Arduino и адресная светодиодная лента WS2812B

19.07.2017Вольтик.руИнструкции и решения проблем, Проекты на Arduino40

В этой статье мы научимся работать с адресной светодиодной RGB лентой WS2812B. Лента состоит из RGB пикселей WS2812B в корпусе LED 5050 (физические размеры каждого элемента составляют 5×5 мм).

Адресные модули и ленты WS2812B в нашем магазине

Каждый пиксель содержит в себе красный, зелёный и синий светодиоды и контроллер ШИМ, с помощью которого можно управлять яркостью каждого светодиода и получать множество различных цветов из трёх основных.

Так как каждый WS2812B состоит из трёх светодиодов и контроллера ШИМ, будет лучше называть их пикселями, а не светодиодами. На фото справа можно увидеть устройство такого пикселя.

Arduino и адресная светодиодная лента WS2812B

Немного о характеристиках адресных светодиодов WS2812B:

Напряжение питания: 5 ± 0.5 В;
Потребление тока: ~20 мА один светодиод, т.е. ~60 мА весь пиксель.

В начале нам необходимо подключить светодиоды к Arduino. Сделать это предельно просто. Контакты +5V и GND подключаем к плюсу и минусу источника питания, соответственно. Din подключаем к любому цифровому пину Arduino, по умолчанию это будет 6-ой цифровой пин, но можно использовать любой другой.

Кроме того, желательно соединить землю Arduino с землей источника питания. Нежелательно использовать Arduino в качестве источника питания, так как выход +5V может обеспечить ток лишь в 800 мА. Этого хватит не более чем на 13 пикселей светодиодной ленты.

С другой стороны ленты есть выход Do, он подключается к следующей ленте, позволяя управлять лентами по принципу каскада, как одной. Разъём питания в конце также продублирован.

Далее будем разобираться с управлением лентой. Описание протокола управления присутствует в Datasheet к WS2812B.

Все пиксели по умолчанию подключены друг к другу последовательно. Вход Din каждого их них подключается к выходу Do следующего. Сигнал управления должен поступать на первый из них.

Команды управления подаются пакетами по 3 байта, по одному для каждого из трёх цветов. Между пакетами идет пауза длительностью 50 мкс, пауза более 100 мкс означает конец передачи.

Длительность любого бита – 1,25 мкс. Бит “1” кодируется импульсом длительностью 0,8 мкс и паузой в 0,45 мкс. Бит “0”– 0,4 и 0,85 мкс. Возможны расхождения по времени до 150 нс. Такой пакет должен быть отправлен для каждого пикселя в светодиодной ленте. На диаграмме изображён требуемый сигнал.

Глядя на данную схему, несложно догадаться, что такое невозможно воплотить в жизнь стандартными функциями Wiring, вроде digitalWrite и delay. Однако ленты WS2812B достаточно популярны и для них уже есть библиотеки на языках более низкого уровня. Вам достаточно только выбрать любую из них.

Самые популярные библиотеки:

FastLED

Поддерживает все версии Ардуино и множество протоколов передачи данных (не только для нашей ленты). Язык программирования, на котором она написана – чистый C.

Adafruit NeoPixel

Библиотека предназначена для работы со светодиодными кольцами NeoPixel Ring, разработки и производства Adafruit. Работает медленнее, обладает меньшими возможностями, но содержит в себе лишь самое нужное. Написана на C, языке ассемблера и немного на Wiring. Поддерживает всю линейку Ардуино.

Подключение WS2812B в Arduino IDE

Давайте попробуем обе библиотеки и сравним их. Напишем стандартный скетч Blink, чтобы лента загоралась красным на полсекунды и выключалась на такой же интервал.

По умолчанию, количество пикселей в ленте – 30, но при необходимости это можно изменить в скетче.

Пример с использованием библиотеки FastLED:

// Подключаем библиотеку FastLED.
#include "FastLED.h"

// Указываем, какое количество пикселей у нашей ленты.
#define LED_COUNT 30

// Указываем, к какому порту подключен вход ленты DIN.
#define LED_PIN 6

// Создаем переменную strip для управления нашей лентой.
CRGB strip[LED_COUNT];

void setup()
{
  // Добавляем ленту
  FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, RGB>(strip, LED_COUNT);
}

void loop()
{
  // Включаем все светодиоды
  for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
  {
    strip[i] = CRGB::Red; // Красный цвет.
  }
  // Передаем цвета ленте.
  FastLED.show();
  // Ждем 500 мс.
  delay(500);
  // Выключаем все светодиоды.
  for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
  {
    strip[i] = CRGB::Black; // Черный цвет, т.е. выключено.
  }
  // Передаем цвета ленте.
  FastLED.show();
  // Ждем 500 мс.
  delay(500);
}

// Подключаем библиотеку FastLED.

#include "FastLED.h"

// Указываем, какое количество пикселей у нашей ленты.

#define LED_COUNT 30

// Указываем, к какому порту подключен вход ленты DIN.

#define LED_PIN 6

// Создаем переменную strip для управления нашей лентой.

CRGB strip[LED_COUNT];

void setup()

{

// Добавляем ленту

FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, RGB>(strip, LED_COUNT);

}

void loop()

{

// Включаем все светодиоды

for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)

{

strip[i] = CRGB::Red; // Красный цвет.

}

// Передаем цвета ленте.

FastLED.show();

// Ждем 500 мс.

delay(500);

// Выключаем все светодиоды.

for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)

{

strip[i] = CRGB::Black; // Черный цвет, т.е. выключено.

}

// Передаем цвета ленте.

FastLED.show();

// Ждем 500 мс.

delay(500);

}

Скетч займёт 3758 байт в программной памяти Arduino и 187 байт ОЗУ.

Теперь попробуем тоже самое с библиотекой Adafruit NeoPixel:

// Подключаем библиотеку Adafruit NeoPixel.
#include "Adafruit_NeoPixel.h"

// Указываем, какое количество пикселей у нашей ленты.
#define LED_COUNT 30

// Указываем, к какому порту подключен вход ленты DIN.
#define LED_PIN 6

// Создаем переменную strip для управления нашей лентой.
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup()
{
  // Инициализируем ленту.
  strip.begin();
}

void loop()
{
  // Включаем все светодиоды.
  for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
  {
    strip.setPixelColor(i, strip.Color(255, 0, 0)); // Красный цвет.
  }
  // Передаем цвета ленте.
  strip.show();
  // Ждем 500 мс.
  delay(500);
  // Выключаем все светодиоды.
  for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)
  {
    strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 0, 0)); // Черный цвет, т.е. выключено.
  }
  // Передаем цвета ленте.
  strip.show();
  // Ждем 500 мс.
  delay(500);
}

// Подключаем библиотеку Adafruit NeoPixel.

#include "Adafruit_NeoPixel.h"

// Указываем, какое количество пикселей у нашей ленты.

#define LED_COUNT 30

// Указываем, к какому порту подключен вход ленты DIN.

#define LED_PIN 6

// Создаем переменную strip для управления нашей лентой.

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup()

{

// Инициализируем ленту.

strip.begin();

}

void loop()

{

// Включаем все светодиоды.

for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)

{

strip.setPixelColor(i, strip.Color(255, 0, 0)); // Красный цвет.

}

// Передаем цвета ленте.

strip.show();

// Ждем 500 мс.

delay(500);

// Выключаем все светодиоды.

for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++)

{

strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 0, 0)); // Черный цвет, т.е. выключено.

}

// Передаем цвета ленте.

strip.show();

// Ждем 500 мс.

delay(500);

}

Скетч займёт 2592 постоянной и 40 байт оперативной памяти Arduino.

Как можно увидеть, библиотека FastLED более ресурсоёмка. Кроме того, используя её в Arduino с 2 Кб ОЗУ (таковой является, например, UNO) можно управлять не более чем 600 пикселями светодиодной ленты. Это связано с тем, что на каждый пиксель резервируется 3 байта памяти.

А вот в Adafruit NeoPixel минимум нужных функций и меньший расход памяти. Какую из них использовать – ваш выбор. Удачи в проектах!

Товары, используемые в материале

Самые популярные материалы в блоге

За все время

За сегодня

Вольтик.ру

Вольтик - это слаженная команда амбициозных и заядлых инженеров. Мы создали этот проект с целью вовлечения вас, талантливых и начинающих профессионалов, в увлекательный мир мейкерской микроэлектроники!

40 комментариев. Оставить новый

Сергей

06.01.2018 21:13

Ваш код не работает. Выдаётся ошибка no matching function for call to ‘CFastLED::addLeds(CRGB [30], int)’ с указанием строки FastLED.addLeds(strip, LED_COUNT);

Arduino и адресная светодиодная лента WS2812B

Адресные модули и ленты WS2812B в нашем магазине

Светодиодная лента WS2812B (30-60 LED / IP30-IP67)

WS2812 – светодиодный модуль (8 светодиодов)

NeoPixel 12 – кольцо из светодиодов WS2812B

NeoPixel 16 – кольцо из светодиодов WS2812B

Подключение WS2812B в Arduino IDE

Товары, используемые в материале

Arduino Uno R3 (ATmega 328P / CH340G)

NeoPixel 12 – кольцо из светодиодов WS2812B

WS2812 – светодиодный модуль (8 светодиодов)

Шлейф проводов «Папа — Папа» (20см, 40шт.)

Самые популярные материалы в блоге

За все время

За сегодня

40 комментариев. Оставить новый

Добавить комментарий Отменить ответ