Αναβάθμιση Smart RGB LED: WS2812B Vs. WS2812: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Ο τεράστιος αριθμός έργων που έχουμε δει να χρησιμοποιούν έξυπνα LED RGB-είτε πρόκειται για λωρίδες, μονάδες ή προσαρμοσμένα PCB- τα τελευταία 3 χρόνια είναι αρκετά εκπληκτικό. Αυτή η έξαρση της χρήσης LED RGB έχει συνδυαστεί με σημαντική πτώση των τιμών και αυξημένη ευκολία χρήσης αυτών των ηλεκτρονικών συσκευών. Μεταξύ των κατασκευαστών LED, το WorldSemi έχει γίνει φαινομενικά το de facto πρότυπο μεταξύ DIYers, χομπίστες και φορετών σχεδιαστών ηλεκτρονικών. Η οικογένεια WS28XX της εταιρείας Smart RGB LED περιλαμβάνει ένα εύχρηστο πρωτόκολλο ελέγχου, ένα βολικό pinout και footprint και μια απίστευτα φωτεινή φωταύγεια, όλα μέσα σε ένα μικρό πακέτο 5mm x 5mm. Αλλά, αυτό που πραγματικά έχει κάνει τη διαφορά στην επιτυχία των προϊόντων στην αγορά DIY είναι η τιμολόγηση μονάδας 0,30 έως 0,40 $ σε μικρές ποσότητες. Στην τελευταία έκδοση αυτών των LED, το WS2812B, το WorldSemi έκανε και πάλι σημαντικές βελτιώσεις σε σχέση με τον προκάτοχό του, το WS2812. Δεδομένου ότι υπάρχουν πολύ λίγες πληροφορίες σχετικά με αυτήν τη σχετικά νέα έκδοση, αποφασίσαμε να κάνουμε μια σύντομη οδηγία για να τονίσουμε τις αναβαθμίσεις του σχεδιασμού και να διαφημίσουμε μερικές από τις ήδη υπάρχουσες δυνατότητες αυτής της έξυπνης συσκευής! Επίπεδο δυσκολίας: Αρχάριος+ (κάποια εξοικείωση με το έξυπνο RGB LED) Χρόνος ολοκλήρωσης: 5-10 λεπτά

Βήμα 1: Λίστα υλικών

Για να τονίσουμε τα χαρακτηριστικά τόσο των LEDs WS2812B όσο και των WS2812 RGB, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα ακόλουθα μέρη: 1 x LED WS2812 RGB (προ-συγκολλημένο σε μια μικρή σανίδα) 1 x Solderless Breadboard 1 x Breakaway Pin Connector, 0.1 Pitch, 8-Pin Male 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield για Arduino Solid Core Wire (ποικιλία χρωμάτων, 28 AWG) και Wire Strippers Power Supply (προαιρετικό) Τόσο το WS2812 όσο και το WS2812B φέρουν ενσωματωμένο οδηγό LED σταθερού ρεύματος, καθώς και 3 ατομικά ελεγχόμενες λυχνίες LED, μία κόκκινη, μία πράσινη και μία μπλε. Το πρόγραμμα οδήγησης LED περιλαμβάνει: - Εσωτερικό ταλαντωτή - Κύκλωμα αναδιαμόρφωσης και ενίσχυσης σήματος - Κλείδωμα δεδομένων - Μία 3κάναλη, προγραμματιζόμενη μονάδα εξόδου σταθερού ρεύματος - 2 ψηφιακές θύρες (σειριακή έξοδος/είσοδος) Σημείωση: Το ίδιο το πρόγραμμα οδήγησης LED είναι επίσης διαθέσιμο σε μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος 6 ακίδων (IC), την οποία μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για άμεση σύνδεση με «μη έξυπνα» LED RGB της επιλογής μας. Το εν λόγω IC δεν είναι άλλο από το WS2811.

Βήμα 2: WS2812B VS. WS2812: Αποτύπωμα 4 ακίδων (✓)

Το πιο εμφανές νέο χαρακτηριστικό του WS2812B είναι ο μειωμένος αριθμός καρφιτσών (από 6 σε 4), οι οποίοι διατηρούν ένα ωραίο μέγεθος για εύκολη συγκόλλησή τους (χρησιμοποιώντας κολλητήρι με λεπτή άκρη) σε s 2mm x 1mm τακάκια σε ένα PCB. Τα 6 μαξιλάρια του παλαιότερου WS2812 καθιστούσαν λίγο δύσκολο να δρομολογήσετε τον πείρο DO μιας μονάδας στον πείρο DI του επόμενου όταν η απόσταση μεταξύ των μονάδων ήταν περιορισμένη. Με το WS2812B, η δρομολόγηση των ιχνών σε ένα PCB είναι απαλή, ιδιαίτερα όταν σχεδιάζετε διαμορφωμένες διαμορφώσεις όπως η ασπίδα Arduino που φαίνεται στις εικόνες αυτού του βήματος. Ο επιπλέον χώρος μεταξύ των μαξιλαριών WS2812B επιτρέπει:

• Δρομολογήστε εύκολα τα 3 απαραίτητα σήματα: Ισχύς, Γείωση και Δεδομένα.
• Χρησιμοποιώντας παχύτερα ίχνη για τη σύνδεση Power και Ground, γεγονός που επιτρέπει την υψηλότερη ροή ρεύματος με ασφάλεια σε PCB

Μπορούμε να δούμε στις παραπάνω εικόνες πόσο εύκολο γίνεται να δρομολογήσετε έναν πίνακα 5x8 για το Lumina Shield για το Arduino χρησιμοποιώντας αυτά τα νέα LED-για σύγκριση, συμπεριλαμβάνουμε ένα παλιό σχέδιο μιας συστοιχίας 16x16 χρησιμοποιώντας WS2812. Τα αρχεία σχεδιασμού για το Lumina Shield μπορείτε να τα βρείτε σε αυτό το αποθετήριο Github. Ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι, για λόγους που δεν μπορούμε να καταλάβουμε, η διάταξη για το WS2812B έχει μια μικρή εγκοπή στη γωνία της συσκευασίας που δείχνει τον πείρο 3 και όχι τον πείρο 1! Πρέπει να δώσουμε ιδιαίτερη προσοχή κατά τη συγκόλληση αυτών με το χέρι, έτσι ώστε να μην προσανατολίζουμε τη μονάδα όπως θα κάναμε με τα τυπικά IC (ή το WS2812, για αυτό το θέμα). *.tftable {font-size: 12.0px; χρώμα: rgb (251, 251, 251); πλάτος: 100,0% περίγραμμα-πλάτος: 1.0px; περίγραμμα-χρώμα: rgb (104, 103, 103); σύνορα-κατάρρευση: κατάρρευση? } *.tftable th {font-size: 12.0px; χρώμα φόντου: rgb (23, 21, 21); περίγραμμα-πλάτος: 1.0px; επένδυση: 8.0px; περίγραμμα στυλ: στερεό? περίγραμμα-χρώμα: rgb (104, 103, 103); text-align: left? } *.tftable tr {background-color: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {font-size: 12.0px; περίγραμμα-πλάτος: 1.0px; επένδυση: 8.0px; περίγραμμα στυλ: στερεό? περίγραμμα-χρώμα: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {background-color: rgb (23, 21, 21); } Pin # Symbol Function *Το Notch στο πακέτο υποδεικνύει αυτό το pin. 1 VDD Τροφοδοτικό LED 2 DO Έλεγχος εξόδου σήματος δεδομένων 3* VSS Ground 4 DIN Είσοδος σήματος δεδομένων ελέγχου Μια άλλη λεπτομέρεια που αξίζει να αναφερθεί είναι ότι οι ακίδες Power (VDD) και Ground (VSS) βρίσκονται διαγώνια μεταξύ τους. Έτσι, τα ίχνη που συνδέονται με αυτές τις καρφίτσες μπορεί να είναι αρκετά παχιά! Ωστόσο, αν κάνουμε το λάθος να συγκολλήσουμε τη μονάδα «αντίστροφα», θα κάνουμε βραχυκύκλωμα Power and Ground (καρφίτσες # 1 και 3). Ευτυχώς για εμάς, όπως θα δούμε στο επόμενο βήμα, το WorldSemi έχει συμπεριλάβει ένα κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας που θα αποτρέψει την καταστροφή του WS2812B από αυτό το σφάλμα-φυσικά, συνιστούμε να αποφύγετε εντελώς το λάθος:)

Βήμα 3: WS2812B VS. WS2812: Φωτεινότερα LED και βελτιωμένη ομοιομορφία χρώματος (?)

Όταν κυκλοφόρησε το WS2812B, το WorldSemi τόνισε ότι είχε φωτεινότερα LED και καλύτερη ομοιομορφία χρωμάτων από το WS2812. (Πηγή: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Ωστόσο, ελέγχοντας τα πραγματικά φύλλα δεδομένων των δύο συσκευών, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι οι προδιαγραφές για τη φωτεινότητα των LED είναι ίδιες και στις δύο: *.tftable {font-size: 12.0px; χρώμα: rgb (251, 251, 251); πλάτος: 100,0% περίγραμμα-πλάτος: 1.0px; περίγραμμα-χρώμα: rgb (104, 103, 103); σύνορα-κατάρρευση: κατάρρευση? } *.tftable th {font-size: 12.0px; χρώμα φόντου: rgb (23, 21, 21); περίγραμμα-πλάτος: 1.0px; επένδυση: 8.0px; περίγραμμα στυλ: στερεό? περίγραμμα-χρώμα: rgb (104, 103, 103); text-align: left? } *.tftable tr {background-color: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {font-size: 12.0px; περίγραμμα-πλάτος: 1.0px; επένδυση: 8.0px; περίγραμμα στυλ: στερεό? περίγραμμα-χρώμα: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {background-color: rgb (23, 21, 21); } Χρώμα Μήκος κύματος (mm) Φωτεινή ένταση (mcd) Κόκκινο 620-630 620-630 Πράσινο 515-530 1100-1400 Μπλε 465-475 200-400 Η παραπάνω εικόνα δείχνει ένα Arduino Uno συνδεδεμένο με τέσσερις σανίδες διαρροής. Δύο από αυτά φέρουν WS2812B ενώ τα άλλα δύο έχουν WS2812. Προσπαθήσαμε να χρησιμοποιήσουμε τυπικές μετρήσεις απεικόνισης για να διαπιστώσουμε εάν μπορούμε να δούμε ή όχι σημαντικές διαφορές στη φωτεινότητα ή την ομοιομορφία των χρωμάτων, αλλά τα αποτελέσματα ήταν ασαφή. Για να προσδιορίσουμε με σαφήνεια εάν οι δύο ενότητες διαφέρουν από αυτή την άποψη, θα πρέπει να πραγματοποιήσουμε κάποιες δοκιμές χρησιμοποιώντας ένα φασματοφωτόμετρο. Δεδομένου ότι δεν είχαμε κάποιο διαθέσιμο κατά τη διάρκεια αυτής της σύνταξης, μπορούμε να αναφερθούμε μόνο στις πληροφορίες στα αντίστοιχα φύλλα δεδομένων των προϊόντων: WS2812.pdf και WS2812B.pdf

Βήμα 4: WS2812B Vs. WS2812: Κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας (✓)

Ένα από τα νέα χαρακτηριστικά που μπορέσαμε να δοκιμάσουμε με απλό τρόπο ήταν το κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας που περιλαμβάνεται στο σχεδιασμό του WS2812B. Όπως δείχνει το βίντεο, η αντιστροφή των ακίδων Power and Ground μπορεί μερικές φορές να προκαλέσει ζημιά στο WS2812, αλλά όχι στη μονάδα WS2812B. Αυτή η λειτουργία είναι πολύ χρήσιμη όταν εργάζεστε με λωρίδες όπου συνήθως χρησιμοποιούμε εξωτερικά τροφοδοτικά με υψηλή ονομαστική ένταση και όπου έχουμε δει τα περισσότερα λάθη να γίνονται κατά την καλωδίωση. Συνιστούμε ακόμα τον διπλό έλεγχο των συνδέσεων και της καλωδίωσης πριν από την τροφοδοσία σε οποιοδήποτε ηλεκτρονικό κύκλωμα, αλλά ομολογουμένως είναι ωραίο να γνωρίζουμε ότι σε εκείνες τις σπάνιες περιπτώσεις που κάνουμε λάθος υπάρχει ένας μη ασφαλής μηχανισμός για την προστασία των πολύτιμων συσκευών μας.

Βήμα 5: WS2812B VS. WS2812: Βελτιωμένη εσωτερική δομή (;)

Το τελευταίο χαρακτηριστικό που συμπεριλήφθηκε στο WS812B είναι ο διαχωρισμός των δύο κύριων κυκλωμάτων στη συσκευή: έλεγχος και φωτισμός. Διαχωρίζοντας αυτά τα δύο, ο κατασκευαστής αναφέρει βελτιωμένη διάχυση θερμότητας και πιο ισχυρό έλεγχο. Αυτό είναι μακράν το πιο ασαφές για τα νέα χαρακτηριστικά, καθώς δεν έχουμε μια καλή μέθοδο για τον έλεγχο της διάχυσης θερμότητας σε ένα PCB. Για βελτιωμένη στιβαρότητα στην επικοινωνία και τη μεταφορά δεδομένων, δεν εντοπίσαμε σημαντικές διαφορές απόδοσης μεταξύ του WS2812 και του WS2812B μετά από μερικές απλές δοκιμές που εκτελέσαμε με τις δύο μονάδες δίπλα-δίπλα.

Βήμα 6: Προγραμματισμός των LEDs WS2812B RGB

Παρά τις αλλαγές που εισήχθησαν σε αυτήν την τελευταία έκδοση της οικογένειας WS28XX, το πρωτόκολλο επικοινωνίας που απαιτείται για τον έλεγχο του χρώματος και της φωτεινότητάς του παραμένει αμετάβλητο από τον προκάτοχό του. Μπορούμε ακόμα να χρησιμοποιήσουμε τις μεγάλες βιβλιοθήκες που αναπτύχθηκαν από συναδέλφους δημιουργούς από το Adafruit, PJRC και το έργο FastSPI. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με το τι συμβαίνει πραγματικά κάτω από την κουκούλα αυτών των υπέροχων συσκευών LED RGB, συγκεντρώσαμε ένα αναλυτικά λεπτομερές εγχειρίδιο που εξηγεί την εφαρμογή του πρωτοκόλλου ελέγχου λίγο -λίγο (προορίζεται για λογοπαίγνιο). Ευχαριστώ εκ των προτέρων για τον έλεγχο! Https: //www.instructables.com/id/Bitbanging-step-by-step-Arduino-control-of-WS2811-