Астана
Сегодня мы подробно поговорим об особой группе светодиодных источников света, которые способны украсить любой праздник, сделать ярче самую крутую вечеринку или же привлечь внимание именно к вашей продукции, витрине или вывеске. Речь пойдет о трех типах источников света с цифровым управлением:
Все они устроены на базе RGB-светодиодов, каждый из которых состоит из кристаллов красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) свечения. Особенностью же этого класса светодиодного оборудования является наличие микросхем управления, которые монтируются на саму ленту или внутрь светодиодных модулей. Эти микросхемы делают возможным управление каждым отдельным светодиодом или группой из нескольких светодиодов. Один управляемый элемент называется «пиксель», а само освещение – «пиксельным».
В зависимости от необходимого напряжения питания, варьируется и количество светодиодов в пикселе. Так, в 5-вольтовых лентах и модулях управление происходит каждым светодиодом в отдельности, т.е. один пиксель состоит из одного светодиода. В таком случае микросхема может быть расположена в корпусе самого светодиода. Если напряжение питания источников освещения составляет 12 В, то обычно один пиксель содержит 3 RGB-светодиода, а для 24 В – 6 светодиодов. Встречаются и ленты с питанием 12 В и управлением каждым светодиодом отдельно.
Общее управление выполняется контроллером, созданным специально для цифрового управления пиксельным освещением. Их можно подразделить на три группы:
Важно обеспечить соответствие цвета в программе воспроизводимому цвету, поэтому при настройке большинства контроллеров есть возможность указать необходимую последовательность каналов на светодиодной ленте, например, RGB, RBG, BGR и др. Для правильного воспроизведения эффектов также задается количество и расположение пикселей.
Микросхема, вмонтированная в светодиодную ленту или флеш-модуль, представляет собой особый микроконтроллер, принимающий цифровой сигнал, сформированный управляющим контроллером, и преобразующий его в визуальное изменение свечения, яркости или цвета светодиода. Такие микроконтроллеры часто называют «чип» или «драйвер». Последнее понятие мы и будем использовать дальше в статье.
Не все контроллеры и драйверы совместимы между собой, но большинство контроллеров могут работать с несколькими моделями драйверов. О том, с какими типами драйверов совместим тот или иной контроллер, указывается в подробных технических характеристиках или в его программном обеспечении, если оно используется. Вид драйвера также указывается в параметрах светодиодных лент, флеш-модулей и «гибкого неона». Всё это нужно, чтобы правильно выбрать и настроить совместную работу контроллера и управляемых устройств. С течением времени списки совместимости контроллеров и драйверов расширяются, т.к. технический прогресс не стоит на месте.
Сами драйверы по принципу работы также подразделяются на два кардинально разных типа:
Каждый из типов драйверов имеет свои достоинства, о них мы и поговорим более подробно далее.
Основная особенность применения этого протокола заключается в последовательной передачи информации от пикселя к пикселю по всей длине подключенной цепочки. При этом нет необходимости присваивать адрес каждому пикселю, поскольку его адрес определяется расположением пикселя в цепи. Контроллер формирует определённую цифровую последовательность управления и отправляет её на первый пиксель. Его драйвер принимает первые данные, а остальную цифровую последовательность передаёт далее, на следующий пиксель. Второй драйвер действует по тому же принципу: первую часть полученной информации «забирает» себе, а остальное передаёт далее.
Передача информации, в зависимости от типа драйвера, может осуществляться по двум сигнальным проводам (DATA и CLK) или с использованием только одного сигнала (DATA). Первый вариант требует более сложного монтажа, но обеспечивает более устойчивую работу на высоких скоростях обмена, что гарантирует меньшую задержку распространения информации и, соответственно, более высокую частоту обновления информации, что важно, например, при создании мультимедийных экранов. В нашей таблице указаны основные параметры SPI-драйверов, используемых Arlight (список микросхем пополняется с появлением новых устройств).
Тип драйвера | ТМ1804 | ТМ1812 | WS2801 | WS2811 | WS2812 | LPD6803 | UCS1903 | TLS3001 |
Использование в оборудовании Arlight | Ленты/модули | Ленты | Модули | Ленты/ модули | Ленты/ модули | Модули | Модули | Модули |
Напряжение питания лент и модулей Arlight | 12/24 В | 12 В | 5/12 В | 5/12/24 В | 5 В | 5/12/24 В | 5/12 В | 5 В |
Количество RGB-светодиодов в пикселе для лент Arlight | 1 или 3 шт. | 1, 2 или 3 шт. | - | 3 шт. | 1 шт. | - | - | - |
Сигналы управления | DATA | DATA | DATA, CLK | DATA | DATA | DATA, CLK | DATA | DATA |
Исполнение микросхемы | В отдельном корпусе | В отдельном корпусе | В отдельном корпусе | В отдельном корпусе | Встроена в светодиод | В отдельном корпусе | В отдельном корпусе | В отдельном корпусе |
Количество обслуживаемых драйвером пикселей | 1 (3 канала) | 4 (12 каналов) | 1 (3 канала) | 1 (3 канала) | 1 (3 канала) | 1 (3 канала) | 1 (3 канала) | 1 (3 канала) |
Количество цветов | 16 млн | 16 млн | 16 млн | 16 млн | 16 млн | 32768 | 16 млн | 4096 |
С помощью приведённых структурных схем Вы сможете самостоятельно подключить SPI-ленты к пиксельному контроллеру.
В отличие от протокола SPI, особенностью цифрового протокола DMX является параллельное подключение всех драйверов к шине управления. Это отлично видно на структурной схеме (Рис. 3).
Преимущество этой системы состоит в том, что, если из строя выйдет один драйвер, это не нарушит работу всей последующей цепочки. С другой стороны, необходимо учитывать, что для правильной работы системы, каждый драйвер должен иметь свой индивидуальный и вполне определенный адрес, чтобы информация от контроллера попала по назначению. В случае, если в такой системе драйверы поменять местами, световой эффект будет нарушен.
Компания Arlight в своём оборудовании использует современные DMX-драйверы типа WS2821. Обратим ваше внимание на то, что они применяют протокол DMX, но не используют полноценный симметричный интерфейс, используемый в стандартных устройствах DMX. Для передачи информации используется сигнал DATA+ и не используется DATA-.
Первоначально DMX-адреса светодиодных лент, «гибкого неона» и флеш-модулей прописываются при их производстве. Каждая катушка ленты или «гибкого неона» или цепочка модулей номеруется по порядку, начиная с первого. Подключая последовательно более одной катушки ленты или группы модулей необходимо производить запись адресов самостоятельно, при помощи редактора адресов. Сначала соединяются все отрезки ленты или модули, а затем прописываются адреса. Запись происходит с автоматическим распределением адресов, последовательно, начиная от ближайшего к контроллеру пикселя. Таким образом, гарантируется уникальность адресов и правильное отображение эффектов.
Для того чтобы производить перезапись DMX-адресов необходимы специальные редакторы, например RA-DMX-ID-WS2821. Некоторые модели пиксельных контроллеров имеют встроенные редакторы адресов, например, DMX K-1000D или DMX K-8000D. В процессе записи адресов используется провод с маркировкой ADR (ADI, ADIN), который впоследствии для воспроизведения программ уже не применяется. Если в выбранном контроллере нет встроенного редактора или выхода для подключения провода ADI, то он должен быть соединён с общим проводом GND, что предотвратит влияние на него внешних помех и наводок.
В итоге хотелось бы вкратце осветить положительные стороны обоих протоколов SPI и DMX.
Преимущества оборудования, использующего интерфейс SPI:
Преимущества использования протокола DMX:
При совместной работе со стандартным оборудованием DMX512, на одну DMX-шину может быть подключено до 170 пикселей (по 3 адреса на каждый пиксель, суммарно 510 адресов). При использовании специализированных пиксельных DMX-контроллеров для светодиодных лент и флеш-модулей на один порт контроллера обычно может быть подключено до 1024 пикселей.
На нижеприведённой иллюстрации изображена схема подключения нескольких светодиодных лент «Бегущий огонь».
В конце нашей статьи обозначим основные рекомендации, которые помогут максимально правильно спроектировать и установить управляемые светодиодные системы. Эти рекомендации подходят ко всем пиксельным светодиодным лентам, управляемому «гибкому неону» и флеш-модулям, независимо от протокола, которым они управляются.
Применяя на практике это руководство, Вы можете дать волю фантазии и создавать огромное множество эффектов от простых световых дорожек «Бегущий огонь» до огромных мультимедийных экранов с разнообразными изображениями.
Бегущий огонь