Все про керування SMART-стрічками
- Контролери та мікроконтролери
- Протокол SPI (Serial Peripheral Interface)
- Протокол DMX (Digital Multiplex)
- Загальні рекомендації
Світлодіодні стрічки давно не новина. Всі ми бачили відеовивіски, які привертають увагу покупців до торгового центру, просто ваблять і запрошують їх туди зайти, а світлодіодні екрани – така ж риса сучасного мегаполісу, як і білборди з обіцянками політиків. Але ж вони, по суті, складаються зі SMART-стрічок. І ці світлодіодні стрічки аж ніяк не прості RGB-стрічки.
![SMART-стрічки](https://f00.psgsm.net/content/12883/SMART.jpg)
У чому ж відмінність між простими RGB-стрічками та SMART-стрічками? А ось у чому: в SMART-стрічках є мікросхеми керування, які встановлюються прямо на стрічку. Вони можуть керувати:
- усіма діодами нараз;
- кожним діодом окремо;
- пікселями (тобто, групою світлодіодів).
Загалом у SMART-стрічках, як і у звичайних RGB-стрічках, є піксельні контролери, які здійснюють керування, а саме, формують сигнал. Вони ж допомагають задати довжину стрічки і обрати черговість RGB-каналів (RGB - червоний, зелений, синій; BGR - синій, зелений, червоний і т.д.). Як наслідок, відтворений колір буде збігатися з вказаним програмою кольором (запрограмований червоний колір буде відтворюватися червоним, зелений – зеленим і т.д.).
![LED-контролер](https://f00.psgsm.net/content/12883/controller.png)
Контролери та мікроконтролери
Існують контролери трьох типів:
- Контролери з встановленим набором ефектів. Програми вводяться до пам’яті приладу на заводі-виробнику. Тому ви можете обрати лише з уже встановленого списку ефектів і потім керувати кількома його параметрами. Максимальне число програм в одному контролері – 300.
- Програмовані. Ви пишете програми (на комп'ютері) самостійно за допомогою LedBuild, LedEdit і т.д., але ці програми запускаються із SD-карти.
- Online-контролери. Програми пишуться і запускаються з комп'ютера, а контролер можна під’єднати до комп'ютера по локальній мережі або через USB-порт. Тут теж використовують спеціальне програмне забезпечення, наприклад, LED Studio.
У SMART-стрічках сформований сигнал потрапляє далі на мікросхеми, встановлені на стрічці. Це так само мікроконтролери, лише спеціалізовані. Їх ще називають драйверами. Після прийняття сигналу драйвер його розшифровує (декодує) і потім керує характеристиками світлодіода, а саме, кольором і яскравістю світіння. Якщо ви знаєте, який тип драйверів на ваших стрічках, ви легко підберете і правильно налаштуєте контролер для керування модулями або стрічкою. Параметри (характеристики) стрічки завжди вказують тип драйверів.
Переважно контролери сумісні не з одним, а з декількома типами драйверів. Саме тому в параметрах контролера ви завжди можете ознайомитися зі списком сумісних драйверів (мікроконтролерів). Цей перелік є також у ПО до вашого контролера (якщо ви пишете програми самостійно і користуєтеся спеціальним програмним забезпеченням). Виробники регулярно оновлюють списки драйверів.
Є два широких класи мікроконтролерів (драйверів). Перший клас використовує цифровий інтерфейс SPI (послідовний периферійний інтерфейс) і зустрічається набагато частіше. Другий клас – мікроконтролери з протоколом DMX (цифрове мультиплексування). Це основна – і принципова – відмінність між ними. Зупинімося на класах драйверів докладніше.
![SPI](https://f00.psgsm.net/content/12883/SPI.jpg)
Протокол SPI (Serial Peripheral Interface)
У протоколі SPI дані передаються послідовно – від пікселя до пікселя – по всьому ланцюгові. На перший піксель подається заданий цифровий ряд керування стрічкою. Драйвер цього пікселя «привласнює» собі початкову частину інформації, а решта даних рухаються на другий піксель. На драйвері другого пікселя відбувається те ж саме: початкова частина даних «залишається», а решта передається на наступний мікроконтролер і т.д. У цьому протоколі не потрібна персональна адреса для кожного драйвера. Адже адреса мікроконтролера – розташування пікселя в загальній послідовності пікселів.
В SPI-протоколі можна використовувати два сигнальні проводи (DATA і CLK) або один (DATA). З двома сигнальними проводами стрічки (модулі) стабільніше працюють на високих швидкостях обміну, у них менша затримка інформації та вища частота оновлення.
Малюнки нижче показують різні схеми під'єднання SMART-стрічки та контролера в SPI-протоколі.
![SPI-протокол (DATA і CLK)](https://f00.psgsm.net/content/12883/SPIDATACLK_uk.jpg)
![SPI-протокол (DATA)](https://f00.psgsm.net/content/12883/SPIDATA_uk.jpg)
А зараз розповімо про другий клас мікроконтролерів, де використовується протокол (інтерфейс) іншого типу.
![DMX-протокол](https://f00.psgsm.net/content/12883/dm1.jpg)
Протокол DMX (Digital Multiplex)
При використанні DMX-інтерфейсу сигнал надходить на всі модулі одночасно, тобто на всі драйвери.
![Модулі з DMX-протоколом](https://f00.psgsm.net/content/12883/DMX_uk.jpg)
Перевага цього протоколу в тому, що при пошкодженні одного модуля продовжують працювати всі інші модулі. Але візьміть до уваги, що кожен драйвер повинен мати свою персональну адресу. Якщо ж у ланцюзі поміняти місцями драйвери (мікроконтролери), то пікселі у програмі зміняться, і світловий ефект відповідно порушиться. Сигнал передається через DATA + та DATA -.
Переваги SPI-інтерфейсу:
- не прописується адреса, отже, немає потреби в редакторі адрес;
- піксель не прив'язаний до місця у загальному ланцюжку, тому малюнок у відтвореній програмі не порушиться, якщо ви поміняєте місцями компоненти вашої світлодіодної стрічки або пікселі;
- на одну лінію можна під’єднати більше 1024 пікселів (якщо ваш контролер підтримує таку кількість).
Переваги DMX-інтерфейсу:
- протокол сумісний з обладнанням, що підтримує DMX512 (стандартний протокол), наприклад, DMX-пульти. При використанні цього інтерфейсу ви можете під’єднати до 170 пікселів на одну DMX-шину (170 пікселів, кожен має по три адреси, разом 510 адрес);
- зображення не спотворюється, а система продовжує стабільно працювати, якщо один із модулів відмовляє.
Схема під’єднання за протоколами SPI та DMX, представлена нижче, допоможе вам під’єднати світлодіодні стрічки, використовуючи обидва інтерфейси.
![Об'єднання декількох SMART-стрічок](https://f00.psgsm.net/content/12883/JOIN_uk.jpg)
Встановлюючи стрічки /модулі та налаштовуючи керування, дотримуйтеся рекомендацій, поданих нижче.
Загальні рекомендації
1. Стрілки та маркування
На пікселях (або на стрічці) є стрілки. Вони вказують напрямок даних. При під’єднанні обов'язково дотримуйтесь цього напрямку. Затим переконайтеся, що напрямок – ВІД КОНТРОЛЛЕРА. Також пам'ятайте про маркування. DI або DIN на контактах – це «вхід» (під’єднуйте контакти до виходу контролера). DO або DOUT – «вихід» (під’єднуйте контакти до подальших пікселів).
2. Напруга на стрічці
Напруга на стрічці не повинна перевищувати її номінальної напруги. Якщо під'єднати стрічку в 5В до джерела живлення 12В, вона обов'язково вийде з ладу.
3. Полярність та тип входу/виходу
Обережно і уважно під’єднуйте стрічку: варто вам припуститися помилки з полярністю («плюс» і «мінус» виводів) або випадково під'єднати вихід живлення до входу даних, і ваша RGB-стрічка припинить роботу.
4. Окреме джерело живлення для кожної стрічки
Якщо у вас кілька RGB-стрічок, під’єднуйте живлення окремо до кожної з них. Адже проводи DATA та GND приєднують послідовно (там, де в однієї стрічки вихід, а в іншої – вхід), а живлення подають на кожну стрічку окремо. Навіть якщо у вас одне потужне джерело живлення для декількох стрічок, проведіть від нього кабель до кожної стрічки. Пам'ятайте, що струм на стрічці може бути дуже високим, і тоді напруга на проводах падає. Через це міняється колір, а ще трапляються порушення, збої і помилки в керуванні пікселями.
5. Переріз кабелю
![Блок живлення](https://f00.psgsm.net/content/12883/BLOKY1.jpg)
Розраховуючи переріз кабелю, виходьте з довжини кабелю та кількості енергії, яку стрічка споживає. Ви так робите, вибираючи кабель для звичайних RGB-стрічок. Зазвичай доречно користуватися декількома блоками живлення(малої потужності) для кожної стрічки, а не одним потужним джерелом. Обов'язково розміщуйте їх поблизу стрічок. Користуючись окремими блоками живлення, ви уникнете проблем, викликаних падінням напруги.
6. Живлення з обох сторін стрічки
Якщо у вашій стрічці висока концентрація діодів і низька напруга живлення (наприклад, 5В), подавайте живлення з обох кінців стрічки. Якщо ж стрічка споживає багато струму, і напруга в ній падає, то колір аналогічних діодів на початку та в кінці стрічки може бути різним. Окрім того, при недостатньому живленні на кінцях стрічки можуть з'являтися збої в керуванні діодами, особливо якщо для всіх діодів вибрати статичний білий колір, у якого максимальні вимоги щодо кількості струму. Це питання також можна вирішити. Наприклад, щоб усунути такий ефект, деякі контролери автоматично знижують яскравість світіння, якщо напруга живлення контролера – 5 Вольт, і програмно виставлено білий колір.
7. Рівень напруги
Джерела живлення стрічки і контролера можуть мати різну вихідну напругу (наприклад, у стрічки – 5В, а у контролера – 12В). Важливо переконатися, що у стрічки / контролера і у блока живлення, до якого вони під'єднуються, однакова вихідна напруга. Якщо ж і контролер, і стрічка мають ідентичну напругу живлення (наприклад, 12 В), сміливо користуйтеся спільним джерелом живлення.
8. Экранований кабель та конвертер
![Екранований кабель](https://f00.psgsm.net/content/12883/ekran1.jpg)
Для передавання від контролера до стрічки сигналу керування використовуйте екранований кабель, наприклад, кабель кручена пара для комп'ютерних мереж (UTP). Він захищає від зовнішніх перешкод. Максимальна довжина кабелю – 10 м. Якщо сигнал керування передається на значну відстань (до 200 м), то з боку контролера використовуйте конвертер сигналу з TTL в RS485, а з боку стрічки – навпаки, тобто конвертер RS485 -> TTL.
9. Рівномірний розподіл пікселів
Якщо у вашій системі > 1024 пікселів, беріть контролери, у яких більше одного вихідного порту, і пам'ятайте, що потрібно обов'язково рівномірно розподіляти пікселі між цими портами.
Керуючись цими рекомендаціями, ви зможете втілити в життя найрізноманітніші проекти – чи це прості світлові доріжки, чи мультимедійні світлодіодні екрани, чи відеовивіски.