RGB Подсветка лестниц аналоговыми светодиодными лентами или светильниками.

Введение.

В этой части мы рассмотрим как создать подсветку лестницы при помощи обычных аналоговых светодиодных лент или светильников. Для начала рассмотрим немного теории о том, что такое RGB светодиод, как он управляется и как подключается.

RGB-светодиод состоит из трех кристаллов объединенных в одном корпусе. Красный - А, Зеленый - Green, Синий - А, что и определено в аббревиатуре "RGB"/Фактически это 3 отдельных светодиода у которых соединены вместе катоды (-) или аноды (+), а второй контакт выведен для подключения управляющего контроллера. Второй контакт может подключаться как к соответствующему цветовому каналу управляющего контроллера, так и на прямую к источнику питания. Т.е. фактически мим можно управлять даже вручную, подключив соответствующий канал. Как понятно из названия сам светодиод имеет 3 основных цвета, но включая одновременно несколько каналов и изменяя их яркость можно получить полный цветовой спектр до 16  млн. цветов. На рисунке ниже рассмотрим пример отрезка светодиодной ленты RGB.

Как мы рассматривали в первой части, о монохромной светодиодной ленте, RGB ленты также бывают с напряжением питания 12В и 24, где в каждом сегменте последовательно соединены 3 или 6 светодиодов и установленные балластные резисторы для каждого цветового канала. Это аналогично и монохромной ленте позволяет снизить силу тока повышая напряжение питания светодиодной ленты, соответственно использовать более тонкие провода и подключить больше светодиодов к одному каналу контроллера при соблюдении ограничений по силе тока. Подробнее читайте по ссылке.

Аналоговые светодиодные ленты как правило имеют общий анод (+) и раздельные контакты катодов (-) для каждого цвета. Также бывают 4-х кристальные аналоговые светодиодные ленты RGBW которые имеют дополнительный канал белого или тепло-белого кристалла, эти светодиодные ленты уже имеют 5-ти проводное подключение. и мы не будем их рассматривать, хотя их применение таже вполне возможно и оправданно.

Как использоватьаналоговую RGB светодиодную ленту для автоматической подсветки лестницы.

Некоторые наши клиенты руководствуясь описанными ранее свойствами просто подключают светодиодные ленты RGB к нашим контроллера для монохромной подсветки лестниц серии SmartStairway SS-26, используя для подключения один или несколько цветовых каналов. При этом они реализуют одноцветную подсветку всех ступенек или разные, но статичные цвета для каждой ступеньки, используя разные цветовые каналы или их комбинацию для разных ступенек. При этом можно без никаких дополнительных устройств реализовать статичную цветную подсветку. В результате можно получить что-то на подобии показанного на рисунках ниже:

Расчет светодиодных лент по мощности и силе тока.

Каждый RGB светодиод фактически состоит из 3 светодиодов, поэтому при расчета мощности следует учитывать количество светодиодов, напряжение питания и заявленные параметры мощности. Например светодиодная лента RGB SMD5050, А 12V, 60 А/M имеющая мощность 14.4Вт/м для каждого цвета будет иметь лишь 30% от заявленной мощности в режиме максимальной яркости (усредненной, на самом деле красный канал меньше, а зеленый больше) и только в режиме белого цвета, когда включены все 3 канала на максимальной як ости эта светодиодная лента будет потреблять 14.4Вт/м, Соответственно 14.4Вт/м при напряжении 12В соответствует силе тока  1.2А/м  (14.4/12=1.2А) это справедливо для белого цвета. Если Вы хотите использовать только 1 цветовой канал, то сила тока соответственно может быть принята за 0,4А, если 2 канал, 0,8А соответственно. Таким образом Вам следует умножить длину светодиодной ленты на силу тока и Вы получите суммарную силу тока для расчета необходимой мощности источника питания. Подробнее смотрите пункт 2  в первой части статьи. 

Выбор оборудования для RGB подсветки ступеней лестницы.

Если всё же Вы хотите создать полноценную светодиодную подсветку RGB, которая может управляться и изменять цвет и иметь динамические режимы, мы разработали дополнительный модуль усилителя со встроенным RGB контроллером, имеющим инфракрасный пульт управления и позволяющий выбирать не только статические цвета для всех ступенек, но и использовать динамические режимы. На сегодня мы производим 2 модели усилителей:

• SmartStairway А21 RGB 4-12 - позволяет подключить до 21 канала с использованием светодиодных лент RGB  DC 12V с силой тока до 4А на каждый канал.
• SmartStaitway APS21 RGB 10-24 - позволяет подключить до 21 канала с использованием светодиодных лент RGB DC 12V/24V с силой тока до 10А на каждый канал.

Безусловно для создания цветной RGB подсветки (освещения) Вашей светодиодной лестницы Вам понадобится контроллер для лестницы серии Smart Stairway SS-26. 

Вы можете выбрать контроллер SmartStairway SS-26 - Если Ваша лестница имеет ограниченные входы, т.е. с обеих сторон присутствует стена или на прозрачные перила для инфракрасного луча (силикатное стекло не пропускает ИК лучи и его можно считать не прозрачным, а ажурные перила прекрасно пропускают ИК лучи и для пироэлектрических сенсоров почти прозрачны).

Если перил нет, они прозрачны и нет возможности использовать пироэлектрический сенсор, то лучше выбрать контроллер Smart Stairway SS-26, так как он имеет дисплей и удобен для использования ультразвуковых сенсоров и поддерживает инфракрасные дальномеры.

Как выбрать сенсоры мы подробно рассматривали в первой части в разделе 3.

Так как мы будем использовать усилитель, то мощность выхода контроллера не имеет значения и её вполне хватит для управления усилителем. Поэтому при расчете и выборе светодиодных лент мы будем ориентироваться на мощность канала выбранного усилителя. Большинство светодиодных лент RGB построены на базе светодиодов SMD5050 (SMD - означает для поверхностного монтажа, а 5050 означает, что размер корпуса 5х5 мм) и имеют напряжение питания 12В с сегментом из 3-х последовательно соединенных светодиодов. Реже встречаются и 24в светодиодные ленты имеющие сегменты из 6 последовательно соединенных светодиодов. Светодиодные ленты имеют обычно стандартную плотность 30 светодиодов на метр имеющих мощность 7.2Вт/м и двойную плотность 60 светодиодов на метр с мощностью 14.4Вт/м. Сейчас встречаются и более плотные светодиодные ленты и ленты построенные на множестве мелких светодиодов с монолитным покрытием, называемых COB.  Зная мощность и напряжение питания светодиодной ленты всегда можно посчитать силу тока для одной ступеньки руководствуясь законом Ома:

P=U*I   или   I=P/U

где :

P - мощность, Вт.
U- напряжение питания, В
I- Сила тока, А

Подробный обзор усилителя для автоматической RGB подстветки ступенек лестниц показанно в видео обзоре усилителя SmartStairway APS-21. 

Усилитель-инвертор имеет 21 независимый канал к которым подключается анод (+) светодиодных лент, которые управляют плавным включением и выключением каналов, также усилитель имеет три канала катодов (-) для управлением цветом всех светодиодных лент. Такая схема подключения позволяет значительно сократить количество проводов , которые придется проложить к ступеньками. Т.е. Вы можете проложить 3 шины для всех ступенек лестница, к кторым подключить катоды цветовых каналов RGB, и к усилителю протянуть только по 1 проводу (+) от каждой ступеньки, которые будут пправлять включением и выключением ступенек лестницы.  

На схеме ниже показана схема подключения светодиодных лент RGB для автоматического освещения лестницы.

Расчет и выбор площади сечения проводов (калибра).

При прокладке общих шин для цветовых каналов не забудьте рассчитать и правильно выбрать сечение проводов.

Для расчёта площади сечения провода с падением напряжения не более 5% используем формулу:

S = (2 * I * L * ρ) / ΔU

Где:

• S — площадь сечения (мм²),
• I — ток (А),
• L — длина провода (20 м),
• ρ — удельное сопротивление меди (0,0175 Ом·мм²/м),
• ΔU — допустимая потеря напряжения (5%).

Калькулятор площади сечения медного провода

Пример расчета:
Предположим у вас 17 ступенек по 1 метру каждая и максимальная длина провода от самой дальней ступеньки до усилителя составляет 10 м. Вы используете светодиодную ленту DC 12V, SMD5050, 60 LED/m с мощностью 14.4Вт/м. Сила тока производителем может быть не указана, поэтому посчитаем её, разделив мощность на напряжение питания. Получим 14.4 (Вт/м) / 12(В) = 1.2 (А/м). Умножим 17 ступенек на 1.2А и получим общую силу тока для всех ступенек в режиме белого цвета для включенных в режим максимальной яркости  всех трех цветовых каналов: 17 * 1.2(А) = 20.4 (А). Так как у нас три шины для управления цветами и каждая из них составляет примерно 1/3 от общей силы тока, то узнаем силу тока на 1 цветовой канал разделив полученное значение на 3: 20.4(А)/3=6.8 (А) на 1 цветовой канал. Подставим значение в калькулятор выше и получим значение 3.97 мм.квадратных. Соответственно выберем для шины питания провод с площадью сечения 4 мм.квадратных.

Аналогично можно рассчитать площадь сечения для каждой ступеньки. Т.к. провод общего анода (+) светодиодной ступеньки будет пропускать через себя ток всех трех цветовых каналов, то для расчета принимаем ощий ток для светодиодной ленты одной ступеньки. В рассмотренном выше примере для ступеньки длиной 1 метр с лентой DC 12V, SMD5050, 60 LED/m с мощностью 14.4Вт/м. и силой тока 1.2 А/м при длине провода до самой дальней ступеньки Вам понадобится провод с площадью сечения 0,7 мм².

Сразу ответим на вопрос: Что произойдет, если площадь сечения проводов будет меньше или метериал провода не медь, а например биметал (омедненный сплав)? Всё очень просто, в лучшем случае при изменении параметра ρ — удельное сопротивление меди (0,0175 Ом·мм²/м), дельта падения напряжения для самой дальней ступеньки будет больше 5 процентов и как следствие снизится яркость для кадого из цветовых каналов, а так как красный цвет имеет наименьшее напряжение, то и цветовая гамма самой дальней ступеньки будет сдвинута в красный цвет. Т.е самая удаленная ступенька в режиме делого цвета булет розовой и аналогично все другие цвета с использованием красного кристалла будут искажены в сторону красного цвета в спектре. В худшем случае слишком тонкие провода могут сильно греться, вызвать оплавление изоляции и даже вызвать пожар.  Уделите особое внимание этому параметру, так как от точности Ваших расчетов и выбора, зависит Ваша безопасность!

Расчет и выбор источника питания.

Аналогично способу монохромной подсветки ступеней лестницы, описанному в первой части, выбирается источник питания и для RGB подсветки лестниц. Алгоритм не изменен. Нужно сложить мощность всех светодиодных лент, прибавить 20% запаса мощности и выбрать ближайший больший из ассортимента источник питания. Т.е. для рассмотренного нами ранее примера расчета подсветки лестницы на 17 ступенек нам понадобится источник питания на 12В, 20.4А + 20% = 24.48 А или 24.48(A)*12(В)=293.76  (Вт) т.е можем выбрать ближайший доступный мощностью 300Вт или больший. Можете воспользоваться удобным калькулятором по ссылке. 

Выбор сенсоров и проводов для них.

Процесс выбора типа сенсоров и места их установки очень подробно описан в калькуляторе расчета светодиодной подсветки лестницы и первой части стать. Пожалуйста перейдите по ссылкам ниже:

• Калькулятор расчета светодиодной подсветки лестниц.
• Выбор сенсоров для светодиодной подсветки летниц.

Что касается проводоки, то лучше для любого типа сенсоров всегда предпочтительнее экранированный сигнальный провод, экран которого заземлен или в хотя бы соединен с землей источника питания. Это позволит избежать индукционных наводок и помех в сигнальных проводах сенсоров. Но если у Вас уже проложен не экранированный провод, то лучше использовать ИК-дальномеры E18-D80NK, т.к. они в состоянии ожидания имеют высокий сигнал в проводе, что делает их не чувствительными к индукционным наводкам. Совместно с ними лучше использовать контроллер SmartStairway SS-26 LCD PRO V4, который имеет защиту от перенапряжения цифровых входов и в состоянии компенсировать длительные перенапряжения до 30В и кратковременные статические разряды до 1000В.

Использование RGB светильников для освещения лестниц.

Также как и светодиодные ленты, светодиодные RGB светильники имеют такой же принцип подключения, мощность и схему. Соответственно вся информация приведенная выше для светодиодных лент, справедлива и для аналоговых RGB светильников. Соответственно речь идет о светильниках без встроенного контроллера RGB. Если светильник уже имеет встроенный контроллер, то такие светильники не подойдут Вам, так как Вам не удастстся синхронизировать управление ими и цветовые палитры будут не предсказуемыми. Поэтому используйте светильники RGB 12 или 24В имеющие 4 провода для подключения, со стандартной схемой RGB (+,R,G,B) и поддерживающих димирование.