Как создать подсветку ступеней лестницы своими руками.
Варианты и способы подсветки лестниц.
Создание автоматического освещения лестниц давно стала интересной задачей для многих дизайнеров и электриков. Всего пару десятков лет назад лестницы с последовательно включающимися ступеньками при заходе на неё были возможны только в фантастических художественных фильмах. С появлением светодиодных лент эта задача уже не стала казаться фантастической, но оставалась задача организовать плавное последовательное включение каждой ступеньки друг за другом при входе на лестницу, при этом нужно учитывать направление входа. Именно решению этой задачи мы посвятили последние 15 лет. Наша компания как один из пионеров на рынке первой разработала и внедрила в серийное производство просты и доступные контроллеры для решения этой задачи. И не смотря на доступность микропроцессоров сейчас на рынке для большей части контроллеров представленных на рынке даже сейчас остается недостижимым именно плавное включение каждой последующей ступеньки. Большинство контроллеров на рынке по прежнему просто включают или выключают нужный канал. Почему? Всё просто: большинство микроконтроллеров не имеют нужное количество выходов с поддержкой ШИМ и диммирование отдельных каналов просто не возможно. Наша компания разработала и реализовала метод диммирования методом бинарной модуляции, позволяя плавно зажигать и тушить светодиоды каждой ступеньки. В начале 2017 года одна компания из Китая приобрела у нас несколько контроллеров, после чего на рынке появились китайские контроллеры для лестничной подсветки, но так как чипа микропроцессора имеет защиту от считывания они так и не смогли декодировать наш код и скопировали его как есть. Включая несколько ошибок, которые присутствовали на тот момент. Не имея исходного кода они не могут устранить ошибки и довести контроллер до идеального как у нас.
Сегодня мы расскажем какие варианты подсветки лестниц можно создать, как это рассчитать и как реализовать, какие материалы и оборудование Вам понадобятся.
Варианты подсветки лестниц:
- Подсветка каждой ступеньки монохромной (одноцветной) светодиодной лентой . Часть 1 этого материала.
- Подсветка каждой ступеньки аналоговой мультицветной RGB лентой. Часть 2 материала.
- Подсветка каждой ступеньки адресной цветной ARGB светодиодной лентой. Часть 3 материала.
- Подсветка ступеней при помощи светодиодных светильников вмонтированных в стену. Часть 1 материала.
- Подсветка лестницы при помощи адресной светодиодной ленты проложенной параллельльно лестницы в стене, в перилах и т.п.. Часть 4 материала.
Какой вариант подходит именно Вам - решать Вам.
Подсветка каждой ступеньки монохромной (одноцветной) светодиодной лентой
![]()
Первый и самый распространенный вариант это установка монохромной светодиодной ленты в паз под каждой ступенькой по всей её длине. Для реализации этого варианта подсветки используется как правило монохромная (одноцветная) светодиодная лента. Отрезок ленты для каждой ступеньки подключается к соответствующему каналу контроллера. На входе и выходе на лестничный пролет устанавливается сенсор, который инициирует включение этих отрезков в заданном направлении.
На этом этапе Вам предстоит определится с выбором светодиодной ленты, типа и места установки сенсоров, расчета необходимой мощности источника питания, выборе контроллера для управления светодиодной подсветкой ступеней лестниц. Разберем все по порядку.
1. Выбор светодиодной ленты.
Как известно монохромные светодиодные ленты как правило все не плохо поддерживают диммирование при помощи ШИМ (широтно импульсной модуляции) о чем обычно свидетельствует надпись на них. Но в последнее время на рынке встречается огромное количество дешевых (иногда дешевые продают дорого выдавая за качественные) светодиодных лент китайского производства, собранных из светодиодов низкого качества, которые могут не поддерживать димирования ШИМ и при этом заметно мерцать. Это связанно с тем, что ШИМ диммирование реализовано путем изменения частоты включения/выключения светодиодов с определенной частотой (как правило не ниже 50Гц) при этом чем меньше частота, тем слабее светится светодиод, визуально человеческий глаз воспринимает это как снижение яркости, хотя на самом деле яркость не изменена, изменяется только частота включения/выключения. Это необходимо так как у светодиода нельзя изменить "накал спирали" как у старых ламп накаливания, при подачи на них необходимого напряжения и силы тока светодиод просто включается. Вариант с изменением яркости путем изменения силы тока для светодиода не желателен, так как это может влиять на его срок службы. Поэтому для светодиодов используется ШИМ. Дешевые светодиоды не в состоянии обеспечить нужную частоту, поэтому возникает заметное глазу мерцание из=за пропуска светодиодом скважности ШИМ.
При выборе светодиодной ленты Вам следует учесть, что подсветка будет включаться для Вас в темном помещении. При этом человеческий глаз в темноте адаптируется к низкому уровню освещения, включение слишком ярких ступенек может вызвать ослепление или не приятные ощущения и стать причиной травмы, если ослепление происходит на лестнице. Общий уровень яркости ступеней лестницы не должен вызывать ослепление. Все эти параметры регламентированы ГОСТами и международными стандартами. Для рассеянного не прямого освещения яркость не должна превышать 550Лм на метр погонный. Этим параметрам удовлетворяет светодиодная лента на базе светодиодов SMD3528 с плотностью 60 светодиодов на метр. Обычно такие ленты имеют яркость 470-510Лм на метр в зависимости от температуры цвета и производителя. Теплые оттенки имеют меньшую силу светового потока, холодные более интесивную и могут быть не комфортными в темноте. Оптимально использовать теплые или нейтральные тона. Но тут следует учесть цвет Ваших ступенек, так как в результате смешивания цвета оттенки могут изменяться и черные ступени лучше освещать нейтральным или холодным светом.
Как известно согласно закону Ома, чем больше напряжение, тем ниже сила тока. А что это значит при проектировании лестничного освещения? Экономия и риски. Например Вы ша светодиодная лента на базе светодиодов SMD3528 требует питание каждого светодиода 3.2В и сила тока для каждого светодиода при этом 20 мА. Тогда 60 светодиодов требуют ток силой 1.2А. Если светодиоды собрать в серию из последовательно соединенные 3-х светодиодов, то для их питания понадобится напряжение 9.6В и сила тока на сегмент из 3-х диодов составит 20мА и тогда 60 светодиодов будут потреблять ток 400 мА (0,4А). Так как обычно для таких лент используется напряжение 12В, то в схему включается разграничительный резистор. Если соединить 6 светодиодов последовательно, то напряжение питания понадобится 19.2В, а сила тока при этом для группы из 6 светодиодов будет всё те же 20мА, и на 60 светодиодов понадобится сила тока 0,2А (200мА). На практике снижение силы тока позволяет экономить на площади сечения проводов для подключения светодиодных лент. Например если Ваш провод из меди имеет длину 10 м, то воспользовавшись формулой
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%).
Подставив значения в формулу мы получим следующие результаты:
- Для 5 В и 1,2 А: 4 мм².
- Для 12 В и 0,4 А: 0,5 мм² (рекомендуется 0,75 мм²).
- Для 24 В и 0,2 А: 0,25 мм² (рекомендуется 0,5 мм²).
Если учесть, что для всех ступенек Вам понадобится довольно много проводов, то получится весьма существенная экономия не только средств но и пространства, куда Вам придется укладывать все эти провода.
Что касается рисков, они связанны с ошибками при подключении, и возникновением индукционных наводок в проводах. Например контроллер для подсветки ступеней лестниц SmartStairway SS-26 LCD Pro начиная с версии 4, практически полностью исключает повреждение контроллера в результате неправильного подключения или возникновения индукционных наводок в проводах сенсоров, так как кроме защиты от электростатического разряда имеет защиту и от перенапряжения по всем цифровым входам. Но другие контроллеры не обладают защитой в такой мере. Поэтому если Вы случайно перепутаете провода и длительно подадите высокое напряжение на цифровой вход контроллера - контроллер сгорит. Если в результате неправильной прокладки проводов питания светодиодных лент и проводов сенсоров у Вас возникнет индукционный ток в проводах данных (а при напряжении питания 24В и смотанных в катушку излишках проводов питания и проводов сенсоров Вы можете создать "повышающий трансформатор" с первичной и вторичной обмоткой, которой выступит провод данных сенсора, в котором может возникать напряжение в несколько сотен вольт) Поэтому более низкое напряжение снижает риски повреждения контроллеров при неумелом подключении и прокладке кабелей.
Поэтому лучше всё же выбрать золотую середину и воспользоваться 12-ти вольтовыми лентами с минимальной мощностью. Обратите внимание, что контроллеры SmartStairway SS-26 и SmartStairway SS-26 LCD имеют ограничение по силе тока на один канал (одну ступеньку) не более 0,4А. Поэтому для 12В светодиодной ленты SMD3528 60LED/m имеющей силу тока 0,4А на метр при мощность 4.8Вт/м на 1 ступеньку можно подлключить не более 1 м такой ленты. Не забывайте учитывать длину ленты на каждую ступеньку, если у Вас ширина лестницы 1м, но есть угловые ступеньки, то длина светодиодной ленты на них будет очевидно больше и это следует учитывать. Если длина ленты превышает указанные ограничения по току, то следует выбрать светодиодные ленты 24В, так как при той же мощности сила тока будет в 2 раза меньше, соответственно Вы сможете подключить уже до 2 метров такой ленты на канал. Или используйте дополнительно усилитель мощности для систем подсветки лестниц SmartStairway APS-21, а еще лучше выберите контроллер SmartStairway SS-26 LCD Pro позволяющий подключать нагрузку до 4А на ступеньку, что в 10 раз больше двух предыдущих и гарантированно удовлетворит Ваши потребности.
2. Расчет и выбор источника питания.
Качество источника питания. Блок питания это не менее важный компонент Вашей подсветки лестницы. Низкокачественные импульсные источники питания как правило не имеют защиты от короткого замыкания и перенагрузки, тем более не имеют фильтров питания и выдают весьма сомнительные импульсы на выходе (высокий уровень пульсаций) и имеют большое количество помех. Помехи не особо критичны для монохромных аналоговых светодиодных лент, но могут стать фатальными для адресных светодиодных лент ARGB и сделать весь проект не работоспособным, вызывая вспышки, артефакты и полную не работоспособность таких лент. В нашем же случае рассматриваемого варианта подсветки лестниц это может проявляться мерцанием светодиодов при использовании диммирования на малых яркостях вплоть до полной не пригодности к использованию. Из недорогих источников питания китайского производства себя достаточно не плохо зарекомендовали источники питания MeanWell, но и тут нужно быть внимательным и не купить подделку, так как любой востребованный товар всегда подвергается риску фальсификаций.
Расчет мощности. При расчете мощности Вам нужно сложить общую мощность всей Вашей светодиодной ленты и добавить к полученому значению запас мощности не менее 20%. После чего выбрать ближайший больший по мощности источник питания из имеющегося ассортимента. Рассмотрим на примере лестницы с 21 ступенькой шириной 1м , на которой мы установим светодиодную ленту SMD3528 DC12V 60LED/m (300 LED в рулоне 5 м). Всего мы используем 21 метр светодиодной ленты, согласно спецификации этой светодиодной ленты (обычно указанно на упаковке) потребляемая мощность этой ленты составляет 4.8 Вт/м. Не сложно посчитать и силу тока, если она не указана, нужно мощность разделить на напряжение питания 4.8Вт/12В=0,4А на 1 метр. Тогда для 21 метра ленты нам потребуется мощность 21 м * 4.8 Вт = 100.8Вт или 8.4А. Прибавим 20% (не менее 15% для качественных источников питания) запаса и получим 120.96Вт. В данном случае мы практически попали в существующий номинал имеющегося ассортимента и можем использовать источник питания 120Вт (10А) или выбрать больший, например 150Вт.
3. Выбор сенсоров.
Наверное одна из самых сложных задач это выбор сенсоров. При выборе сенсоров следует учитывать место их установки, наличие перил и материал из которого они изготовлены, проходные зоны в поле зрения сенсоров, тип самого сенсора и свойства характерные для данного типа сенсоров. Существует несколько типов сенсоров:
- Пироэлектрические сенсоры
- Инфракрасные сенсоры
- Ультразвуковые сенсоры
- Лазерные сенсоры.
Пироэлектрические сенсоры нашего производства имеют ограниченный до 45 градусов угол поля зрения (обычно эти сенсоры имеют угол обзора около 180 град.) и способны выявлять движение объектов которые теплее окружающего пространства на 10-15 градусов Цельсия на расстоянии 5-7 метров. Для сенсоров этого типа не прозрачно силикатное стекло. Что это значит? Это означает, что если Вы установите этот сенсор на стене, так, что бы он смотрел в сторону лестницы, а за лестницей есть проходные зоны, где есть движение людей, то сенсор будет включать свет на лестнице каждый раз, когда увидит движение. Но если лестница ограничена перилами из силикатного стекла или другого материала не прозрачного для ИК лучей, то всё будет работать корректно. Наилучший вариант для сенсоров этого типа, это когда сенсор установлен так, что бы он видел противоположную стену или лестница была ограничена с другой стороны не прозрачным для ИК лучей материалом. Если лестница не имеет перил и сенсор смотрит в проходную зону, то лучше выбрать другой тип сенсора. На этом рисунке Вы видите, что установленный в указанном месте сенсор будет вызывать включение каждый раз, когда увидит движение теплого объекта в обозначенной желтым зоне. При этом обратите внимание, что сенсору нет разницы, живой ли это предмет или просто теплые массы воздуха движущиеся от теплого пола или отопительного прибора. Сенсор не имеет возможности определять, что именно движется в обозначенной зоне. Поэтому в данном примере пироэлектрический сенсор очевидно не подходит.
Где же идеально подойдет пироэлектрический сенсор? Ниже Вы видите примеры подходящих Вариантов установки этого сенсора. Это места, где зона действия сенсора ограничена стеной, перилами или другой не прозрачной для ИК лучей поверхностью. Пожалуйста не забывайте, что в состоянии покоя сенсор на сигнальном проводе имеет низкий сигнал или логический ноль. При достаточно длинном проводе, особенно если он проложен рядом с проводами питания светодиодных лент, провод выступает в качестве антенны, в которой могут возникать индукционные токи, которые могут вызывать ошибочные включения подсветки лестницы при достижении напряжения выше 1В, т.е возникновении логической единицы. Не смотря на то, что входы контроллера подтянуты к земле через резистор 22кОм, индукционные токи могут быть достаточно сильными, что бы контроллер воспринимал их как логическую единицу. Поэтому используйте экранированные сигнальные провода. Или провод UTP. Экран провода обязательно заземляйте или зануляйте на землю источника питания.
Этот тип сенсора имеет инфракрасный излучатель и инфракрасный приемник. В отличие от пироэлектрического сенсора всё время пока в зоне видимости сенсора нет препятствия он подает высокий сигнал (логическую единицу) на цифровой вход контроллера. В случае возникновения препятствия в зоне видимости сенсора, сенсор подтягивается к нулю и на вход контроллера подается низкий сигнал (логический ноль). Таки образом наличие индуктивных наводок в проводах сенсоров и прочие помехи не имеют никакого значения, так как при отсутствии препятствия на вход подается высокий сигнал и помехи не важны. При подтягивании к нулю в случае срабатывания сенсора все помехи также будут подтянуты к нулю и контроллер корректно обработает срабатывание. Инфракрасные сенсоры имеют многооборотный подстроечный резистор с обратной стороны корпуса и индикаторный светодиод, позволяющие настроить дистанцию срабатывания от 3 до 80 см. Как и все остальным сенсорам им свойственны определенные недостатки, например он может не корректно работать с поверхностями поглощающими инфракрасное излучение и чувствительны к уровню освещенности, при ярком свете они могут не срабатывать на больших дистанциях от 30 см и дальше. Следует учитывать это при выборе этого типа сенсора. Также если Ваша лестница имеет несколько пролетов и Вы планируете расположить сенсоры друг напротив друга, то это крайне не желательно и может вызвать ошибочную работу сенсоров. Где можно использовать сенсоры? В любом месте, где нет яркого света и Вам нужно, что бы сенсор включал свет если в зоне его видимости на расстоянии 75 или менее сантиметров появилось светоотражающее препятствие. Имейте в виду, что угол обнаружения сенсора составляет около 15-20 градусов, поэтому его не следует устанавливать слишком близко от поверхносте в боковых плоскостях. т.е над полом или от ступеньки не ближе 20 см. Так как инфракрасный сенсор не критичен к индукционным наводкам, он не требователен и к экранированным проводам, что является безусловным плюсом, если у Вас уже проложен обычный провод.
Ультразвуковой сенсор, как и инфракрасный предназначен для измерения расстояния до препятствия и сравнивания его с установленным Вами значением. Если расстояние стало меньше указанного значения - контроллер включит свет. Принцип действия ультразвуковых дальномеров основан на отражении звуковой волны. Сенсор имеет излучатель ультразвука и приемник. Встречая поверхность звук отражается и возвращается обратно. Т.к. скорость звука известна при заданном атмосферном давлении и температуре, не сложно рассчитать расстояние до предмета. При этом технологически данный тип сенсоров не может определять расстояние до поверхностей из звукопоглощающих материалов, если поверхности имеют сложную форму, отражая звук под разными углами создавая искажение отражения. Поэтому при выборе места установки следует учитывать расстояние до боковых поверхностей, ступенек и пола. Сенсор рекомендуется устанавливать ни ближе 50 см. Т.к. отраженный от пола звук или от торца ступеньки может искажать данные и вызывая ложные срабатывания.
На видео ниже показано пример работы ультразвукового сенсора.
учитывайте эту особенность при выборе места установки сенсора. Также следует учесть, что для подключения ультразвуковых сенсоров следует использовать 4-х проводной экранированный провод длиной не более 8 метров, так как эти сенсоры являются высокочастотными устройствами требовательными к качеству и длине проводки. Настройки расстояния срабатывания производятся на дисплее контроллера. Вы просто указываете расстояние в сантиметрах для верхнего и нижнего сенсоров соответственно. Младшая версия контроллера SmartStairway SS-26 также поддерживает ультразвуковые сенсоры, но настройка расстояния срабатывания осуществляется установкой препятствия на нужном расстоянии напротив верхнего и нижнего сенсора одновременно и нажатием соответствующей кнопки в одном из пунктов меню настроек. При этом контроллер измеряет расстояние до препятствия и записывает его в память. Это не очень интуитивно понятно и несколько сложно для некоторых покупателей. Поэтому для использования этих сенсоров мы рекомендуем Вам выбрать старшие модели с дисплеем.
Также мы предлагаем прецезионный ультразвуковой сенсор в миниатюрном влагозащищенном корпусе SmartStairway US-SR042 Mini. Этот сенсор позволяет измерять расстояние от 25 до 150 см, что очень удобно при установке в торец ступеньки или в сложных местах, где рядом расположены другие поверхности или ступеньки. Он имеет миниатюрные размеры и может быть установлен в отверстие диаметром 20мм. Сенсор состоит из самого ультразвукового модуля в герметичном корпусе, согласующего RX/TX модуля. Звукоизлучающий модуль уже имеет провод длиной 2.5 метра и таким образом позволяет увеличить дальность установки более 10 метров от контроллера.
Также этот сенсор может быть использован для подсветки наружной лестницы так как имеет класс защиты IP67.
-
Лазерный дальномер.
Лазерный дальномер является сенсором измеряющим расстояние при помощи лазерного луча, как и инфракрасный или ультразвуковой сенсор он имеет встроенный лазерный излучатель и приемник отраженного сигнала. Основное его достоинство - миниатюрные размеры. Он имеет размер 1.2х3.5 мм. Вы наверняка знакомы с этими датчиками, они широко используются в датчиках приближения в современных смартфонах. Данный сенсор у нас используется только в модели контроллера для подсветки лестниц и коридоров адресной светодиодной лентой ARGB, SmartStairway SL-281X Wi-Fi ARGB. Этот датчик уже встроен в корпус контроллера. Сам контроллер тоже имеет миниатюрные размеры и выполнен в корпусе из профиля для светодиодных лент. Сейчас мы не будем рассматривать этот датчик и контроллер так ,как его обзор Вы найдете в 4-й части.
Светодиодная подсветка лестницы с помощью фонарей встроенных в последовательно включаемую стену.
Здесь все так же как и с подсветкой ступенек, но с отменой выбора светодиодных фонарей вместо лент. Это очень простая задача, которая почему-то вызывает множество сложностей у наших клиентов. Давайте попробуем пробраться.
Какие фонари есть на рынке и чем они отличаются.
- Светодиодные фонари рассчитаны на питание от переменного тока 110/240В.
- Светодиодные фонари рассчитаны на питание от источника постоянного тока 12/24В
- Обычная арматура фонарей под лампой накаливания, галогенные или светодиодные лампы.
Больше всего хлопот доставляют фонари на мощных светодиодах с драйвером питания от сети сменного стума 110/240В. Как видно из конструкции фонаря на фото, он имеет несколько мощных светодиодов, как правило по 1Вт или по 3Вт каждый, корпус и драйвер питания. Так же драйвер, так как для светодиодов требуется источник питания стабилизированный по току, а не по напряжению, поэтому если используется светодиоды по 1Вт, то драйвер обеспечивает стабильный ток 300-320мА, а если светодиоды по 3Вт, то ток будет 700мА, при этом напряжение будет зависеть от того, сколько напряжений будет зависеть. Поэтому если вы считали, что можете просто отбросить драйвер и подключить этот фонарь к контроллеру с блоком питания 12 или 24 вольта, то вы ошибаетесь. Фонари и контроллер при этом могут сгореть и вопрос только в том, кто из них сгорит первым. Поэтому если Вы собираетесь использовать такие фонари, то драйвер питания нельзя просто отбросить, его нужно заменить соответствующим драйвером для питания DC12 или DC 24В с соответствующим током для этих светодиодов. Также Вы с большой вероятностью будете иметь проблему с дымом, потому что большинство таких драфверов не поддерживает дымирование и поэтому на малых яркостях фонари могут вообще не работать, а включение будет производиться скачками. Поэтому это не очень хорошая идея использовать такие фонари. Но если все-таки очень нужно и у Вас уже есть такие фонари, то их можно использовать, установив токоограничивающие резисторы большой мощности, или поддерживающие дымирование драйверы соответствующего тока. Если вам это нужно, можете написать нам, указав подробные характеристики и фото ваших фонарей, желательно разобрать 1 фонарь и предоставить фото его содержимого. Чем больше информации, тем более подробная и качественная помощь.
Второй тип это светильники рассчитанные на питание DC 12/24В. Как правило, они используются в автомобилях, мотоциклах и лодках. использовать. Эти фонари как правило уже имеют встроенный драйвер, если это брендовый фонарь, или обычный токо-ограничительный резистор, если это более дешевый вариант.
Третий тип, пожалуй, самый дешевый и самый лучший. Вы выбираете себе арматуру фонаря, который нравится Вам и удовлетворяет по форме и дизайну, не имеет значения есть ли там лампы или их нет вообще, главное чтобы они имели приятный вид, цену и качество, которые Вас удовлетворят. Также Вам следует выбрать светодиодные лампы с соответствующим патроном, напряжением и мощностью. При этом следует обратить внимание на силу тока каждой лампы, чтобы не превышать допустимую силу тока для выбранного Вами контроллера и поддерживает ли она димирование. Не диммируемые лампы (не могут изменять яркость) не будут работать корректно и могут включаться скачками и (или) мерцать.
После того, как выбрали себе фонари и лампы, сосчитайте их общую мощность и перейдите к выбору источника питания и контроллера для лестницы, как описано выше .

Українська (Україна)
Русский (Россия)
English (United Kingdom) 