Modernizacja inteligentnych diod LED RGB: WS2812B Vs. WS2812: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Sama liczba projektów wykorzystujących diody LED Smart RGB – czy to paski, moduły, czy niestandardowe płytki PCB – w ciągu ostatnich 3 lat jest dość zdumiewająca. Ten wybuch użycia diod LED RGB szedł w parze ze znacznym spadkiem cen i zwiększoną łatwością użytkowania tych urządzeń elektronicznych. Wśród producentów diod LED, WorldSemi najwyraźniej stał się de facto standardem wśród majsterkowiczów, hobbystów i projektantów elektroniki użytkowej. Rodzina inteligentnych diod LED RGB WS28XX firmy obejmuje łatwy w użyciu protokół sterowania, wygodny pinout i ślad oraz niewiarygodnie jasną luminescencję, a wszystko to w niewielkiej obudowie o wymiarach 5 mm x 5 mm. Ale to, co naprawdę wpłynęło na sukces produktów na rynku DIY, to cena jednostkowa od 0,30 do 0,40 USD w małych ilościach. W najnowszej wersji tych diod LED, WS2812B, WorldSemi po raz kolejny znacznie ulepszyło swojego poprzednika, WS2812. Ponieważ jest bardzo mało informacji na temat tej stosunkowo nowej wersji, postanowiliśmy stworzyć krótką instrukcję, aby podkreślić ulepszenia projektu i zareklamować niektóre z już istniejących funkcji tego fajnego urządzenia! Poziom trudności: Początkujący + (trochę znajomości inteligentnego RGB Diody LED) Czas do zakończenia: 5-10 minut

Krok 1: Lista materiałów

Aby podkreślić cechy diod LED RGB WS2812B i WS2812, możemy skorzystać z następujących części: 1 x dioda LED RGB WS2812 (wlutowana na malutkiej płytce zaciskowej) 1 x płytka stykowa bez lutowania 1 x złącze Breakaway Pin, 0,1 Rozstaw, 8-pinowy męski 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield dla Arduino Solid Core Wire (różne kolory; 28 AWG) i Wire Strippers Zasilacz (opcjonalnie) Zarówno WS2812, jak i WS2812B mają wbudowany sterownik stałoprądowy LED, oraz 3 indywidualnie sterowane diody LED: jedna czerwona, jedna zielona i jedna niebieska Sterownik LED składa się z: - wewnętrznego oscylatora - układu zmiany kształtu i wzmocnienia sygnału - zatrzasku danych - 3-kanałowego, programowalnego napędu stałoprądowego - 2 porty cyfrowe (wyjście/wejście szeregowe)Uwaga: sam sterownik LED jest również dostępny w formie 6-stykowego układu scalonego (IC), który możemy wykorzystać do bezpośredniego połączenia z wybranymi przez nas „nieinteligentnymi” diodami LED; Wspomniany układ scalony nie jest inny niż WS2811.

Krok 2: WS2812B kontra WS2812B. WS2812: 4-stykowa podstawa (✓)

Najbardziej widoczną nową cechą WS2812B jest zmniejszona liczba pinów (z 6 do 4), które zachowują ładny rozmiar ułatwiający ich lutowanie (przy użyciu cienkiej lutownicy) do padów ~2mm x 1mm na płytce drukowanej. 6 padów starszego WS2812 sprawiało, że nieco trudno było poprowadzić pin DO jednego modułu do pinu DI następnego, gdy odstępy między modułami były ciasne. Dzięki WS2812B trasowanie ścieżek na płytce drukowanej jest dziecinnie proste, szczególnie podczas projektowania konfiguracji szyku, takich jak Arduino Shield pokazane na obrazach tego kroku. Dodatkowa przestrzeń pomiędzy padami WS2812B pozwala na:

• Łatwe kierowanie 3 niezbędnych sygnałów: zasilania, uziemienia i danych.
• Używanie grubszych ścieżek do łączenia zasilania i uziemienia, co pozwala na bezpieczne działanie wyższych prądów na płytce drukowanej

Widzimy na powyższych obrazach, jak łatwo jest poprowadzić macierz 5x8 dla Lumina Shield dla Arduino przy użyciu tych nowych diod LED - dla porównania uwzględniamy starą konstrukcję tablicy 16x16 przy użyciu WS2812. Pliki projektowe dla Lumina Shield można znaleźć w tym repozytorium Github. Jedną ważną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że z powodów, których nie możemy zgłębić, układ WS2812B ma małe wycięcie w rogu opakowania, wskazujące pin 3 zamiast pin 1! Musimy zwrócić szczególną uwagę podczas lutowania ręcznego, aby nie orientować modułu tak, jak w przypadku typowych układów scalonych (lub WS2812, jeśli o to chodzi). *.tftable { rozmiar czcionki: 12,0px; kolor: rgb(251, 251, 251); szerokość: 100,0%; szerokość obramowania: 1.0px; kolor obramowania: rgb(104, 103, 103); border-collapse: zwiń; } *.tftable th { rozmiar czcionki: 12.0px; kolor tła: rgb(23, 21, 21); szerokość obramowania: 1.0px; wypełnienie: 8.0px; styl obramowania: solidny; kolor obramowania: rgb(104, 103, 103); wyrównanie tekstu: do lewej; } *.tftable tr { kolor tła: rgb(47, 47, 47); } *.tftable td { rozmiar czcionki: 12,0px; szerokość obramowania: 1.0px; wypełnienie: 8.0px; styl obramowania: solidny; kolor obramowania: rgb(104, 103, 103); } *.tftable tbody tr:hover { kolor tła: rgb(23, 21, 21); } Pin # Symbol Funkcja *Wycięcie na opakowaniu wskazuje ten pin. 1 Dioda LED zasilania VDD 2 DO Wyjście sygnału sterującego danych 3* Uziemienie VSS 4 Wejście sygnału sterującego DIN Innym szczegółem, o którym warto wspomnieć, jest to, że styki zasilania (VDD) i uziemienia (VSS) są ułożone po przekątnej. Tak więc ślady łączące te szpilki mogą być dość grube! Jeśli jednak popełnimy błąd lutowania modułu 'do tyłu', zwarlibyśmy zasilanie i masę (piny nr 1 i 3). Na szczęście dla nas, jak zobaczymy w następnym kroku, WorldSemi zawiera obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją, który zapobiegnie uszkodzeniu WS2812B przez ten błąd - oczywiście zalecamy całkowite unikanie tego błędu:)

Krok 3: WS2812B kontra WS2812B. WS2812: Jaśniejsze diody LED i ulepszona jednolitość kolorów (?)

Kiedy WS2812B został wydany, WorldSemi podkreślił, że ma jaśniejsze diody LED i lepszą jednolitość kolorów niż WS2812. (Źródło: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Jednak sprawdzając rzeczywiste arkusze danych dwóch urządzeń, możemy zauważyć, że specyfikacje luminancji diod LED są identyczne w obu: *.tftable { font-size: 12,0px; kolor: rgb(251, 251, 251); szerokość: 100,0%; szerokość obramowania: 1.0px; kolor obramowania: rgb(104, 103, 103); border-collapse: zwiń; } *.tftable th { rozmiar czcionki: 12.0px; kolor tła: rgb(23, 21, 21); szerokość obramowania: 1.0px; wypełnienie: 8.0px; styl obramowania: solidny; kolor obramowania: rgb(104, 103, 103); wyrównanie tekstu: do lewej; } *.tftable tr { kolor tła: rgb(47, 47, 47); } *.tftable td { rozmiar czcionki: 12,0px; szerokość obramowania: 1.0px; wypełnienie: 8.0px; styl obramowania: solidny; kolor obramowania: rgb(104, 103, 103); } *.tftable tbody tr:hover { kolor tła: rgb(23, 21, 21); } Kolor Długość fali (mm) Natężenie światła (mcd) Czerwony 620–630 620–630 Zielony 515–530 1100–1400 Niebieski 465–475 200–400 Powyższy rysunek przedstawia Arduino Uno połączone z czterema płytami rozdzielającymi. Dwa z nich niosą WS2812B, podczas gdy pozostałe dwa mają WS2812. Próbowaliśmy użyć standardowych pomiarów obrazowania, aby określić, czy możemy zobaczyć znaczące różnice w jasności lub jednolitości kolorów, ale wyniki były niejednoznaczne. Aby jednoznacznie stwierdzić, czy oba moduły różnią się pod tym względem, musielibyśmy wykonać kilka testów za pomocą spektrofotometru. Biorąc pod uwagę, że w momencie pisania tego tekstu nie mieliśmy takiego, możemy odnieść się tylko do informacji w odpowiednich arkuszach danych produktów: WS2812.pdf i WS2812B.pdf

Krok 4: WS2812B vs. WS2812: Obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją (✓)

Jedną z nowych funkcji, którą byliśmy w stanie przetestować w prosty sposób, był obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją zawarty w projekcie WS2812B. Jak pokazuje wideo, odwrócenie pinów zasilania i uziemienia może czasami uszkodzić WS2812, ale nie moduł WS2812B. Ta funkcja jest bardzo przydatna podczas pracy z listwami, w których zwykle używamy zewnętrznych zasilaczy o wysokim natężeniu prądu i gdzie widzieliśmy większość błędów popełnianych podczas okablowania. Nadal zalecamy podwójne sprawdzenie połączeń i okablowania przed podłączeniem zasilania do jakiegokolwiek obwodu elektronicznego, ale trzeba przyznać, że w tych rzadkich przypadkach, w których popełnimy błąd, istnieje mechanizm zabezpieczający nasze cenne urządzenia.

Krok 5: WS2812B kontra WS2812B. WS2812: Poprawiona struktura wewnętrzna (?)

Ostatnią cechą, jaka została zawarta w WS812B, jest rozdzielenie dwóch głównych obwodów w urządzeniu: sterowania i oświetlenia. Oddzielając te dwa, producent zgłasza lepsze rozpraszanie ciepła i bardziej solidną kontrolę. Jest to zdecydowanie bardziej niejasna z nowych funkcji, ponieważ nie mamy dobrej metody testowania rozpraszania ciepła na płytce drukowanej. Aby zwiększyć niezawodność komunikacji i przesyłania danych, nie znaleźliśmy żadnych znaczących różnic w wydajności między WS2812 a WS2812B po kilku prostych testach, które przeprowadziliśmy z dwoma modułami obok siebie.

Krok 6: Programowanie diod LED RGB WS2812B

Pomimo wszystkich zmian wprowadzonych w tej najnowszej wersji rodziny WS28XX, protokół komunikacyjny potrzebny do kontrolowania jego koloru i jasności pozostaje niezmieniony w stosunku do swojego poprzednika. Nadal możemy korzystać ze wspaniałych bibliotek opracowanych przez innych twórców z Adafruit, PJRC i projektu FastSPI. Aby dowiedzieć się więcej o tym, co naprawdę dzieje się pod maską tych wspaniałych urządzeń LED RGB, przygotowaliśmy bardzo szczegółową instrukcję wyjaśniającą implementację protokołu kontrolnego krok po kroku (zamierzona gra słów). Z góry dziękuję za sprawdzenie!