Автоматичне ARGB підсвічування сходів адресними смарт стрічками.

У цій частині ми розглянемо особливості та способи створення світлодіодного підсвічування сходів за допомогою адресних кольорових світлодіодних стрічок ARGB. Розглянь плюси та мінуси цього варіанта підсвічування, принцип роботи та тонкощі вибору адресних світлодіодних стрічок, підберемо обладнання та розглянемо способи монтажу та підключення.

Що таке адресний світлодіод ARGB і як він влаштований.

Адресний світлодіод є звичайним RGB світлодіодом, для управління кольорами якого використовується спеціальна мікросхема, яка керує його кольорами і яскравістю кожного колірного каналу. Фактично Ви можете керувати кольором і яскравістю кожного окремого світлодіода або сегмента з декількох світлодіодів, що залежить від типу мікросхеми, що використовується. Суть управління такими стрічками у тому, що кожному каналу кольору передається певний набір бітів. Управління базується на послідовної передачі даних — кожен світлодіод приймає потік бітів, «забирає» перші 24 біти (свої) і пересилає решту.

Формат даних на один світлодіод:

• 24 біти = 8 біт зелений + 8 біт червоний + 8 біт синій

• порядок байт зазвичай GRB

Використовується однопровідний асинхронний протокол із фіксованим таймінгом:

• Один біт кодується шириною імпульсу.

• Частота передачі ≈ 800 кГц (період ~1.25 мкс на біт).

Як видно з принципу роботи цих світлодіодних стрічок, значення має кількість чіпів, що управляють (драйверів світлодіода WS2811, WS812 або їх аналогів). Наприклад, якщо у Вас планується використовувати 300 пікселів, то довжина пакета становитиме 300 * 24 = 7200 біт. Кожна зміна кадру передбачає надсилання нового пакета. Тому не всі мікроконтролери це можуть реалізувати для великого числа пікселів, так як можуть не володіти достатньою швидкістю та об'ємом пам'яті. Також, як бачимо з характеристик протоколу передачі частота становить 800 кГц, що пред'являє високі вимоги до довжини каналу передачі і якості проводу. І якщо кожен чіп є підсилювачем рівня при передачі пакета до наступного чіпа, вирівнюючи рівень сигналу до напруги живлення сегмента, то з передавальної лінією все складніше і для підключення більше 30 см потрібно як мінімум кручена пара, де провід даних свит з проводом "GND", а якщо довжина більше 1 м, то потрібно використовувати коаксіальний провід точці підключення та мінімізувати довжину дроту. Другий важливий параметр випливає з того, що кожен чіп виступає як перетворювач логічного рівня, тому для нього важлива якість живлення, що робить ці типи стрічок вимогливі до якості та рівня пульсацій джерела живлення. Тому при неякісному джерелі живлення Ви отримаєте велику кількість зіпсованих пакетів даних, що на стрічці виявлятиметься як хаотичне миготіння всієї стрічки або окремих світлодіодів різними несподіваними кольорами та яскравістю.

   Основною та безумовною гідністю адресного світлодіодного підсвічування є гнучкість колірних та динамічних рішень, що дозволяєналаштовувати колір, динаміку, кількість світлодіодів для кожної сходинки, якщо Ваші сходи складної форми з сходинками різної довжини. результат того вартий.

На сьогоднішній день на ринку найбільш широко представлені два типи світлодіодних стрічок ARGB, це стрічки:

• збудовані на керуючій мікросхемі WS2811 та їх різні китайські аналоги
• збудовані на мікросхемі WS2812 та їх різні китайські аналоги

WS2811

Світлодіодні стрічки цього типу як правило мають напругу живлення 12 або 24 В постійного струму. відповідно. Як видно зі схеми, один чіп WS2811 управляє всіма світлодіодами сегмента. WS2811

Як правило, такі світлодіодні стрічки мають потужність:

• DC 12V, WS2811, 30 LED/M - 7.2Вт/м (0,6 А/м)
• DC 12V, WS2811, 60 LED/M - 14.4Вт/м (1,2 А/м)
• DC 12V, WS2811, 48 LED/M - 11.5Вт/м (1 А/м)
• DC 24V, WS2811, 30 LED/M - 7.2Вт/м (0,3 А/м)
• DC 24V, WS2811, 60 LED/M - 14.4Вт/м (0,6 А/м)
• DC 24V, WS2811, 48 LED/M - 11.5Вт/м (0,5 А/м)

WS2812

Цей тип світлодіодних стрічок побудований на базі мікрочіпа WS2812, який вбудовується прямо в корпус RGB світлодіода SMD5050.

Один сегмент або піксель такої світлодіодної стрічки має один світлодіод і кожен окремий світлодіод може керуватися індивідуально. На основі таких світлодіодів побудовані вуличні рекламні монітори, вони дозволяють створювати приголомшливі ефекти і анімацію. як описано у першій та другій частинах.

Вибір стрічки та розрахунок площі перерізу проводів.

Характеристики RGB WS281x LED 

Як видно з таблиці, 1 світлодіод WS2812 споживає струм 60 мА у режимі максимальної яскравості білого кольору. Напруга живлення світлодіода WS2812 завжди 5В (вимагає строго 5В ± ~0.2В).

Тоді не складно розрахувати силу струму для світлодіодної стрічки:

• 60 LED/m: до 3.6А/м (максимум).

• 30 LED/m: до 1.8А/м.

• 144 LED/m: до 8.6А/м (!).

Звертайте особливу увагу на це. Так як, наприклад, якщо у Вас наприклад 17 сходинок по 1 метру кожна, Вам знадобиться 17 метрів стрічки. І загальна сила струму на 17 метрів складе:

• 60 LED/m: до 3.6А/м (максимум). - 61.2А (Блок живлення без урахування запасу потужності DC5V, 350W)

• 30 LED/m: до 1.8А/м. - 30.6А (Блок живлення без урахування запасу потужності DC5V, 153W)

• 144 LED/m: до 8.6А/м (!). -  146.2А (Блок живлення без урахування запасу потужності DC5V, 731W)

І основна проблема тут полягає в площі перерізу проводів. Скористайтеся калькулятором нижче, щоб розрахувати площу поперечного перерізу проводів.

Калькулятор площі перерізу мідного дроту

 Як бачите, з урахуванням того, що Вам доведеться прокладати шину живлення паралельно всім сходинками, то довжина дроту ймовірно буде не менше 10м.
Тоді для стрічок WS2812 різної щільності в аналізованому прикладі для 17 метрів

• 60 LED/m: до 3.6А/м (максимум). - 61.2А (Блок живлення без урахування запасу потужності DC5V, 350W), провід перетином не менше: 87 мм²

• 30 LED/m: до 1.8А/м. - 30.6А (Блок живлення без урахування запасу потужності DC5V, 153W), провід перетином не менше: 44 мм²

• 144 LED/m: до 8.6А/м (!). - 146.2А (Блок живлення без урахування запасу потужності DC5V, 731W), провід перетином не менше: 205 мм²

Що в принципі є неможливим завданням. Тому очевидно, що світлодіодні стрічки WS2812 не підходять для підсвічування сходів, якщо йдеться про підсвічування кожної сходинки по її довжині і потрібна велика кількість стрічки з довгими проводами. Але з іншого боку цей тип стрічки може підійти для освітлення сходів при установці стрічки паралельно їй у паз на стіні або вздовж перил. Цей спосіб підсвічування сходів ми окремо розглянемо у 4-й частині.

Для порівняння якщо використовувати світлодіодну стрічку WS2811, для того ж проекту з 17 сходинками по 1 метру кожна, і довжиною дроту 10м, Вам знадобляться дроти:

• DC 12V, WS2811, 30 LED/M, 7.2Вт/м (0,6 А/м) - 10,2 А, 122,4 Вт, провід 6 мм²
• DC 12V, WS2811, 60 LED/M, 14.4Вт/м (1,2 А/м) - 20,4 А, 245 Вт, провід 12 мм²
• DC 12V, WS2811, 48 LED/M, 11.5Вт/м (1 А/м) - 17А, 204 Вт, провід 10 мм²
• DC 24V, WS2811, 30 LED/M, 7.2Вт/м (0,3 А/м) - 5,1 А, 122,4 Вт, провід 1,5 мм²
• DC 24V, WS2811, 60 LED/M, 14.4Вт/м (0,6 А/м) - 10,2 А, 245 Вт, провід 3 мм²
• DC 24V, WS2811, 48 LED/M, 11.5Вт/м (0,5 А/м) - 8.5А,  204 Вт, провід 2.5 мм²

Зрозуміло, всі розрахунки зроблені для максимально можливого струму споживання в режимі статичного білого кольору на максимальній яскравості. На практиці швидше за все Ви будете використовувати колірні варіації з використанням динамічних режимів і меншою яскравістю, але вибір проводки для шини живлення дуже важливий не тільки для якісної роботи проекту, але і для Вашої безпеки, так як проводи з недостатнім калібром можуть сильно грітися, що може викликати оплавлення ізоляції. Також це призведе до значущного падіння напруги в кінці дроту, в результаті чого колір світлодіодів в кінці стрічки відрізнятиметься від кольору на початку або вся стрічка не буде працювати. Поставтеся до вибору дроту відповідально.

В якості дати кабелю використовуйте коаксіальний кабель, центральну жилу підключіть з одного боку до виходу інформаційного каналу контролера, а з іншого боку до контакту світлодіодної стрічки DIN. Не забувайте, що адресні світлодіодні стрічки мають напрямок, на кожному сегменті є вхід, який зазвичай позначається Din(DI) і вихід позначається DOut (DO). Вихід попередньої льони завжди з'єднується з наступним входом.

Вибір джерела живлення, місця встановлення та типу сенсорів.

Розрахунок джерела живлення, як описувалося в попередніх частинах, здійснюється за загальною потужністю всієї довжини світлодіодної стрічки плюс запас потужності не менше 20%, після чого вибирається джерело живлення відповідної стрічки напруги з розрахунковою потужністю з найближчого доступного номіналу в асортименті. Вибір місця встановлення сенсора та його типу також докладно описаний раніше і не відрізняється для сходів з використанням адресної світлодіодної стрічки.

Вибір контролера для керування адресною світлодіодною стрічкою встановленою на сходах.

Наше підприємство розробило та пропонує Вашій увазі компактний контролер для підсвічування сходів адресною світлодіодною стрічкою. Це контролер SmartStairway SS-281x Wi-Fi. Контролер має вбудований модуль Wi-Fi, він може створювати власну точку доступу для підключення до його вбудованого WEB-сервера для налаштувань. або він може автоматично підключатися до домашньої мережі автоматично за допомогою статичної адреси або DHCP. За допомогою підключення до WEB-сервера контролера Ви зможете задати необхідну кількість сходинок, кількість пікселів для кожної з сходинок, ефект включення, колір, яскравість, швидкість. Також ефект режиму очікування (коли на сходах немає людей), колір, яскравість динаміку. Контролер дозволяє використовувати адаптивний режим яскравості, коли в залежності від яскравості в приміщенні буде знижуватися яскравість світлодіодів, щоб не викликати засліплення, Ви самі задаєте максимальний і мінімальний порог адаптивної яскравості на власний смак, докладніше читайте на сторінці товару і дивіться у відео нижче.

Установка світлодіодної стрічки на сходах.

Перед встановленням світлодіодних стрічок необхідно підготувати місця встановлення стрічки. Якщо Ви встановлюєте стрічки під сходинкою в паз, дуже зручно використовувати алюмінієві профілі з матовим молочно-білим розсіювачем. Перед вклеюванням світлодіодних стрічок у профіль, поверхню профілю слід знежирити і бажано пофарбувати або проклеювати ізоляційним матеріалом, так як світлодіодні стрічки зі зворотного боку мають точки спайки і тонкий шар двостороннього шару, який легко ушкоджується при вклеюванні стрічки в профіль або при нагріванні в процесі експлуатації, профілю та викликати тим самим пошкодження обладнання та самих світлодіодних стрічок. Поставтеся уважно до цього моменту. На кінці світлодіодних стрічок з боку підпаювання проводів і з протилежного боку обов'язково ізолюйте за допомогою термозбіжної трубки. Це необхідно для того, щоб виключити замикання на металеву поверхню алюмінієвого профілю місць паяння та розрізу світлодіодної стрічки. Точки паяння обов'язково перед ізоляцією ретельно відмивайте від флюсу (навіть каніфольного), тому що будь-який флюс (крім деяких безвідмивальних) з часом насичуються атмосферною вологою, кородують і викликають замикання та руйнування припою.

Порядок встановлення світлодіодних стрічок у металевий профіль для світлодіодних стрічок.

1. Припаяйте дроти до світлодіодної стрічки. 2. Відмийте флюс за допомогою спирту або рідини для відмивання. 3. Ізолюйте кінці світлодіодної стрічки за допомогою термоусадкової трубки. 4. Знежирити внутрішню поверхню алюмінієвого профілю та проклейте ізоляційною стрічкою. 5. Вклейте світлодіодну стрічку у профіль.

Далі слід прокласти шину живлення від першої до останньої сходинки, оскільки сила струму при такому варіанті підсвічування сходів може бути дуже великою, дотримуйтесь розрахункових значень площі перерізу проводів згідно з нашими розрахунками вище. Підключіть світлодіодні стрічки кожної сходинки до шин живлення, дотримуючись полярності. Потім прокладіть інформаційний канал для світлодіодних стрічок, намагайтеся забезпечити мінімальну довжину цих проводів, не прокладайте їх поруч із проводами живлення, використовуйте коаксіальний провід. Майте на увазі, що адресні світлодіодні стрічки мають напрямок, тобто. вхід DI та вихід DO. Будьте особливо уважні, не допускайте замикання в точках підключення з проводами живлення, так як це викличе пошкодження всієї світлодіодної стрічки, тому що адресні світлодіоди дуже вимогливі до напруги живлення і включення 5В світлодіодів в лінію 12 або 24В обов'язково знищить їх все і може пошкодити. Схема встановлення обладнання на сходи показана на схемі нижче.

Налаштування та введення в експлуатацію.

Після того, як все обладнання змонтовано настійно, рекомендуємо за допомогою мультиметра продзвонити всі точки паяння та підключення, переконатися, що немає замикань і обривів і все підключено правильно. Якщо виявлено помилки - усуньте їх. Після цього можна вмикати живлення системи та переходити до налаштування. При першому увімкненні контролер після увімкнення перейде в режим роботи як точка доступу. Ви можете підключитися до нього через Wi-Fi Ви можете підключитися до неї за допомогою смартфона або ПК. Як правило, контролер буде мати IP адресу 192.168.1.4 або web-адресу www.smartstairway.com, перехід на веб-адресу можливий, тільки якщо Ваш смартфон або ПК не підключені до інших мереж і не мають доступу до інтернету. На WEB-сторінці налаштувань контролера Вам необхідно вибрати тип світлодіодної стрічки, який Ви використовуєте, вказати який тип сенсорів Ви використовуєте, якщо використовуються ультразвукові сенсори - вказати дистанцію спрацьовування. Вказати кількість сходів та кількість пікселів для кожної з них. Зберегти налаштування та перезапустити контролер шляхом вимикання та ввімкнення живлення. Інші налаштування можна виконати пізніше, оскільки для перевірки та запуску системи цих налаштувань вже достатньо. Детально підключення, налаштування та багато іншого детально описано на сторінці товару та в посібнику користувача, доступного для скачування на сторінці товару. Якщо в процесі налаштування Ви задали підключення до локальної мережі або роутера, то після увімкнення живлення контролер автоматично намагатиметься підключитися до роутера, якщо при цьому підключення не вдасться, він після кількох спроб перейде в режим точки доступу. Це важливо розуміти для того, щоб у випадку якщо Ви вирішили задати IP адреси своєї мережі вручну, замість використання DHCP, то може статися ситуація, коли контролер успішно підключається до роутера, проходить перевірку пароля, але Ви не зможете підключитися до контролера через неправильно вказаний IP або маску мережі. У цьому випадку Вам потрібно просто відключити роутер, щоб контролер не міг підключитися до нього. Увімкнути контролер і дочекатися, поки він не перейде в режим точки доступу, після чого підключитися до нього зі свого смартфона або ПК і виправити помилку.