям телевизора были размещены лампы, которые подсвечивали стену цветом, соответствующему цветам на экране. В тёмное время такая подсветка размывает резкий переход от яркого экрана к тёмной стене, благодаря чему глазам становится намного проще смотреть. Помимо этого, ambilight визуально расширяет границы экрана.

DIY-щик Alex Gyver подробно рассказывает про эту технологию и объясняет, как самостоятельно собрать собрать такую подсветку:

LED-панели

Среди светодиодных панелей особенно популярными стали модели от компании Nanoleaf. Они представляют из себя сегменты различных форм (треугольники, квадраты, шестиугольники), которые соединяются между собой и наклеиваются на стены и потолки. Мягкое свечение и приятные цветовые режимы добавят красочности в любой интерьер. Но цены на такие наборы из 9 классических треугольных панелей начинаются от 15 000 ₽.

Собрать подобное освещение можно и самому. Так сделал автор канала Nerdforge. Он решил использовать ленту адресных светодиодов и панели в форме шестиугольников:

Корпус панелей распечатан на 3D-принтере, а в роли рассеивателя — матовый акриловый лист. Микроконтроллером тут выступает ESP32 — прокачанная версия Wi-Fi модуля ESP8266. Имеется удалённое управление со смартфона через приложение Blynk.

Адресная светодиодная лента – это украшение любого проекта Arduino. С ее помощью вы можете создавать светомузыку, умную подсветку для телевизора, бегущие строки и другие проекты, в которых требуется отобразить информацию на широком экране. Благодаря встроенным контроллерам, вы можете управлять каждым из светодиодов ленты в отдельности, управляя ими как пикселями на экране. В этой статье мы разберемся, как работает адресная светодиодная лента, как ее подключить к Ардуино и какие библиотеки лучше использовать для управления.

Адресные светодиодные ленты

Светодиодная лента – это набор связанных светодиодов, на которые может одновременно подаваться напряжение питания. Обычные ленты хорошо всем знакомы, они используются сегодня повсюду. В адресной светодиодной ленте так же используются светодиоды, но светоизлучающий диод может управляться отдельно и независимо от других. Таким образом, адресные ленты можно использовать для более интеллектуального управления световым потоком на отдельных участках ленты, включая или выключая подсветку в нужное время и в нужном месте.

Сегодня наибольшей популярностью пользуются разноцветные светодиодные ленты RGB-формата, позволяющие получать множество цветов. Благодаря конструкции есть возможность управления цветом каждого светодиода, что позволяет создавать оригинальные световые эффекты. Главное отличие адресной светодиодной ленты от обычной RGB ленты – это наличие специальных контроллеров (конструктивно выполненных в виде микросхем) возле каждого светодиода, что и дает возможность индивидуальной адресации и регулирования каждого оттенка.

Как правило,л ента содержит 3-4 контакта для подключения. Два вывода используются для питания – 5 Вольт и земля, остальные один или два – логический, для управления свечением.

Управление умной лентой производится по цифровому протоколу. Это значит, что без управляющего контроллера управлять устройством нельзя. Кстати, при прикосновении к цифровому входу может загореться несколько диодов – это связано с тем, что появляются помехи, которые контроллер принимает за команды.

Самыми популярными адресными светодиодными лентами являются устройства на чипах WS2812b и WS2811. В первом случае чип находится прямо внутри светодиода, то есть один прибор управляет свечением одного излучающего диода. Питание ленты составляет 5 вольт. Во втором случае чип помещается отдельно, и к нему подключаются 3 диода. Мощность – 12 вольт.

Купить адресную светодиодную ленту

Как работает адресная светодиодная лента

Принцип работы ленты следующий. Она поделена на сегменты, в каждом из которых находятся светодиод и конденсатор. Они все подключены параллельно, а данные передаются последовательно от одного сегмента к другому. Управление осуществляется контроллером, в котором прописывается программа функционирования. Управлять лентой можно через платформу Ардуино.

Маркировка адресной ленты:

Black PCB / White PCB – цвета подложки;

1м/5 м – длина адресной ленты;
30/60/74 и т.д. – сколько светодиодов приходится на 1 метр ленты;
IP30, IP65, IP67 – степень влаго- и пылезащищенности ленты =.

Адресные светодиодные ленты используются для сборки полноценных модулей, в конструировании ламп с управлением soft lights, для декоративной подсветки, в построении диодных экранов уличной рекламы.

Видео инструкции и ролики

Обучающее видео на канале HomeMade:

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.

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

Пример подключения к ардуино

Любая адресная светодиодная лента имеет начало и конец, которые важно не перепутать во время сборки. На них есть специальные обозначающие стрелки, которые указывают направление сигнала.

Лента ws2812B подключается к Ардуино следующим образом.

Еще один вариант подключения:

Выходы питания с ленты 5В и земля соединяются с соответствующими контактами на микроконтроллере Ардуино. При подключении отрезка с более чем 13 светодиодами потребуется выносной блок питания. Земля и минус блока питания должны быть соединены друг с другом. DINможно подключить к любому цифровому порту на Ардуино. Он используется для получения данных с контроллера.

Цифровой вход ленты идет на вход контроллера, поэтому между ними нужен токоограничивающий резистор номиналом 100-500 Ом. С его использованием нагрузка на пин будет ниже. На другом конце ленты также есть 3 контакта, к которым можно подключить отрезки различной длины.

Каждый блок ленты состоит из трех светодиодов. Соответственно, для управления подсветкой потребуется 3 байта – по одному на каждый свет. Каждый байт принимает значение от 0 до 255 – это значит, что есть возможность задания более 16 миллионов оттенков.

Данные передаются следующим образом:

ШИМ драйвер забирает первые 3 байта, остальные передаются на выход D0;
затем пауза длительностью 50 мкс;
второй драйвер принимает следующие 3 байта.И так далее.
Когда длительность задержки становится более 50 мкс, передача окончена и начинается второй цикл.

Причины проблем при работе с адресной светодиодная лентой:

неправильное соединение с землей;
сигнальный провод идет не в начало схемы;
перепутаны земля и 5 В;
если получаются цвета ближе к красному, проблема с блоком питания, пайкой линии или слишком тонкие провода;
после подключения без резистора пин на Ардуино может сломаться, поэтому придется переключать на другой.

Библиотеки Ардуино для работы со светодиодной лентой

Для управления адресной светодиодной лентой существует 3 библиотеки: FastLED, AdafruitNeoPixel и LightWS2812. Наиюолее популярной является первая. Она поддерживает все версии Ардуино и различные протоколы данных, которые используются не только для адресной ленты. Но надо иметь в виду, что FastLED более ресурсоемкая.

Вторая библиотека, AdafruitNeoPixel, чаще используется при работе со светодиодными кольцами. Возможностей меньше, скорость ниже, но она менее требовательна к ресурсам, в ее составе только самое нужное. Поддерживает все версии Ардуино. Третья библиотека используется не очень часто.

Работать с библиотеками FastLED и Adafruit NeoPixel одинаково просто. Их отличия заключаются в функциональности и объеме занимаемой памяти.

Основные моменты подключения ленты:

Команды передаются друг за другом, и нужно не перепутать начало и конец. D1 принимает команды, D0 используется для подключения дополнительных отрезков.
Для подключения цифрового входа нужно резистор.
При монтаже адресной светодиодной ленты нельзя допускать статического электричества.
Если между лентой и Ардуино расстояние более 15 см, сигнальный провод и землю нужно перекрутить в косичку. Это поможет избежать наводок.

Питание. Каждому светодиоду в сегменте нужно 20 мА. Суммарный ток будет составлять 60 мА. Нужно просчитать общий ток ленты, и, исходя из полученного значения, подбирать блок питания. Например, лента длиной 1 м с 60 диодами будет потреблять 60*60=3600 мА=3,6 Ампер. Блок питания подбирается с похожей мощностью.
Силовые точки должны быть запаяны качественно. Провода должны иметь такое сечение, чтобы выдерживать подаваемую нагрузку. Минимальное сечение 1,5 кв.м. При тонких проводах заданный программно белый цвет будет отдавать красным оттенком.
Помехи. Лента, которая мигает, может создать помехи на линии. Если она с контроллером получает напряжение от одного источника, то помехи пойдут на микроконтроллер. Это может привести к нестабильности работы и различным сбоям. Решением проблемы будет установка электролитического конденсатора емкостью 470 мкФ на питание микроконтроллера и конденсатор на 1000 или 2200 мкФ на питание ленты.
Если лента и устройство управления питаются от источников с разным напряжением, нужно использовать преобразователь уровня.
Рекомендуется подавать на ленту менее 5 В питания.
Питание в длинной ленте советуется распределить по всей длине. В ином случае моет произойти перегрев токопроводящих дорожек.
На ленте имеется толстый слой меди. От точки питания по ленте может падать напряжение. Для удаления подобной проблемы нужно дублировать питание при помощи медного провода сечением минимум 1,5 кв.м. через каждый метр.

Соблюдение основных моментов и следование инструкции позволяет самостоятельно подключить адресную светодиодную ленту к вашему проекту.

В настоящее время адресные светодиодной ленты (NeoPixel LEDs) на базе светодиодов WS2812 находят широкое применение в различных областях. В данной статье мы рассмотрим подключение подобной ленты к плате Arduino и научимся управлять ею в различных режимах.

Ранее на нашем сайте применение адресной светодиодной ленты (NeoPixel LEDs) рассматривалось в следующих проектах:

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
Адресная светодиодная лента (WS2812 RGB LED Ring Module) (купить на AliExpress).
Макетная плата.
Соединительные провода.

Что такое NeoPixel?

После своего изобретения в 1962 году светодиоды стали неотъемлемой частью нашей жизни. В большинстве электронных проектов используются светодиоды одного цвета, но использование светодиодов разных цветов выглядело настолько привлекательно, что следом за обычными светодиодами появились трехцветные светодиоды (RGB LEDs) – их еще называют полноцветными или многоцветными светодиодами. На нашем сайте можно прочитать статью о подключении подобного светодиода к плате Arduino.

Для управления RGB светодиодом необходимо 3 цифровых контакта микроконтроллера (платы Arduino). То есть, к примеру, если мы хотим управлять 60 RGB светодиодами (причем цвет каждого из них настраивать независимо от других), то нам для этой цели понадобится 180 цифровых контактов. Естественно, подобный подход очень неудобен, поэтому для управления большой совокупностью RGB светодиодов, объединенных, к примеру, в ленту, стали использовать адресацию.

Адресуемые (адресные) светодиоды (addressable LEDs) – это новое поколение светодиодов, включающих помимо RGB светодиоды также микросхему (контроллер) управления им. В настоящее время для управления подобными светодиодами наиболее часто используется контроллер WS2812, который позволяет получить доступ к множеству светодиодов с помощью одного цифрового контакта по интерфейсу one wire (1-wire), используя адреса светодиодов.

Но в отличие от обычных светодиодов данные светодиоды не включаются просто при подаче на них напряжения, для управления ими необходим микроконтроллер. NeoPixel – это марка (наименование) компании Adafruit для адресуемых светодиодов.

Почему NeoPixel?

Способность управлять отдельно каждым светодиодом в адресной светодиодной ленте дает вам возможность создать уникальные визуальный эффекты для своих проектов. Но помните о том, что если вам требуются очень высокие скорости переключения светодиодов, то использование подобной адресной светодиодной ленты нежелательно. Еще одним достоинством адресной светодиодной ленты NeoPixel является ее низкая цена по сравнению с другими типами адресуемых светодиодов. Светодиоды NeoPixel доступны в форме колец, лент, прямоугольников и поверхностей круглой формы – вы можете выбрать любой ее тип для своих проектов.

Примечание : чем больше светодиодов NeoPixel вы используете, тем больше оперативной памяти и больше мощности необходимо для управления ими, также при этом увеличивается время обработки, поэтому выбирайте оптимальное количество светодиодов NeoPixel исходя из возможностей используемого вами микроконтроллера.

Схема проекта

Схема подключения адресной светодиодной ленты WS2812 к плате Arduino представлена на следующем рисунке.

Резистор в схеме необходим для защиты от повреждений светодиодов NeoPixel и для корректной передачи данных. Наилучшее расстояние для связи между модулем светодиодов NeoPixel и микроконтроллерной платой составляет от 1 до 2 метров.

Примечание : если вы используете адресную светодиодную ленту с большим количеством светодиодов, то в этом случае рекомендуется подключать конденсатор большой емкости (приблизительно 1000 мкФ) параллельно + и – источника питающего напряжения.

Объяснение программы Arduino для работы с адресной светодиодной лентой

Прежде чем начинать работу с адресной светодиодной лентой в Arduino необходимо скачать и установить библиотеку для нее - NeoPixel Adafruit library.

Тема создана для обсуждения подсветки Adalight. Здесь вы можете делится своим опытом, выкладывать фото и видео того, что у вас получилось, задавать интересующие вас вопросы по данной теме.

Adalight это аналог подсветки Ambilight от компании Phillips. Представляет собой светодиодную ленту закрепленную по всему периметру монитора с задней стороны, которая подключается к ПК на ОС Windows и управляется через платформу Arduino Nano. При помощи программы AmbiBox анализируется цветовая картинка кадра на экране монитора и воспроизводит рассеянный свет по периметру монитора. Благодаря чему поверхность стены за корпусом монитора динамически освещается, тем самым дополняя ореолом интенсивность изображения на самом экране и как бы визуально увеличивая размер изображения. Есть несколько режимов работы:
- Захват экрана
- Динамический фон
- Статический фон
- Цветомузыка

1. Светодиодная лента WS2812B Aliexpress, Ebay.
Подробно о диодах WS2812B, их аналогах и маркировках.
2. Arduino NANO V3.0 Aliexpress, Ebay.
3. ˇ Источник питания на 5 В, сила тока рассчитывается в зависимости от кол-ва диодов в готовом куске ленты. Ленту можно запитать от порта USB 3.0, от блока питания компьютера (красный и чёрный провод, например с Molex) и пр.
4. Резистор на 200-500 Ом любой мощности Aliexpress.
5. Провод Aliexpress.
6. Кабель MiniUSB для подключения Arduino NANO к ПК Aliexpress.
7. Двусторонний скотч Aliexpress.

1. Обмеряем наш монитор
2. Делим нашу ленту на 4 части так, чтоб снизу и сверху было одинаковое количество светодиодов и соответственно слева и справа.
3. Спаиваем эти 4 отрезка по часовой стрелки начиная с нижнего правого угла монитора.
4. Далее подключаем ленту к Arduino и к питанию согласно схеме подключения.

5. Переходим к настройке программной части.
6. Подключаем Arduino к ПК. Драйвера должны установиться автоматически. Открываем диспетчер устройств, должно появится устройство как на картинке ниже. Запоминаем номер COM порта. В моем случае это 4.

7. Устанавливаем Arduino IDE.
8. Настраиваем Arduino IDE. Во вкладке инструменты выбираем нашу плату, процессор и номер COM порта.

10. Далее открываем наш скетч Adalight. В месте выделенном желтым цветом указываем общее количество диодов в нашей подсветке (у меня получилось 50).

11. Жмем на кнопку . Это скомпилирует и загрузит скетч в нашу Arduino. Во время этой процедуры диод на Ардуине должны интенсивно мигать. После заливки скетча закройте Arduino IDE, отключите ардуино от компьютера, затем вновь подключите Ардуино к USB. После этого Диоды нашей подсветки должны помаргать несколькими цветами.
12. Устанавливаем программу AmbiBox. В конце установки выбираем устройство Adalight. В настройка интеллектуальной подсветки, ставим галочку включить подсветку. Далее жмем на кнопу "больше настроек" выбираем порт и количество зон. Зоны можно настроить кликнув по кнопке "Показать зоны захвата". Все подсветка готова можно пользоваться.

Принцип работы адресной светодиодной ленты в том, что она загорается только в случае подачи цифрового сигнала на её сигнальный контакт. Если просто подключить такую ленту к БП - она работать не будет!
1. Prismatik не работает в полноэкранных программах.
Решение
2. Не выключается ПК, без отключения Arduino от USB.
Решение: переключить Arduino в другой разъём USB, например из 2.0 в 3.0.
3. Нет белого цвета, оттенки искажены. Белый свет слишком жёлтый.
Решение: проверить, выдаёт ли блок питания нужную ленте мощность.
4. Работает только часть ленты. Лента (её часть) не выключается, не реагирует на команды. То зависает, то работает нормально.
Решение.
Поиск нерабочих диодов
5. Мерцание ленты.
Решение.
6. Prismatik. Подсветка то гаснет, то зажигается.
На самом деле, она гаснет, если с компьютером не совершать никаких действий. А если, например, пошевелить мышью, или сменить цвет окна - зажигается.
Решение.

Какой комплект лучше, готовый или самодельный?
Пользуемся поиском по теме а также раз, два.
Сильно ли захват нагружает ПК?
В зависимости от индивидуальных особенностей ПК, программы и способа захвата. Обычно не более 5-10% ЦП.
Подсветка делается только для мониторов, или можно её сделать для телевизора?
Можно, если телевизор на ОС Андроид, или через отдельную приставку.
Будет ли работать видео в 4К?
Ответа пока нет. Если вы знаете его - дайте знать.

andreylusta,
1. Попробуйте выбирать разные способы захвата и максимальный FPS выставить 60. какая видеокарта у вас?
2. Тут у всех все индивидуально на сколько я знаю, поиграйтесь во вкладке дополнительная настройка зон.
3. Не обязательно но желательно, первое время у меня работало без резистора.

Мой пример.
Да можно было бы конечно все сделать покрасивее, но всего это к счастью не видно снаружи и руки пока не доходят переделать.

Привет. 1. Видеокарта gtx970 не монстр, но хватать должно, я думаю. Попробовал разные виды захвата, win8 работает пошустрее, но выше 20 фпс нп видел, но это уже не плохо. И все игры (dx12 не проверял) работают.
2. Поигрался ползунаками, большой разницы не заметил, кстати, важный момент, перед настройкой нужно поставить галочку "для всех зон" иначе все настройки будут касаться одного поля/светодиода. Глянуть бы на чей-то хорошо настроенный амбибокс, по мне, синий перенасыщен.
3. У меня работало тоже. А вчера думал кирдык всему пришел, уж подумал из-за резистора: после нескольких дней норм работы вдруг не включилась система. Т.е. лента при запуске проходит свой тест тремя цветами, вся полностью, а в винде (вин 10) - ничего. Пляски с бубном, прозвоны, перепрошивка ардуины, переустановка амбибокса - ноль. Был в шоке от безысходности. На след день снес все и переустановил. Собрал дублирующую схему на 10 диодов, чтоб свои от телека не отдирать каждый раз, и на свежее все снова заработало, и там и там. Я так ничего и не понял, в чем была загвоздка, и это напрягает. Единственный момент - игрался в скетче скростью отклика или лагом, что-то типа того, там цифра по умолчанию 115000 была, я ставил 500000 как гдето читал, но все работало первое время. Хз, вернул 115к обратно

Кстати хочу попробовать присобачить все это дело к телеку напрямую, у меня телек с андроидом, вроде через коди можно сделать. Буду курить интернет. И еще идея сделать примитивный контроль хотябы вкл-выкл общей подсветки без запуска компа

Читайте также: