Подключение RGB светодиода к Arduino: Схема и пример кода

RGB светодиоды представляют собой тип светодиодов, способных излучать три основных цвета: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). Они играют важную роль в освещении, дизайне и технике, позволяя создавать широкий спектр цветов и эффектов.

Их применение разнообразно. Они используются для создания декоративного освещения, подсветки внутри помещений, в теле- и автомобильной промышленности, в телевизорах, мониторах, и многом другом. Главное преимущество RGB светодиодов — возможность получения практически любого цвета, комбинируя основные цвета: красный, зелёный и синий.

Светодиоды работают по принципу электролюминесценции, при которой происходит излучение света при прохождении тока через полупроводниковый кристалл. В случае RGB светодиодов, каждый из трёх цветовых каналов (красный, зелёный, синий) может управляться отдельно, что позволяет создавать широкий спектр цветов.

Для регулировки яркости RGB светодиодов часто используется техника ШИМ (Широтно-импульсная модуляция). Этот метод управления позволяет изменять яркость светодиода путем изменения скважности импульсов, что создает иллюзию изменения яркости при практически постоянной мощности светодиода.

ШИМ работает по принципу быстрого переключения светодиода между полностью включенным и выключенным состояниями. При этом периоды включения и выключения очень короткие — несколько миллисекунд или меньше. Чем больше доля времени, в течение которой светодиод включен, тем ярче он светит. Путем изменения скважности сигнала (доли времени включения) для каждого из каналов (R, G, B) можно регулировать интенсивность свечения каждого цвета отдельно, что позволяет создавать широкий спектр цветов и различные световые эффекты.

Существует два вида RGB светодиодов: с общим анодом и с общим катодом. Светодиоды с общим анодом имеют общий плюсовой контакт для всех цветовых каналов (R, G, B), в то время как у светодиодов с общим катодом общий минусовой контакт. Это влияет схему подключения и на способ управления светом: для светодиодов с общим анодом увеличение скважности импульсов приводит к увеличению яркости, а для светодиодов с общим катодом — уменьшение скважности для увеличения яркости света.

Для подключения RGB светодиода к Arduino и управления его яркостью через ШИМ используйте пины на Arduino, которые помечены символом “~”, так как они поддерживают ШИМ.

Разные цвета могут работать с разным напряжением, поэтому лучше использовать три отдельных резистора для каждого канала (красный, зеленый, синий), подобранных индивидуально, а не один на все.

Наши светодиоды имеют следующие характеристики:

• Номинальное напряжение зелёного и синего кристаллов 3.8 В
• Номинальное напряжение красного кристалла 2.1 В
• Номинальный ток всех кристаллов 20 мА

По закону Ома рассчитаем номиналы резисторов:

• Для зелёного и синего: R = (5 В – 3.8 В) / 20 мА = 60 Ом
• Для красного: R = (5 В – 2.1 В) / 20 мА = 60 Ом 145 Ом

Дале подберем стандартные номиналы, которые наиболее близки к нашим требованиям:

• Для зелёного и синего возьмём резистор 68 Ом
• Для красного возьмём 150 Ом

Теперь можно подключить светодиод к Arduino, используя одну и представленных ниже схем:

Для программирования мы воспользуемся Arduino IDE. Для регулировки яркости каналов RGB светодиода используется функция analogWrite(). Она предоставляет возможность создавать ШИМ импульсы на соответствующих выводах Arduino, поддерживающих данную модуляцию. Эта функция принимает значения от 0 до 255, что соответствует разрешению ШИМ в 8 бит на плате Arduino, и формирует ШИМ сигнал с изменяемой скважностью от 0 до 100 %.

Для светодиода с общим катодом, 0% скважности означает полное отключение канала, а 100% обеспечивает максимальную яркость. В случае светодиода с общим анодом, наоборот, 100% означает полное отключение, а 0% обеспечивает максимальную яркость.

Подключение RGB светодиода к Arduino даёт возможность создания многоцветного освещения и эффектов. Управляя яркостью красного, зеленого и синего каналов, можно реализовывать различные цветовые схемы и световые эффекты. Это отличная возможность для тех, кто стремится к экспериментам с электроникой и дизайном, от начинающих энтузиастов до опытных разработчиков.