Проверка на правильную работу светодиода
Мультиметр
Бывают ситуации, когда из строя выходит один конкретный светодиод. Ток через него уже не может течь, в результате чего происходит обрыв последовательного подключения и светодиодная лента не горит. Самым ярким аналогом такой ситуации является елочная гирлянда, которая также перестает гореть при выходе из строя одной лампочки.
Здесь также следует использовать мультиметр. Но он должен иметь для этого специальную функцию — «проверка диодов». Такая функция может иметь отдельное обозначение на корпусе прибора. При использовании данного оборудования в результате пропускания через нужный светодиод напряжения, он может слегка подсвечиваться, если произошло совпадение плюса на выходе мультиметра с анодом на диоде.
Такая проверка предполагает проведение следующих действий:
- если соблюдается полярность, табло измерительного прибора после подключения отобразит на прямом переходе падение напряжения. Нужную цифру можно узнать в сопроводительной документации диода;
- если имела место обратная полярность, то мультиметр покажет единицу. Это будет свидетельствовать о исправности светодиода.
Данный принцип останется неизменным в ситуации оценки работоспособности как одного отдельного светодиода, так и в составе целой системы или ленты.
Следует знать, что этот элемент нужно проверять и в одну, и в другую сторону, чтобы полноценно оценить правильность его работы. Когда светодиод пропускает электричество в обе стороны, то это также свидетельствует о его неисправности.
КАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ
Как мы уже поняли, для питания ленты нужен источник 5 Вольт с достаточным запасом по току, а именно: один цвет одного качественного светодиода на максимальной яркости потребляет 0.02 А (20 мА), соответственно весь светодиод – 0.06 А (60 мА) на максимальной яркости. У китайцев есть “китайские” ленты, которые потребляют меньше и светят тускло. Я всегда закупаюсь в магазине BTF lighting (ссылки в начале статьи), у них ленты качественные. Я понимаю, что порой очень хочется запитать ленту напрямую от Ардуино через USB, либо используя бортовой стабилизатор платы. Так делать нельзя. В первом случае есть риск выгорания защитного диода на плате Arduino (в худшем случае – выгорания USB порта), во втором – синий дым пойдёт из стабилизатора на плате. Если всё-таки очень хочется, есть два варианта:
- Не подключать больше количества светодиодов, при котором ток потребления будет выше 500 мА, а именно 500/60 ~ 8 штук
- Писать код на основе библиотеки FastLED, где можно ограничить ток специальной функцией. НО! В случае отключения пина Din от источника сигнала есть риск случайного включения ленты, и никакие софтварные ограничения не спасут от выгорания железа
Вы наверное спросите: а как тогда прошивать проект с лентой? Ведь судя по первой картинке так подключать нельзя! Оч просто: если прошивка не включает ленту сразу после запуска – прошивайте. Если включает и есть риск перегрузки по току – подключаем внешнее питание на 5V и GND.
Параллельное подключение светодиодов
Здесь у нас всё наоборот. Силу тока нужно умножить на количество светодиодов, а падение напряжения посчитать только 1 раз.
Сила тока: I = 0,025 * 15 =0,375 А
Нам потребуется источник питания, способный выдать максимальный ток в 0,375 А. Округлим до 0,35 (помните, что лучше «недолить»?). По напряжению тоже укладываемся: 12 — 2 = 10. Остаётся с большим запасом.
Пытливый читатель, запнувшийся парой абзацев ранее, может воскликнуть: «Погодите! Так зачем нам 12 вольт, если мы можем обойтись и пятью?». «Можем!» — ответим ему мы. Но не торопитесь с выводами, это ещё не конец.
Мы определились, что светодиоды будут подключены параллельно. Необходимо ограничить ток в цепи. Допустим, специального драйвера у нас нет. Возьмём резистор. Рассчитаем необходимое сопротивление по давно известной формуле: 12 В / 0,35 А ~ 35 Ом. Подключим его между источником питания и анодами светодиодов:
Неправильное параллельное подключение трёх светодиодов
Вот, казалось бы, и всё. Но есть проблема:
ТАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ!!!
Как отмечалось выше, светодиоды не обязательно имеют те характеристики, которые заявлены производителем. Всегда есть разброс. И вот мы задали ток в 0,35 ампер и смотрим на светящуюся линейку светодиодов. Но всем им нужен разный ток. Одному , как мы и рассчитывали 25мА, другому — 20мА, третьему 21мА, а вот нашёлся совсем кривой светодиод, ему нужно всего 15мА. А мы пропускаем через него 25 — почти в 2 раза больше. Светодиод греется и быстро перегорает. В линейке стало на 1 светодиод меньше. Теперь для питания оставшихся светодиодов нам требуется 35мА. Пока всё не выглядит особенно плохо. Мы ограничили ток с запасом. Мы молодцы. Но не выдержал ещё один светодиод. Осталось 13. Теперь весь наш ток делится не на 15, а на 13 светодиодов. На каждый из них приходится по 26мА. Теперь абсолютно все светодиоды работают на повышенном токе. Очень скоро перегреется следующий. Самые стойкие получат уже по 29мА — 116% от номинала. Всего 2 перегоревших светодиода запустили цепную реакцию. Скоро вся линейка перегорит, а вы так и не поймёте почему (ну или поймёте, мы же только что всё разобрали). Собственно, избавиться от такого печального сценария просто. Нужно к каждому светодиоду поставить по собственному токоограничительному резистору. Для тока в 25мА и напряжения 12В нужен резистор на 480 Ом. Это не спасёт от проблемы «кривых» светодиодов, но их перегорание никак не повлияет на остальные.
Достоинства: высочайшая надёжность.Недостатки: высокое потребление тока, высокая стоимость схемы.
Правильное параллельное подключение трёх светодиодов
Параллельное подключение светодиодов — идеальный вариант. Всегда стремитесь к тому, чтобы подключать светодиоды параллельно и ограничивать ток каждого светодиода по отдельности своим резистором. Если вы используете светодиодные драйверы (стабилизаторы тока), то каждому светодиоду нужно подключать свой драйвер. Именно поэтому параллельные схемы с большим количеством светодиодов становятся слишком дорогими. В реальности приходится идти на компромисс и объединять светодиоды в цепочки.
Теоретическая часть
Чтобы получить плавное изменение яркости 3 каналов, нам придется сделать собственный диммер. Сделать его очень просто, достаточно взять силовые переключатели и управлять ими с помощью ШИМ-сигнала. Кроме того, наш диммер должен быть программируемым и/или управляемым извне.
Arduino идеально подходит в качестве “мозга”. Это устройство использует любой алгоритм изменения цвета, который вы можете придумать, и им можно управлять с помощью модулей Arduino, а также дистанционно через Ethernet, ИК-порт и Bluetooth с помощью соответствующих модулей.
Для реализации своего замысла я выбрал Arduino Leonardo. Плата Arduino – одна из самых недорогих, и она содержит много выводов с поддержкой ШИМ.
ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, 11 и 13. Обеспечивает 8-битный ШИМ-выход с помощью функции analogWrite().
Но есть более простой способ! Пригодится этот модуль управления двигателем Arduino. В этом модуле есть все, что нам нужно – он имеет мощные ключи 12В.
Например, “L298N Module Dual H Bridge Stepper Motor Driver Board Modules for Arduino Smart Car FZ0407” является модулем этого типа. Модули этого типа используют микросхему L298N. Для двигателя мостовое переключение полезно (оно может менять направление вращения), но с RGB-лентой оно бесполезно.
Функциональность этой микросхемы будет использоваться только на ее 3 нижних клавишах, подключенных к ленте так, как показано на рисунке.
Светодиодная лента Ардуино — Подключение
Чтобы подключить 12v светодиодную ленту к Arduino, вам понадобится несколько компонентов: ● 12v RGB светодиодная лента(SMD5050); ● 1 x Arduino Uno (любая совместимая плата подойдет); ● 3 x 10 кОм резисторов; ● 3 x логических уровня N-канальных МОП-транзисторов (MOSFET); ● 1 х макет; ● Монтажные провода; ● Блок питания на 12 В.
p, blockquote 9,0,0,0,0 —>
p, blockquote 10,0,0,0,0 —>
Подключение адресной светодиодной ленты к Ардуино
Всякий раз, когда вы управляете прибором с более высоким напряжением, чем у вашего микроконтроллера, вам нужно установить что-нибудь между ними, чтобы избежать поломки или даже возгорания. Один из простых способов сделать это — использовать MOSFET. Передавая сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), вы можете контролировать количество энергии, проходящее между стоками и источником. Пропустив каждый из цветов светодиодной полосы через МОП-транзисторы, вы можете регулировать яркость каждого цвета на светодиодной ленте. При использовании микроконтроллеров не забывайте о компонентах логического уровня для обеспечения стабильной работы. Убедитесь, что ваши МОП-транзисторы являются логическим уровнем, а не стандартным.
p, blockquote 11,0,0,0,0 —>
Настройте свою схему следующим образом:
1. Подключите контакты Arduino 9, 6 и 5 к концам затвора трех МОП-транзисторов и подключите резистор 10 кОм в соответствии с заземлением. 2. Подключите ножки источника к заземлению. 3. Подключите дренажные опоры к разъемам Green, Red и Blue на светодиодной ленте. 4
Подключите шину питания к разъему +12v светодиодной полосы (обратите внимание, что на изображении выше провод питания черный, чтобы соответствовать цветам разъемов на моей светодиодной полосе). 5
Подключите заземление Arduino. 6. Подключите стабилизатор питания 12 В в сеть. Большинство светодиодных полосок имеет разъемы Dupont, к которым легко подключиться. Если у вас нет таких, вам понадобится припаять провода к диодной ленте. Не паникуйте, если вы новичок в пайке — это легкая работа. В интернете есть множество руководств по началу работы с паяльником, с которыми можно ознакомиться, если пайка доставляет вам трудности. Для этого проекта мы будем управлять нашей платой Arduino по USB . Вы можете выбрать питание платы с помощью вывода VIN, но перед этим убедитесь, что вы знаете ограничения мощности для своего устройства.
p, blockquote 12,0,0,0,0 —>
После всех процедур схема и Светодиодная лента Ардуино должна выглядеть примерно так:
p, blockquote 13,0,0,0,0 —>
Теперь, когда вы все связали, пришло время сделать простой код Arduino, чтобы контролировать его.
p, blockquote 14,0,0,0,0 —>
p, blockquote 15,0,0,0,0 —>
Подключение к блоку питания и контроллеру
Сигналы по программируемой ленте передаются от
контроллера с SPI микросхемами по цифровым протоколам
связи. После того, как на первый светодиод пришли 24 бита информации, данный
диод переходит в режим передачи.
Все данные, которые до него доходят, транслируются на
выход, то есть на следующий диод в последовательной цепочке.
Ошибка №2
Если к такой ленте напрямую подключить блок питания, работать она не будет.
В данном случае наличие контроллера обязательно.
В управляемые светодиоды нужно “загрузить” их цвета.
Кроме того, отличается и сам принцип передачи сигнала
между элементами. Если присмотреться, то можно увидеть на каждой умной ленте
стрелочки строго в одном направлении.
Они показывают, что управляющий сигнал будет передаваться
от одного элемента к другому именно в эту сторону, а не наоборот.
Ошибка №3
Встроенные микросхемы боятся переполюсовки!
Поэтому, если вы подключаетесь не через специальные коннекторы, а методом прямой пайки, всегда проверяйте “+” и “-” (GND).
Иначе адресная светодиодная лента у вас при первом же подключении сгорит.
Купить адресную светодиодную ленту
| Адресная светодиодная лент 1m/4m/5m WS2812B 30/60/144 pixels,IP30/IP65/IP67 DC5V | Светодиодная лента DC5V WS2812B 1m/4m/5m 30/60/74/96/144 pixels/leds/m от надежного поставщика | Адресная светодиодная лента DC5V 1m/4m/5m WS2812B |
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.
Управление RGB лентой с помощью контроллера
RGB-контроллер — это один из вариантов устройств, с помощью которых можно осуществить управление лентой. Без него можно смело обойтись, если владельцу не нужен динамичный эффект с бегающими огоньками. Для статичного явления подойдет светодиодная полоска без контроллера.
Что делает регулятор:
- смешивая 3 основные цвета — красный, зеленый, синий — получает новые оттенки;
- увеличивает или уменьшает яркость;
- включает и выключает устройство;
- некоторые модели позволяют хозяину самому создать программу свечения: светодиоды будут загораться и потухать с определенной периодичностью, заданные цвета станут переливаться с той скоростью, которую установит владелец.
Какие бывают контроллеры?
Задумав купить регулятор, вы должны сначала определиться с точными параметрами, которые будут у будущего аппарата. Если приобрести неподходящий прибор, в лучшем случае он просто не заработает, а в худшем — выведет из строя целую ленту.
Есть несколько классификаций, соединив воедино которые, человек получит идеальный портрет необходимого контроллера.
Регуляторы различаются по:
- способу управления;
- прошивке программы;
- выходной мощности — самое главное.
Также можно разделить аппараты на кнопочные и сенсорные. Выбрать встроенную программу можно при первом включении контроллера, некоторые модели предлагают хозяину самому создать режим переливания.
Подробнее о всех видах контроллеров читайте здесь
Управление RGB лентой — способы.
Без пульта ДУ;
Такие устройства отличаются крайне простым управлением и компактностью. Настраивается прибор только при первом включении. Дальше устройство работает на отрегулированных параметрах: уровне свечения, интенсивности светового потока, спектре цветов и программе переливания. Если владельцу не нужно часто перенастраивать полоску, ему можно обойтись контроллером без пульта управления.
Радио пульт;
Сигнал подается на расстоянии в 100 метров. Лента откликнется даже на команду, которая исходит из другой комнаты за закрытой дверью, так как сигнал проходит через стены, в отличие от инфракрасного луча.
ИК-пульт;
Управление на расстоянии до 10 метров проводится благодаря инфракрасному датчику при условии, что датчик не перегорожен посторонними объектами. У этих моделей есть множество функций, возможности которых доходят до управления каждым светодиодом. Пульты с инфракрасным датчиком в среднем дешевле других вариантов и, стоит заметить, очень распространены. Поэтому, потеряв или сломав свой аппарат, вы можете приобрести точно такой же в любом магазине или на радио рынке.
Wi-Fi;
Выполняет те же функции, что и прошлые аналоги. Отличие состоит в способе управления. Управление RGB лентой можно осуществлять с телефона, планшета, стационарного компьютера либо ноутбука. Производители предлагают установить специальные приложения на iOS или Android, с помощью которых можно отрегулировать оттенок каждого светодиода и периодичность переливания.
Звуковой;
Устройство реагирует на воспроизводимые звуки в полуавтоматическом режиме. При первой настройке прибора можно установить определенные шумы, на которые будет реагировать контроллер. Это может быть хлопок, стук, щелчок и так далее. Такими сигналами можно включать и выключать ленту. Также полоска может реагировать на ритм и темп, создавая эффект цветомузыки.
Подробнее о всех видах контролеров для управления RGB лентой здесь
Кнопочные и сенсорные
Пульты с кнопками — самый распространенный вид управления, появившийся на рынке еще десятки лет назад. Основное различие между кнопочными и сенсорными пультами заключается в привычности и более простой эксплуатации кнопочных приборов. Программа освещения устанавливается одной клавишей.
С помощью сенсорного кольца определяется нужный режим и цвет свечения. Хоть кнопочные регуляторы и привычнее для большинства старшего поколения, сейчас везде используются сенсорные технологии. Поэтому преимуществом будет комфортность использования, а недостаток — высокая цена по сравнению с аналогами.
Виды управления светодиодной лентой
Итак, управление светодиодными лентами позволяет легко и просто менять яркость и цветовую палитру в соответствии с временем суток и собственным настроением. Познакомимся с основными видами LED-управления, которые используют производители светотехнической продукции.
Диммеры
Если Вы захотите регулировать яркость свечения лед-ленты с белым или любым другим одноцветным свечением, то вам понадобится диммер. Это устройство плавно меняет интенсивность светового потока в широких пределах, отключает и включает источник освещения.
Диммер выбирается по мощности, которая должна соответствовать мощности подключенной нагрузки. Физически прибор включается в электрическую цепь между блоком питания и лед-лентой.
Схемное решение светорегулятора реализовано на цифровых микросхемах и технологии ШИМ (широтно-импульсной модуляции). ШИМ является оптимальным вариантом для регулировки тока, подаваемого на светодиодную ленту. Импульсный способ изменения тока на определенной частоте исключает эффект мерцания, характерный для дешевых светорегуляторов.
Контроллеры
Контроллеры служат для управления RGB-лентой, выполненной на многокристальных светодиодах с различным количеством и сочетанием кристаллов. При помощи RGB-контроллера можно выбрать любой необходимый цвет или микшировать цветовые комбинации, получая тысячи разнообразных оттенков.
И это еще не все. Контроллер также выполняет функцию регулирования яркости, скорости и плавности смены цветового потока. Можно выбрать одну из встроенных программ по созданию интересных световых спецэффектов.
Принцип работы основан на ШИМ-технологии, состоящей в подаче к нагрузке управляющих сигналов, представляющих собой импульсную последовательность заданной частоты.
Если перестала работать одноцветная LED-лента
Наибольшим потребительским спросом пользуются ленты одного цвета свечения с питанием от источника постоянного тока 12 В. Неисправности, с которыми приходится сталкиваться при их эксплуатации, можно разделить на 4 группы:
- Не включается.
- Светит, но тускло.
- Мерцает.
- Один из вышеперечисленных симптомов проявляется на отдельном участке ленты.
1) Если светодиодная лента не горит сразу после сборки всей системы, то необходимо убедиться в целостности электрической цепи. Для этого сначала проверяют, соблюдена ли полярность подключения: красный провод с выхода блока питания (БП) должен идти на «+», а чёрный на «–» ленты. Если всё правильно, то при включенном БП нужно слегка продёрнуть все соединительные провода и ещё раз убедиться в надёжности контакта в местах пайки
При наличии коннекторов им стоит уделить особое внимание. Отсутствие надёжного контакта под защёлкой коннектора – частая причина того, что светодиоды не светятся сразу после включения. Вторым шагом на пути поиска неисправности должна стать проверка работоспособности блока питания
С помощью мультиметра (вольтметра) на его выходных клеммах проверяют наличие постоянного напряжения +12 В. Если показания измерительного прибора более чем на 10% отличаются от 12 В, то, вероятнее всего, неисправен БП. При отсутствии под рукой вольтметра проверить напряжение на выходе БП можно с помощью автомобильной лампочки
Вторым шагом на пути поиска неисправности должна стать проверка работоспособности блока питания. С помощью мультиметра (вольтметра) на его выходных клеммах проверяют наличие постоянного напряжения +12 В. Если показания измерительного прибора более чем на 10% отличаются от 12 В, то, вероятнее всего, неисправен БП. При отсутствии под рукой вольтметра проверить напряжение на выходе БП можно с помощью автомобильной лампочки.
Редко, но все-таки случается, что с поломкой БП перегорает и светодиодная лента. Поэтому быть уверенным, что она засветится с новым БП, нельзя. Но можно сделать диагностику: взять батарейку на 9 или 12 вольт и ненадолго подключить её к ленте, соблюдая полярность. Светодиоды должны вспыхнуть, хотя и не на полную яркость.
2) Тусклое свечение светодиодов может проявляться по одной из двух причин:
- Напряжение на выходе БП меньше 10 В, в результате чего светодиодная лента не горит в полную мощность.
- Потеря яркости светодиода, вызванная перегревом излучающего кристалла. В свою очередь, перегрев кристалла может быть вызван нарушением условий эксплуатации (отсутствие радиатора или завышенное напряжение питания), низким качеством установленных светодиодов.
3) Причиной того, что LED-лента то горит, то не горит по всей длине, является плохой контакт в цепи питания.
4) Любую ленту можно условно разделить на участки из трёх светодиодов и резистора, включённых последовательно и работающих от +12 В. Все участки между собой подключены параллельно, то есть электрически не зависят друг от друга. Отсюда следует, что неисправность на одном участке (выход из строя светодиода, резистора, нарушение контакта, микротрещина на печатном проводнике) не повлияет на работу остальной части LED-ленты. Светиться перестанут только 3 светодиода.
В последнее время в продаже появились LED-ленты и LED-линейки, подключаемые напрямую к сети 220 В. В них примитивный источник питания запаян на одном из концов. Надёжность такой сборки низкая. Поэтому если светодиодная лента на 220 вольт не горит после очередного включения, то её ремонт вряд ли возможен.
Руководство по выбору светодиодных лент к Arduino.
При покупке светодиодных лент есть несколько вещей, которые следует учитывать. Во-первых, это функциональность. Если вы планируете использовать устройства в основном для окружающего освещения, то правильным выбором станет простая диодная полоса 12 В RGB (SMD5050). Многие приборы поставляются с инфракрасным пультом для управления ими, хотя в этом проекте мы будем использовать Arduino. Потратьте немного времени на покупки. На момент написания статьи метр ленты можно было купить всего за 1 доллар. Если вы хотите что-то более высокотехнологичное, рассмотрите SPI RGB ленту.
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
Эти полосы, иногда называемые Neopixels, имеют интегрированные чипсеты, которые позволяют им управлять каждым диодом поодиночке. Это означает, что они способны на большее, чем просто дополнительное освещение. Вы можете использовать их для создания дешевого светодиодного дисплея с нуля. Из лент можно соорудить даже собственную домашнюю тучку с извергающими молниями. Или бегущую светодиодную ленту.
p, blockquote 5,0,0,0,0 —>
Подробне о SPI RGB лентах вы можете прочитать здесь.
p, blockquote 6,0,0,0,0 —>
Эти полосы требуют всего 5 В для полноценного питания. Несмотря на то, что можно подавать небольшое количество мощности непосредственно с платы Arduino, обычно рекомендуется использовать отдельный источник питания 5 В, чтобы избавиться от запаха гари. Если вы ищете индивидуально программируемые светодиоды, светодиодная лента Ардуино — лучшая находка для вас. В данный момент стоимость 1 метра равняется примерно 4 долларам — 270 рублям. Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это то, где ленты, вероятно, будут использоваться. Оба типа полосы имеют различную длину, плотность светодиодов — количество диодов на метр — и разную степень защиты от атмосферных воздействий
Осматривая светодиодную ленту, обратите внимание на цифры в листинге. Обычно первым номером будет количество светодиодов на метр, а буквы IP, за которыми следуют цифры, будут его степенью защищенности. p, blockquote 7,0,0,0,0 —>
p, blockquote 7,0,0,0,0 —>
Например, если в списке указано «30 IP67», это означает, что на метр будет 30 светодиодов. «6» — признак того, что устройство полностью защищено от пыли. «7» значит, что прибор не пострадает от непродолжительного погружения в воду. После того, как вы приобретете светодиодную полоску, придет время связать ее с Arduino. Начнем с SMD5050.
p, blockquote 8,0,0,0,0 —>
