Адресные светодиоды — это светодиоды с встроенным контроллером, который позволяет управлять цветом и яркостью каждого светодиода или группы светодиодов индивидуально. Они широко используются в светодиодных лентах для создания сложных световых эффектов, таких как бегущие волны, мерцание или плавные цветовые переходы.
Адресные светодиоды получают команды через цифровой сигнал, который передается последовательно от одного светодиода к другому. Каждый светодиод обрабатывает 24 бита данных (по 8 бит на каждый цвет — красный, зеленый, синий), после чего передает оставшиеся данные следующему светодиоду в цепочке.
Начнем с того, что в обычной светодиодной ленте, независимо от того одноцветная она или RGB, все светодиоды ленты питаются и светятся одновременно, поскольку все они получают питание параллельно от одного источника, драйвера, который работает по своему алгоритму, реализуемому непосредственно внутри драйвера, и просто подает питание сразу на всю ленту, по сути - на все параллельно подключенные к нему светодиоды.
Адресная светодиодная лента, в отличие от обычной, содержит так называемые адресные светодиоды. Это значит, что каждый светодиод хотя и получает питание параллельно от общего источника, включается каждый светодиод по индивидуальной команде, и значит, на каждом светодиоде можно получить собственный уникальный оттенок, один из 2553 = 16581375 возможных.
Адресная светодиодная лента — это современный тип светодиодной ленты, которая позволяет управлять каждым светодиодом индивидуально. В отличие от обычных светодиодных лент, где все светодиоды светят одним цветом, адресные ленты состоят из светодиодов, каждый из которых оснащён встроенным контроллером. Это позволяет создавать сложные световые эффекты и управлять цветом и яркостью каждого светодиода отдельно.
Подробно про RGB-светодиоды смотрите здесь: Как работают RGB-светодиоды, внутреннее устройство, как их подключить к Ардуино
Некоторые модели, такие как умная светодиодная лента Яндекс, поддерживают управление через голосовые помощники и мобильные приложения, что позволяет создавать сценарии освещения и управлять ими удалённо.
В отличие от светодиодной RGB-ленты, в которой все светодиоды одинаково реагируют на сигнал с RGB-контроллера, в адресной LED-ленте каждый светодиод получает индивидуальную команду управления
Каждый светодиод в адресной ленте имеет свой уникальный адрес, по которому драйвер обращается к нему при помощи трехбитной команды. Команды отправляются в линию последовательно, для этого служит третий на ленте провод «DATA INPUT».
Возле каждого светодиода на адресной ленте установлен свой микрочип. Сегодня очень распространены адресные ленты с ШИМ-чипами WS2811.
WS2811 работает от напряжения 5–12 В, что позволяет использовать его в длинных лентах без значительных потерь сигнала. Частота ШИМ составляет 400 Гц, обеспечивая плавные цветовые переходы (смотрите - Что такое ШИМ-контроллер). Благодаря простому однопроводному интерфейсу управления и невысокой стоимости, эти ленты часто применяются в декоративной подсветке, рекламных вывесках и световых инсталляциях.
Хотя WS2811 немного уступает в скорости обновления более современным чипам (например, APA102), его надежность и совместимость с популярными библиотеками (такими как FastLED и NeoPixel) делают его отличным выбором для многих DIY-проектов.
Корпуса микрочипов DIP-8 либо SOP-8. Каждый чип имеет три выхода — каждый на свой цвет, вход передачи данных, выход передачи данных, вывод питания, вход установки режима и общий вывод.
Есть ленты с питанием чипов 5 вольт, но наиболее часто встречаются ленты с питанием 12 вольт, где один такой чип управляет сразу тремя светодиодами. Чипы на ленте соединены друг с другом последовательно через входы и выходы передачи данных.
Среди других популярных адресных светодиодов выделяется модель WS2812B, известная своей компактностью (5×5 мм) и встроенным чипом, обеспечивающим индивидуальное управление каждым светодиодом. Она работает при напряжении 5 В и использует ШИМ с частотой 400 Гц.
WS2812B – более компактная модификация чипа, предназначенная для монтажа внутри корпуса светодиода SMD 5050. Так вся сборка имеет всего 4 выхода: питание, общий вывод, вход передачи данных и выход передачи данных.
Светодиоды WS2812B имеют встроенную интегральную схему (интегральную схему, микросхему) в направлении светодиода
Еще один распространённый вариант — APA102C (DotStar), который отличается интерфейсом SPI и увеличенной частотой ШИМ. Благодаря этому он обеспечивает более точную настройку цвета и яркости, что делает его идеальным для динамичных световых эффектов.
Модель WS2813 представляет собой усовершенствованную версию WS2812B. Её ключевые особенности — повышенная частота ШИМ (2 кГц) и устойчивость к обрывам благодаря двум сигнальным входам. Даже при выходе из строя одного чипа сигнал продолжает передаваться.
Особенность светодиодов SK6812-RGBW — наличие дополнительного белого канала, что позволяет добиться более яркого и естественного освещения. Этот тип особенно востребован в проектах, где важно сочетать цветные эффекты с качественным белым светом.
Адресные ленты стоят дороже обычных лент, и применяются обычно там, где простые ленты по какой-то причине не применимы: полноцветные модульные сборки, декоративная подсветка с управлением «soft light», наружная реклама и т. д.
Особенность таких сборок в том, что они способны изменять и цвет и яркость отдельных своих сегментов по более сложному алгоритму, нежели простые LED-ленты, даже если эти LED-ленты оснащены умными драйверами.
ШИМ-сигнал управления подается со специального запрограммированного контроллера на вход ленты, и передается последовательно на вход одного чипа (digital input - DI), выходит из него (digital output - DO), затем проходит через второй чип, и т. д. Управление легко осуществить при помощи программы на ардуино.
Для взаимодействия с адресными лентами подходят библиотеки ардуино FastLED и Adafruit NeoPixel. Внутри библиотек содержатся полноценные скетчи, приняв которые за основу легко освоить самостоятельное создание новых световых эффектов. В заголовке скетча необходимо правильно указать количество светодиодов ленты и номер порта передачи данных.
Каждый RGB-светодиод на самом деле имеет в себе три светодиода (красный, зеленый и синий), поэтому для управления одним сегментом (один сегмент — это RGB-светодиод с чипом) требуется 3 байта информации, один байт — один цвет.
Каждый байт может принимать одно из 255 значений, поэтому в принципе каждый RGB-светодиод способен дать свет одним из 2553 = 16581375 оттенков. Количество байт в одной команде равно таким образом 3 умножить на количество последовательных рабочих сегментов в ленте.
Посылаемая строка попадает на первый чип, который принимает первые три байта информации, пропуская остальные дальше через выход digital output (DO) – в следующий чип. Выдерживается пауза 50 мкс, означающая что следующий в очереди чип должен принять свои три байта информации. Если пауза будет длиться более 50 мкс, это значит что цикл закончен, и предстоит повторение рабочего цикла.
Управление RGB-лентами осуществляется с помощью специализированных контроллеров, которые предоставляют возможность регулировки не только цвета, но и яркости, скорости изменения оттенков, а также создания разнообразных световых эффектов благодаря встроенным программным режимам.
Современные устройства поддерживают управление через различные интерфейсы, включая пульты дистанционного управления, сенсорные панели и мобильные приложения, что позволяет интегрировать их в системы "Умный дом".
При монтаже RGB-лент необходимо учитывать полярность подключения, а также правильно подбирать мощность блока питания и контроллера, чтобы предотвратить перегрузку и обеспечить долговечность работы системы.
Дополнительное чтение: Какие бывают виды светодиодных лент и Как узнать мощность светодиодной ленты
Андрей Повный
