Nâng cấp đèn LED RGB thông minh: WS2812B Vs. WS2812: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Số lượng tuyệt đối các dự án mà chúng tôi đã thấy sử dụng đèn LED RGB thông minh - cho dù đó là dải, mô-đun hay PCB tùy chỉnh - trong 3 năm qua là khá đáng kinh ngạc. Sự bùng nổ của việc sử dụng đèn LED RGB này đã đi cùng với việc giảm giá đáng kể và tăng tính dễ sử dụng của các thiết bị điện tử này. Trong số các nhà sản xuất đèn LED, WorldSemi dường như đã trở thành tiêu chuẩn thực tế đối với những người tự làm, những người có sở thích và các nhà thiết kế thiết bị điện tử đeo được. Dòng đèn LED RGB thông minh WS28XX của công ty bao gồm giao thức điều khiển dễ sử dụng, sơ đồ chân và chân thuận tiện, cùng khả năng phát quang cực kỳ sáng, tất cả đều nằm trong một gói nhỏ 5mm x 5mm. Tuy nhiên, điều thực sự đã tạo nên sự khác biệt trong thành công trên thị trường DIY của sản phẩm là giá đơn vị từ $ 0,30 đến $ 0,40 với số lượng nhỏ. Trong phiên bản mới nhất của những đèn LED này, WS2812B, WorldSemi một lần nữa đã có những cải tiến đáng kể so với người tiền nhiệm của nó, WS2812. Vì có rất ít thông tin về phiên bản tương đối mới này, chúng tôi quyết định tạo một bài hướng dẫn ngắn để làm nổi bật những nâng cấp về thiết kế và quảng cáo một số tính năng đã có của thiết bị tiện lợi này! Mức độ khó: Người mới bắt đầu + (một số quen thuộc với RGB thông minh Đèn LED) Thời gian hoàn thành: 5-10 phút

Bước 1: Danh sách vật liệu

Để làm nổi bật các tính năng của cả đèn LED RGB WS2812B và WS2812, chúng tôi có thể sử dụng các bộ phận sau: 1 x WS2812 RGB LED (hàn sẵn vào một bảng đột phá nhỏ) 1 x Bảng mạch không hàn 1 x Đầu nối Pin Breakaway, 0,1 Pitch, 8 chân Male 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield cho Arduino Solid Core Wire (các loại màu; 28 AWG) và Bộ cấp nguồn cho Wire Strippers (Tùy chọn) Cả WS2812 và WS2812B đều mang trình điều khiển LED dòng điện không đổi được nhúng, cũng như 3 đèn LED được điều khiển riêng biệt; một màu đỏ, một màu xanh lá cây và một màu xanh lam. Trình điều khiển đèn LED bao gồm: - Bộ dao động bên trong - Mạch khuếch đại và định hình lại tín hiệu - Chốt dữ liệu - Ổ đĩa đầu ra dòng điện không đổi 3 kênh, có thể lập trình - 2 cổng kỹ thuật số (đầu ra / đầu vào nối tiếp) Lưu ý: bản thân trình điều khiển đèn LED cũng có sẵn ở dạng Mạch tích hợp (IC) 6 chân, chúng tôi có thể sử dụng để kết nối trực tiếp với đèn LED RGB 'không thông minh' theo lựa chọn của chúng tôi; IC được đề cập không phải là WS2811.

Bước 2: WS2812B VS. WS2812: Dấu chân 4 chân (✓)

Tính năng mới rõ ràng nhất của WS2812B là giảm số lượng chân cắm (từ 6 xuống còn 4), giúp duy trì kích thước đẹp mắt để dễ dàng hàn chúng (sử dụng mỏ hàn có đầu nhỏ) đến các miếng đệm ~ 2mm x 1mm trên PCB. 6 miếng đệm của WS2812 cũ hơn gây khó khăn một chút khi định tuyến chân DO của một mô-đun sang chân DI của mô-đun tiếp theo khi khoảng cách giữa các mô-đun chật hẹp. Với WS2812B, việc định tuyến các dấu vết trên PCB thật dễ dàng, đặc biệt là khi thiết kế các cấu hình theo mảng như Lá chắn Arduino được hiển thị trong hình ảnh của bước này. Không gian bổ sung giữa các tấm đệm WS2812B cho phép:

• Dễ dàng định tuyến 3 tín hiệu cần thiết: Nguồn, Nối đất và Dữ liệu.
• Sử dụng các dấu vết dày hơn để kết nối Nguồn và Mặt đất, cho phép dòng điện cao hơn chạy an toàn trên PCB

Chúng ta có thể thấy trong các hình ảnh ở trên việc định tuyến một mảng 5x8 cho Lumina Shield cho Arduino trở nên dễ dàng như thế nào bằng cách sử dụng các đèn LED mới này - để so sánh, chúng tôi đưa vào thiết kế cũ của mảng 16x16 sử dụng WS2812s. Bạn có thể tìm thấy các tệp thiết kế cho Lumina Shield trên kho lưu trữ Github này. Một điều quan trọng cần lưu ý là, vì những lý do mà chúng tôi không thể hiểu được, bố cục của WS2812B có một chút khía nhỏ ở góc của gói cho biết chân 3 thay vì chân 1! Chúng ta cần phải chú ý thêm khi hàn những thứ này bằng tay, để chúng ta không định hướng mô-đun như cách chúng ta làm với các IC điển hình (hoặc WS2812, cho vấn đề đó). *.tftable {font-size: 12.0px; màu: rgb (251, 251, 251); chiều rộng: 100,0%; border-width: 1.0px; màu viền: rgb (104, 103, 103); biên giới-sụp đổ: sự sụp đổ; } *.tftable th {font-size: 12.0px; background-color: rgb (23, 21, 21); border-width: 1.0px; đệm: 8.0px; border-style: chắc chắn; màu viền: rgb (104, 103, 103); text-align: left; } *.tftable tr {background-color: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {font-size: 12.0px; border-width: 1.0px; đệm: 8.0px; border-style: chắc chắn; màu viền: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {background-color: rgb (23, 21, 21); } Chức năng Ghim # Biểu tượng * Ghim trên gói cho biết chốt này. 1 VDD LED cấp nguồn 2 DO Ngõ ra tín hiệu dữ liệu điều khiển 3 * VSS Ground 4 DIN Ngõ vào tín hiệu dữ liệu điều khiển Một chi tiết đáng nói nữa là chân Nguồn (VDD) và Chân đất (VSS) nằm chéo nhau. Do đó, các dấu vết kết nối với các chân này có thể khá dày! Tuy nhiên, nếu chúng tôi mắc sai lầm khi hàn mô-đun 'ngược', chúng tôi sẽ làm ngắn Nguồn và Tiếp đất (chân số 1 và 3). Thật may mắn cho chúng tôi, như chúng ta sẽ thấy trong bước tiếp theo, WorldSemi đã bao gồm một mạch bảo vệ phân cực ngược sẽ ngăn WS2812B bị hỏng do lỗi này - tất nhiên, chúng tôi khuyên bạn nên tránh hoàn toàn sai lầm:)

Bước 3: WS2812B VS. WS2812: LEDS sáng hơn và độ đồng nhất màu được cải thiện (?)

Khi WS2812B được phát hành, WorldSemi nhấn mạnh rằng nó có đèn LED sáng hơn và độ đồng đều màu tốt hơn so với WS2812. (Nguồn: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Tuy nhiên, kiểm tra bảng dữ liệu thực tế của hai thiết bị, chúng tôi có thể thấy rằng các thông số kỹ thuật cho độ sáng của đèn LED giống hệt nhau ở cả hai: *.tftable {font-size: 12.0px; màu: rgb (251, 251, 251); chiều rộng: 100,0%; border-width: 1.0px; màu viền: rgb (104, 103, 103); biên giới-sụp đổ: sự sụp đổ; } *.tftable th {font-size: 12.0px; background-color: rgb (23, 21, 21); border-width: 1.0px; đệm: 8.0px; border-style: chắc chắn; màu viền: rgb (104, 103, 103); text-align: left; } *.tftable tr {background-color: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {font-size: 12.0px; border-width: 1.0px; đệm: 8.0px; border-style: chắc chắn; màu viền: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {background-color: rgb (23, 21, 21); } Bước sóng màu (mm) Cường độ sáng (mcd) Đỏ 620–630 620–630 Xanh lục 515–530 1100–1400 Xanh lam 465–475 200–400 Hình ảnh trên cho thấy một Arduino Uno được kết nối với bốn bảng đột phá. Hai trong số chúng mang WS2812B trong khi hai chiếc còn lại có WS2812. Chúng tôi đã thử sử dụng các phép đo hình ảnh tiêu chuẩn để xác định xem liệu chúng tôi có thể thấy sự khác biệt đáng kể về độ sáng hoặc độ đồng nhất của màu sắc hay không, nhưng kết quả không có kết quả. Để xác định rõ ràng liệu hai mô-đun có khác nhau về mặt này hay không, chúng tôi sẽ phải thực hiện một số thử nghiệm bằng máy quang phổ. Do chúng tôi không có sẵn tại thời điểm viết bài này, chúng tôi chỉ có thể tham khảo thông tin trên bảng dữ liệu tương ứng của sản phẩm: WS2812.pdf và WS2812B.pdf

Bước 4: WS2812B Vs. WS2812: Mạch bảo vệ phân cực ngược (✓)

Một trong những tính năng mới mà chúng tôi có thể thử nghiệm một cách thẳng thắn là mạch bảo vệ phân cực ngược có trong thiết kế của WS2812B. Như video cho thấy, việc đảo ngược các chân Nguồn và Chân đất đôi khi có thể làm hỏng mô-đun WS2812, nhưng không làm hỏng mô-đun WS2812B. Tính năng này rất hữu ích khi làm việc với các dải mà chúng tôi thường sử dụng nguồn điện bên ngoài có xếp hạng cường độ dòng điện cao và chúng tôi đã thấy hầu hết các lỗi mắc phải trong quá trình đấu dây. Chúng tôi vẫn khuyên bạn nên kiểm tra kỹ các kết nối và hệ thống dây điện trước khi cấp nguồn cho bất kỳ mạch điện tử nào, nhưng phải thừa nhận rằng thật tuyệt khi biết rằng trong những trường hợp hiếm hoi khi chúng tôi mắc lỗi, có một cơ chế an toàn dự phòng để bảo vệ các thiết bị quý giá của chúng tôi.

Bước 5: WS2812B VS. WS2812: Cấu trúc bên trong được cải thiện (?)

Tính năng cuối cùng được bao gồm trong WS812B là sự tách biệt của hai mạch chính trong thiết bị: điều khiển và chiếu sáng. Bằng cách tách biệt hai điều này, nhà sản xuất báo cáo rằng khả năng tản nhiệt được cải thiện và khả năng kiểm soát mạnh mẽ hơn. Điều này cho đến nay càng ít người biết đến về các tính năng mới, vì chúng tôi không có phương pháp tốt để kiểm tra khả năng tản nhiệt trên PCB. Để cải thiện độ mạnh mẽ trong giao tiếp và truyền dữ liệu, chúng tôi không tìm thấy bất kỳ sự khác biệt đáng kể nào về hiệu suất giữa WS2812 và WS2812B sau một vài thử nghiệm đơn giản mà chúng tôi chạy với hai mô-đun cạnh nhau.

Bước 6: Lập trình đèn LED RGB WS2812B

Bất chấp tất cả những thay đổi được giới thiệu trong phiên bản mới nhất này của gia đình WS28XX, giao thức truyền thông cần thiết để kiểm soát màu sắc và độ sáng của nó vẫn không thay đổi so với người tiền nhiệm. Chúng tôi vẫn có thể sử dụng các thư viện tuyệt vời được phát triển bởi các nhà sản xuất đồng nghiệp từ Adafruit, PJRC và dự án FastSPI. Để tìm hiểu thêm về những gì thực sự diễn ra dưới lớp vỏ của thiết bị LED RGB tuyệt vời này, chúng tôi đã tổng hợp một tài liệu Có thể hướng dẫn chi tiết kỹ lưỡng giải thích việc triển khai giao thức điều khiển từng chút một (dự định chơi chữ). Cảm ơn trước vì đã xem thử! Https: //www.instructables.com/id/Bitbanging-step-by-step-Arduino-control-of-WS2811-