Принцип работы транзистора для плавного управления светодиодной лентой
Транзистор работает как водопроводный кран, только для электронов. Чем выше напряжение, подаваемое на базу биполярного транзистора либо сток полевого, тем меньше сопротивление в цепочке эмиттер-коллектор, тем выше ток, проходящий через нагрузку.
Подключив транзистор к аналоговому порту Ардуино, присваиваем ему значение от 0 до 255, изменяем напряжение, подаваемое на коллектор либо сток от 0 до 5В. Через цепочку коллектор-эмиттер будет проходить от 0 до 100% опорного напряжения нагрузки.
Для управления светодиодной лентой arduino необходимо подобрать транзистор подходящей мощности. Рабочий ток для питания метра светодиодов 300-500мА, для этих целей подойдет силовой биполярный транзистор. Для большей длины потребуется полевой транзистор.
Схема подключения LED ленты к ардуино:
Способ подключения RGB ленты и способ соединения с применением RGB усилителя
Схема внизу подробно представляет эти два способа. Первая будет полезна для тех, кто желает установить несколько светодиодных приборов с одним блоком питания и RGB контроллером. Этот способ значительно дешевле второго, но он прослужит меньший срок.
Второй способ с применением RGB усилителя. В этом случае обязательно использовать два БП, потому что один из них питает контроллер, а второй – RGB усилитель. Этот способ более дорогостоящий, но зато более надежный. Соединяйте диодные ленты между собой параллельно друг другу. Если соединять их последовательно друг за другом.
Внимательно следуйте всем инструкциям, схемам и правилам использования. Это поможет вам выполнить не только качественное подключение трансформатора для светодиодной ленты с напряжением в 12 вольт, но и обезопасить себя от любых неприятных последствий. Если после подключения вы заметили странный треск или другие нехарактерные звуки, то отключите питание и проведите технический осмотр оборудования.
Эти советы помогут разобраться в том, как правильно выбрать трансформатор для диодной ленты 12 вольт, как выполнить расчеты и установить устройство, соединив его со всеми остальными элементами.
Адресные светодиодные ленты
Светодиодная лента – это набор связанных светодиодов, на которые может одновременно подаваться напряжение питания. Обычные ленты хорошо всем знакомы, они используются сегодня повсюду. В адресной светодиодной ленте так же используются светодиоды, но светоизлучающий диод может управляться отдельно и независимо от других. Таким образом, адресные ленты можно использовать для более интеллектуального управления световым потоком на отдельных участках ленты, включая или выключая подсветку в нужное время и в нужном месте.
Адресная светодиодная лента WS2811
Сегодня наибольшей популярностью пользуются разноцветные светодиодные ленты RGB-формата, позволяющие получать множество цветов. Благодаря конструкции есть возможность управления цветом каждого светодиода, что позволяет создавать оригинальные световые эффекты. Главное отличие адресной светодиодной ленты от обычной RGB ленты – это наличие специальных контроллеров (конструктивно выполненных в виде микросхем) возле каждого светодиода, что и дает возможность индивидуальной адресации и регулирования каждого оттенка.
Как правило,л ента содержит 3-4 контакта для подключения. Два вывода используются для питания – 5 Вольт и земля, остальные один или два – логический, для управления свечением.
Управление умной лентой производится по цифровому протоколу. Это значит, что без управляющего контроллера управлять устройством нельзя. Кстати, при прикосновении к цифровому входу может загореться несколько диодов – это связано с тем, что появляются помехи, которые контроллер принимает за команды.
Самыми популярными адресными светодиодными лентами являются устройства на чипах WS2812b и WS2811. В первом случае чип находится прямо внутри светодиода, то есть один прибор управляет свечением одного излучающего диода. Питание ленты составляет 5 вольт. Во втором случае чип помещается отдельно, и к нему подключаются 3 диода. Мощность – 12 вольт.
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.
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.
Подробне о SPI RGB лентах вы можете прочитать здесь.
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
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.
Это интересно: Цветовая гамма кварцевой лампы — рассматриваем досконально
Адресная лента ws2813
Поэтому прогресс не стоял на месте и позже были разработаны более совершенные ленты – ws2813 (5V), ws2815 (12V).
У таких лент добавлена четвертая дублирующая дорожка. По ней передаются данные, если какой-то из диодов сгорел и вышел из строя.
Как это работает? Сигнал в нормальном состоянии поступает на Data Input (DIN) и выходит с чипа на Data Out (DO). По такой цепочке данные проходят по всей ленте.
Когда первый чип выходит из строя и данные перестают выходить с DO, благодаря дублирующей дорожке сигнал продолжает поступать на разъем BIN.
Второй чип анализирует пропажу сигнала на DIN, но
видит его наличие на BIN и продолжает
работать как ни в чем не бывало.
Самое главное, чтобы при выходе из строя первого диода не
произошло замыкания между VDD и GND.
Ошибка №1
Никогда не используйте подсветку на чипах типа WS2812b при съемке видео.
Если захотите снимать кино или видеоклип с такой
подсветкой, то применяйте только ленту WS2813, не
меньше.
Дело здесь в частоте регенерации. У старых моделей она
всего 400Гц.
Для человеческого глаза это может быть и незаметно, а вот камера вам такой ошибки не простит.
Вот очень наглядный эксперимент с такими светодиодами в динамике. Подключите отрезок ленты с двумя разными чипами и попробуйте помахать ими из стороны в сторону.
Результат на пойманом стопкадре.
Надо заметить, что это всего лишь один подключенный светодиод 2812b и 2813, а не несколько их штук в одном ряду.
Отличие лент ws2812, ws2812b, ws2811
Наиболее распространенные модели со встроенными микросхемами имеют маркировку WS2812 или WS2812b. С внешними – WS2811.
Чем модель ws2812 отличается
от ws2812b? Первые имеют 6
контактов (PIN) для управления, а вторые, с буковкой “b” –
всего четыре.
На 2812 питание светодиода и чипа разнесены. У 2812b питание
интегрированного драйвера и светодиода вынесено на один PIN (VDD).
А в чем главные отличия между ws2812b и ws2811?
ws2812b – работает от 5v
ws2811 – питание 12v (в 2015г прекращен выпуск последних моделей на 5в)
WS2812 управляет кластерами по одному
диоду, WS2811 управляет тремя светодиодами
одновременно.
Существенным недостатком диодов ws2812 является
то, что если в цепочке сгорит хотя бы один из них, то все дальнейшие
светодиоды, стоящие после него, тут же перестают работать.
Принцип работы симистора
Симистор (симметричный триодный тиристор, в англ. TRIAC) представляет собой переключатель переменного тока с тремя выводами, который можно переключить при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод (затвор). Но в отличие от других подобных переключателей, которые проводят ток в одном направлении, симистор может управлять током в обоих направлениях. В нашем проекте мы будем использовать симистор BT136.
Принцип управления симистора переменным током показан на следующем рисунке.
Как показано на рисунке, мы можем переключать, к примеру, симистор на угле 90 градусов при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод. В этом случае мы будем подавать ток на лампу только в половине времени положительной полуволны сигнала (на графике время t1), соответственно, лампа будет гореть вполовину мощности. Уменьшая или увеличивая это время мы можем заставить лампу гореть ярче или тусклее.
Частота сигнала переменного тока в нашей сети составляет 50 Гц, соответственно, период сигнала равен 1/f =20 миллисекунд. Значит, половина периода будет равна 10 мс. Поэтому мы можем изменять время t1 на приведенном графике для управления яркостью свечения лампы переменного тока в диапазоне от 0 до 10 мс (10000 мкс).
УПРАВЛЯЕМ RGB СВЕТОМ С ARDUINO
RGB светодиод или лента – очень крутая штука, ведь используя даже 8-ми битный ШИМ (0-255) мы можем получить 16.7 миллионов цветов и оттенков! Рассмотрим подключение светодиодов и лент к Arduino.
Светодиоды
Светодиоды можно питать от пинов Arduino, естественно через токоограничивающий резистор на 150-300 Ом (больше – меньше яркость). Для плавного управления яркостью каждого канала подключать нужно к ШИМ пинам (D3, D5, D6, D9, D10, D11 на Arduino Nano/UNO/Pro Mini). Светодиод с общим катодом подключается общей ногой на GND, с общим анодом – на VCC (т.е. на 5V).
Светодиодные ленты через драйвер
RGB светодиодные ленты обычно имеют общий анод, т.е. общий канал 12 Вольт.
Для управления цветом можно использовать так называемый LED amplifier (бывает RGB и RGBW). Купить на Aliexpress
Светодиодные ленты через транзисторы
Вместо драйвера можно использовать полевые транзисторы, схема вот такая:
Какие транзисторы? Вот мой список транзисторов в корпусах to220: IRF3704ZPBF, IRLB8743PBF, IRL2203NPBF, IRLB8748PBF, IRL8113PBF, IRL3803PBF, IRLB3813PBF, IRL3502PBF, IRL2505PBF, IRF3711PBF, IRL3713PBF, IRF3709ZPBF, AUIRL3705N, IRLB3034PBF, IRF3711ZPBF
В корпусах D-PAK: IRLR024NPBF, IRLR024NPBF, IRLR8726PBF, IRFR1205PBF, IRFR4105PBF, IRLR7807ZPBF, IRFR024NPBF, IRLR7821TRPBF, STD60N3LH5, IRLR3103TRPBF, IRLR8113TRPBF, IRLR8256PBF, IRLR2905ZPBF, IRLR2905PBF
Также можно распаять платку
Плавное включение и выключение светодиодов: схемы розжига
В некоторых случаях требуется реализовать схему плавного включения или выключения светодиода (LED). Особенно востребовано данное решение в организации дизайнерских решениях.
Для осуществления задуманного есть два пути решения. Первый – покупка готового блока розжига в магазине. Второй – изготовление блока своими руками.
В рамках статьи выясним, почему стоит прибегнуть ко второму варианту, а также разберем самые популярные схемы.
Покупать или делать самому?
Если нужно срочно или нет желания и времени собирать блок плавного включения светодиодов своими руками, то можно и купить готовое устройство в магазине. Единственный минус – цена. Стоимость некоторых изделий, в зависимости от параметров и производителя, может превышать в несколько раз себестоимости устройства сделанного своими руками.
Если есть время и особенно желание, то стоит обратить внимание на давно разработанные и проверенные временем схемы плавного включения и выключения светодиодов
Что нужно
Для того, чтобы собрать схему плавного розжига светодиодов в первую очередь потребуется небольшой набор радиолюбителя, как навыков, так и инструментов:
- паяльник и припой;
- текстолит для платы;
- корпус будущего устройства;
- набор полупроводниковых приборов (резисторы, транзисторы, конденсаторы, светодиоды, диоды и т.д.);
- желание и время;
Как видно из списка, ничего особенного и сложного не требуется.
Основа основ плавного включения
Давайте начнем с элементарных вещей и вспомним, что такое RC – цепь и как она связана с плавным розжигом и затуханием светодиода. Посмотрите на схему.
В ее состав входит всего три компонента:
- R – резистор;
- C – конденсатор;
- HL1 – подсветка (светодиод).
Два первых компонента и составляют RC – цепь (произведение сопротивления и емкости). От увеличения сопротивления R и емкости конденсатора C увеличивается время розжига LED. При уменьшении, наоборот.
Мы не будем углубляться в основы электроники и рассматривать, как протекают физические процессы (точнее ток) в данной схеме. Достаточно знать, что она лежит в основе работы всех устройств плавного розжига и затухания.
Рассмотренный принцип RC – задержки лежит в основе всех решений плавного включения и выключения светодиодов.
Схемы плавного включения и выключения светодиодов
Разбирать громоздкие схемы не имеет смысла, т.к. для решения большинства задач справляются простые устройства, работающие на элементарных схемах. Рассмотрим одну из таких схем плавного включения и выключения светодиодов. Несмотря на простоту, она имеет ряд плюсов, высокую надежность и низкую себестоимость.
Состоит из следующих деталей:
- VT1 – полевой транзистор IRF540;
- C1 – конденсатор емкостью 220 mF и напряжением 16V;
- R1, R2, R3 – резисторы номиналом 10, 22, 40 kOm соответственно;
- LED – светодиод.
Работает от напряжения 12 Вольт по следующему алгоритму:
- При включении схемы в цепь питания через R2 протекает ток.
- В это время C1 набирает емкость (заряжается), что обеспечивает постепенное открытие полевика VT
- Возрастающий ток на затворе (вывод 1) протекает через R1, и заставляет постепенно открываться сток полевика VT
- Ток уходит на исток все того же полевика VT1 и далее на LED.
- Светодиод постепенно усиливает излучение света.
Подключение светодиодной шкалы к Ардуино
Для этого занятия нам потребуется:
- плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
- макетная плата;
- 11 светодиодов или светодиодная шкала;
- 11 резисторов на 220 Ом;
- провода «папа-папа» и «папа-мама».
Схема подключения светодиодной шкалы к Ардуино
Соберите схему из светодиодов на макетной плате или подключите к Ардуино светодиодную шкалу, как на рисунке выше
Обратите внимание, что в светодиодной шкале нет встроенных резисторов, поэтому не забывайте их добавить в схему, чтобы диоды не сгорели. После сборки схемы скопируйте скетч последовательного включения светодиодной шкалы на Arduino UNO и загрузите в плату
Скетч последовательного включения светодиодов
byte i; // задаем переменную для цифровых выходов
byte LedMin = 2; // первый пин со светодиодом
byte LedMax = 11; // последний пин со светодиодом
void setup() {
// задаем пин со 2 по 11, как выход (OUTPUT)
for(i=LedMin; i<=LedMax; i++) { pinMode(i, OUTPUT); }
}
void loop() {
// последовательно зажигаем светодиоды со 2 по 11 пин
for(i=LedMin; i<=LedMax; i++) {
digitalWrite(i, HIGH);
delay(50);
}
// последовательно гасим светодиоды с 11 по 2 пин
for(i=LedMax; i>=LedMin; i--) {
digitalWrite(i, LOW);
delay(50);
}
}Пояснения к коду:
- цикл в скетче содержит в себе два цикла for, работающих попеременно;
- переменная типа может хранить 8-битное беззнаковое число от 0 до 255.
В следующем примере изменен порядок последовательного выключения светодиодов на Ардуино. Для этого во втором цикле for все условия повторяются, меняется лишь состояние пинов у светодиодов в цикле с HIGH на LOW. В коде используются глобальные переменные типа byte, поэтому их можно вызывать в любом месте программы, в отличии от локальных переменных в языке Ардуино.
Скетч последовательного выключения светодиодов
byte i; // задаем переменную для цифровых выходов
byte LedMin = 2; // первый пин со светодиодом
byte LedMax = 11; // последний пин со светодиодом
void setup() {
// задаем пин со 2 по 11, как выход (OUTPUT)
for(i=LedMin; i<=LedMax; i++) { pinMode(i, OUTPUT); }
}
void loop() {
// последовательно зажигаем светодиоды со 2 по 11 пин
for(i=LedMin; i<=LedMax; i++) {
digitalWrite(i, HIGH);
delay(50);
}
// последовательно гасим светодиоды со 2 по 11 пин
for(i=LedMin; i<=LedMax; i++) {
digitalWrite(i, LOW);
delay(50);
}
}Пояснения к коду:
- цикл повторяется до тех пор, пока верно условие или .
- если попробовать удалить из программы задержку , то эффекта последовательного зажигания светодиодов не будет.
Какие бывают адресные светодиодные ленты
Для управления светодиодами адресных светодиодных лент могут применять чипы WS2811 и WS2812B. Чип WS2811 изготавливается в корпусе DIP-8 или SOP-8, и монтируется непосредственно на светодиодную ленту. Если светодиодная лента рассчитана на напряжение 5В, то такая интегральная микросхема устанавливается рядом с каждым RGB светодиодом. При использовании питания 12В такой чип устанавливается один на три светодиода.
Более современный чип WS2812B настолько маленький, что его размещают непосредственно в корпусе RGB светодиода. Такие светодиоды на ленте размещаются гораздо плотнее и для питания применяется источник 5 В.
В адресных (пиксельных) светодиодных лентах светодиоды подключаются параллельно, при питании от 5В, а вот данные от драйвера к драйверу передаются последовательно. В этом есть одно большое неудобство, если один из ШИМ-регуляторов выйдет из строя, все следующие после него светодиоды перестанут работать. Для решения данной проблемы была выпущена следующая серия чипов WS2813, которые позволяют использовать четвертую дублирующую дорожку для передачи данных. С чипами WS2813 все исправные светодиоды будут работать, даже если в цепи некоторые выйдут из строя.
Подключение и монтаж
Как они подключаются? Давайте рассмотрим на примере уже почти готовой подсветки. Допустим, у вас есть алюминиевый профиль, с проложенной Led лентой внутри.
Для начала
отщелкиваете заглушку и рассеиватель.
Чтобы добраться до проводов, срезаете термоусадку. Готовые комплекты Led подсветки, как раз таки идут уже с припаянными проводами и выведенным коннектором.
Так как
модуль выключателя занимает определенное место, один сегмент ленты придется
отрезать.
Далее переходим к паяльным работам.
Выбираете паяльник малой мощности (до 40Вт) и выпаиваете провода.
Теперь нужно правильно расположить модуль. Какие провода, куда должны подключаться?
На задней стороне ищите соответствующие подсказки и надписи. Например:
GND (-) и VCC (+) – это основное питание с блока
Led (-) и led (+) – выход на нагрузку
Если никаких
надписей нет или они стерлись, то ориентируйтесь следующим образом. На дальние
контакты от кнопки подается питание 12-24В, а ближние идут на саму ленту.
При таком расположении модуля (фото вверху), нижние контакты будут минусовыми, а верхние – плюсовыми.
Сначала припаиваете провода от блока питания.
После этого обязательно изолируйте соединения термоусадкой, чтобы исключить случайное замыкание внутри алюминиевого профиля на его корпус.
Далее жилками сечением 0,5-0,75мм2 соединяете лед ленту. Только не перепутайте плюс с минусом.
Зачастую
приходится делать подключение крест-накрест, дабы соблюсти полярность.
Эти провода также в обязательном порядке изолируются. Сам модуль выключателя приклеивается к поверхности короба на двухсторонний скотч.
Дневные ходовые огни своими руками: схема
По требованиям дневные огни должны автоматически включаться вместе с запуском двигателя. Производить их включение и выключение надо без помощи дополнительного инструмента (то есть непосредственно из салона автомобиля).
Для этого ДХО коммутируется в блок подачи напряжения на центральные фары. Наиболее распространенной законной схемой установки является схема подключения, при которой дневные огни включаются вместе с фарами.
Следует помнить, что установка ДХО своими руками должна придерживаться требований ГОСТ Р 41.48-2004, которые обязывают всякое изменение в описании доводить до сведения Органа по сертификации.
Этот орган может вынести два вердикта:
- прийти к заключению, что транспортное средство соответствует стандартным требованиям и изменения, которые внесли, не окажут отрицательного влияния
- запросить дополнительный протокол лаборатории, которая уполномочена проводить испытания
Можно ли сделать своими руками
Плату по описанной выше схеме можно сделать своими силами. Но, если нет опыта работы с транзисторами, светодиодами и резисторами, лучше приобрести блок в магазине. Сборка своими руками обойдётся намного дешевле. Если знать все тонкости, на работу уйдёт не более 1 часа. Для этого следует знать, как подобрать необходимые элементы и иметь оборудование, чтобы качественно выполнить соединения.
Что понадобиться для работы
Для изготовления устройства для плавного розжига светодиодов своими руками понадобится следующее:
- припой и паяльник;
- светодиоды;
- резисторы;
- конденсатор;
- транзисторы;
- корпус для размещения необходимых элементов;
- для создания платы требуется кусок текстолитового листа.
Рис.2 – текстолитовый лист для пайки.
Ёмкость рекомендуемого конденсатора – 220 mF. Напряжение не более 16V. Номиналы резистора:
- R1 – 12 kOm;
- R2 – 22 kOm;
- R3 – 40 kOm.
При сборке блоке желательно использовать полевой транзистор «IRF540».
Пошаговая инструкция изготовления своими руками
Для создания блока с плавным розжигом мастер должен уметь паять и знать принцип работы схемы и каждого из её элементов. Первый этап – это изготовление платы. Для начала на текстолите необходимо обозначить границы. После этого можно начать вырезать лист по контурам. Далее заготовку следует проштукатурить с помощью наждачной бумаги (зернистость P800-1000).
На следующем этапе нужно распечатать схему (слой с дорожками). Для этого используют лазерный принтер. Такую схему для распечатки можно найти в интернете. Лист А4 малярным скотчем приклеивается к глянцевой бумаге (например, с журнала). Затем следует приступить к распечатке изображения.
Рис.3 – схема после распечатки.
На лист схема приклеивается с помощью прогревания утюгом. Чтобы плата остыла, её нужно поместить в холодную воду на несколько минут, и после этого, снять бумагу. Если сразу она не отслаивается, это необходимость делать постепенно, сдирая пальцами.
Теперь понадобится двусторонний скотч чтобы приклеить плату к пенопласту такого же размера и поместить в раствор хлорного железа на 5-7 минут. Чтобы не передержать плату, её нужно периодически доставать и смотреть на состояние. Для ускорения процесса вытравливания можно иногда покачивать емкость с жидкостью. Когда лишняя медь стравиться, плату необходимо отмыть в воде.
Рис.4 – плата в растворе хлорного железа.
Следующий этап – это зачистка дорожек с помощью наждачной бумаги. Далее можно приступать к просверливанию дырочек для установки элементов платы. Для этого подойдут сверла диаметром до 1 см. Далее плату нужно облудить. Для этого её можно смазать флюсом, после чего облудить паяльником. Чтобы не спровоцировать перегрев или разрыв цепи, паяльник постоянно должен находиться в движении.
Рис.5 – подготовленная плата к установке элементов.
Следующий этап – это установка элементов по схеме. Чтобы было понятнее, на бумаге можно распечатать ту же схему, но со всеми необходимыми обозначениями. После пайки необходимо полностью избавиться от флюса. Для этого плату можно протереть растворителем 646. Затем её можно прочистить зубной щеткой. Когда блок хорошо просохнет, следует приступить к проверке. Для этого постоянный плюс и минус необходимо подключить к питанию. При этом, управляющей плюс трогать не стоит.
Рис.6 – проверка корректности работы платы.
Вместо светодиодов для проверки лучше использовать мультиметр. Если возникнет напряжение, это значит, что плата коротит. Это может происходить из-за остатков флюса. Чтобы избавиться от проблемы, достаточно прочистить плату ещё раз. Если напряжения нет, блок готов к использованию.
