ارتقاء LED های هوشمند RGB: WS2812B در مقابل WS2812: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

تعداد زیادی از پروژه هایی که در سه سال گذشته شاهد استفاده از LED های هوشمند RGB بوده ایم-اعم از نوار ، ماژول یا PCB سفارشی-بسیار شگفت آور است. این شیوع استفاده از LED RGB با کاهش چشمگیر قیمت و افزایش سهولت استفاده از این وسایل الکترونیکی همراه شده است. در بین تولیدکنندگان LED ، WorldSemi ظاهراً در بین DIYers ، علاقه مندان و طراحان لوازم الکترونیکی پوشیدنی به استانداردی واقعی تبدیل شده است. خانواده WS28XX شرکت LED های RGB هوشمند شامل یک پروتکل کنترل آسان برای استفاده ، یک پینت و ردپای مناسب و یک درخشندگی فوق العاده روشن ، همه در یک بسته کوچک 5 میلی متر در 5 میلی متر است. اما آنچه در موفقیت محصولات DIY در بازار تفاوت ایجاد کرده است قیمت واحد 0.30 تا 0.40 دلار در مقادیر کم است. در آخرین نسخه از این LED ها ، WS2812B ، WorldSemi باز هم پیشرفتهای قابل توجهی نسبت به مدل قبلی خود ، WS2812 انجام داده است. از آنجا که اطلاعات بسیار کمی در مورد این نسخه نسبتاً جدید وجود دارد ، ما تصمیم گرفتیم که یک دستورالعمل کوتاه برای برجسته سازی ارتقاء طراحی و تبلیغ برخی از ویژگی های موجود این دستگاه بسیار جذاب ایجاد کنیم! سطح دشواری: مبتدی+ (آشنایی با RGB هوشمند LED ها) زمان اتمام: 5-10 دقیقه

مرحله 1: فهرست مواد

برای برجسته کردن ویژگی های LED های WS2812B و WS2812 RGB ، می توانیم از قسمت های زیر استفاده کنیم: 1 عدد LED WS2812 RGB (از پیش لحیم شده روی تخته کوچک شکست) 1 عدد تخته نان بدون جوش 1 x اتصال دهنده پین Breakaway ، 0.1 " Pitch ، 8 پین Male 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield برای Arduino Solid Core Wire (رنگ های متنوع ؛ 28 AWG) و منبع تغذیه Wire Strippers (اختیاری) هر دو WS2812 و WS2812B دارای یک درایور LED ثابت جریان جاسازی شده ، و همچنین 3 LED جداگانه کنترل می شود ؛ یکی قرمز ، دیگری سبز و آبی. راننده LED شامل: - یک نوسان ساز داخلی - یک مدار تغییر شکل و تقویت سیگنال - یک قفل داده - یک درایو خروجی جریان ثابت 3 کانالی ، قابل برنامه ریزی - 2 پورت دیجیتال (خروجی/ورودی سریال) توجه: خود درایور LED نیز به صورت 6 پین مدار مجتمع (IC) موجود است که می توانیم از آن برای اتصال مستقیم به LED های RGB "غیر هوشمند" به انتخاب خود استفاده کنیم. IC مورد بحث غیر از WS2811 نیست.

مرحله 2: WS2812B VS. WS2812: رد پای 4 پین (✓)

بارزترین ویژگی جدید WS2812B کاهش تعداد پین (از 6 به 4) است که اندازه مناسبی را برای لحیم کاری آسان آنها (با استفاده از لحیم کاری با نوک ریز) تا پدهای 2 میلیمتر در 1 میلی متر روی PCB حفظ می کند. 6 پد WS2812 قدیمی تر ، مسیریابی پین DO یک ماژول را به پین DI بعدی ، زمانی که فاصله بین ماژول ها زیاد بود ، ایجاد کرد. با WS2812B ، مسیریابی آثار روی PCB نسیم است ، مخصوصاً هنگام طراحی تنظیمات آرایه ای مانند Arduino Shield که در تصاویر این مرحله نشان داده شده است. فضای اضافی بین پدهای WS2812B اجازه می دهد تا:

• 3 سیگنال ضروری را به راحتی مسیریابی کنید: Power ، Ground و Data.
• استفاده از آثار ضخیم تر برای اتصال Power و Ground ، که باعث می شود جریانهای بالاتر با خیال راحت بر روی PCB کار کنند

در تصاویر بالا می بینیم که مسیریابی یک آرایه 5x8 برای Lumina Shield برای آردوینو با استفاده از این LED های جدید چقدر آسان می شود-برای مقایسه ، ما یک طرح قدیمی از یک آرایه 16x16 با استفاده از WS2812 را شامل می شود. فایل های طراحی Lumina Shield را می توانید در این مخزن Github پیدا کنید. نکته مهمی که باید به آن توجه شود این است که به دلایلی که نمی توانیم درک کنیم ، طرح WS2812B دارای یک بریدگی کوچک در گوشه بسته است که به جای پین 1 ، پین 3 را نشان می دهد! هنگام لحیم کاری با دست ، باید توجه بیشتری داشته باشیم ، تا ماژول را مانند IC های معمولی (یا WS2812 ، در این مورد) جهت ندهیم. *.tftable {font-size: 12.0px؛ رنگ: rgb (251 ، 251 ، 251) ؛ عرض: 100.0٪ ؛ عرض مرز: 1.0 پیکسل؛ border-color: rgb (104 ، 103 ، 103) ؛ مرز-فروپاشی: فروپاشی؛ } *.tftable th {font-size: 12.0px؛ background-color: rgb (23 ، 21 ، 21) ؛ عرض مرز: 1.0 پیکسل؛ بالشتک: 8.0 پیکسل؛ سبک مرزی: جامد؛ border-color: rgb (104 ، 103 ، 103) ؛ text-align: left؛ } *.tftable tr {background-color: rgb (47، 47، 47)؛ } *.tftable td {font-size: 12.0px؛ عرض مرز: 1.0 پیکسل؛ بالشتک: 8.0 پیکسل؛ سبک مرزی: جامد؛ border-color: rgb (104 ، 103 ، 103) ؛ } *.tftable tbody tr: hover {background-color: rgb (23، 21، 21)؛ } عملکرد # نماد پین *بریدگی روی بسته نشان دهنده این پین است. 1 منبع تغذیه VDD LED 2 DO خروجی سیگنال داده 3* VSS Ground 4 DIN ورودی سیگنال داده کنترل یکی دیگر از نکات قابل ذکر این است که پین های Power (VDD) و Ground (VSS) به صورت مورب روی هم قرار دارند. بنابراین ، آثار متصل به این پین ها می تواند بسیار ضخیم باشد! با این حال ، اگر اشتباه کنیم که ماژول را "به عقب" لحیم می کنیم ، Power و Ground را کوتاه می کنیم (پین 1 و 3). برای ما خوش شانس ، همانطور که در مرحله بعدی خواهیم دید ، WorldSemi یک مدار حفاظت از قطبیت معکوس را شامل شده است که از آسیب WS2812B توسط این خطا جلوگیری می کند-البته ما توصیه می کنیم از اشتباه به طور کامل اجتناب کنید:)

مرحله 3: WS2812B VS. WS2812: LED های روشن تر و یکنواختی رنگ بهبود یافته (؟)

وقتی WS2812B منتشر شد ، WorldSemi تأکید کرد که LED های روشن تر و یکنواختی رنگ بهتری نسبت به WS2812 دارد. (منبع: WS2812B_vs_WS2812.pdf) با این حال ، با بررسی برگه های داده واقعی دو دستگاه ، می توانیم مشاهده کنیم که مشخصات روشنایی LED ها در هر دو یکسان است: *.tftable {font-size: 12.0px؛ رنگ: rgb (251 ، 251 ، 251) ؛ عرض: 100.0٪ ؛ عرض مرز: 1.0 پیکسل؛ border-color: rgb (104 ، 103 ، 103) ؛ مرز-فروپاشی: فروپاشی؛ } *.tftable th {font-size: 12.0px؛ background-color: rgb (23 ، 21 ، 21) ؛ عرض مرز: 1.0 پیکسل؛ بالشتک: 8.0 پیکسل؛ سبک مرزی: جامد؛ border-color: rgb (104 ، 103 ، 103) ؛ text-align: left؛ } *.tftable tr {background-color: rgb (47، 47، 47)؛ } *.tftable td {font-size: 12.0px؛ عرض مرز: 1.0 پیکسل؛ بالشتک: 8.0 پیکسل؛ سبک مرزی: جامد؛ border-color: rgb (104 ، 103 ، 103) ؛ } *.tftable tbody tr: hover {background-color: rgb (23، 21، 21)؛ } طول موج رنگ (میلی متر) شدت نورانی (mcd) قرمز 620-630 620-630 سبز 515-530 1100-1400 آبی 465-475 200-400 تصویر بالا یک Arduino Uno متصل به چهار تخته شکست را نشان می دهد. دو مورد از آنها دارای WS2812B و دو نفر دیگر دارای WS2812 هستند. ما سعی کردیم از اندازه گیری های استاندارد تصویربرداری برای تعیین اینکه آیا می توانیم تفاوت های قابل توجهی در روشنایی یا یکنواختی رنگ مشاهده کنیم یا نه ، استفاده کنیم ، اما نتایج قطعی نبود. برای اینکه بدون هیچ ابهامی مشخص شود که آیا دو ماژول از این نظر متفاوت هستند یا خیر ، باید برخی آزمایشات را با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر انجام دهیم. با توجه به اینکه ما در زمان نگارش این مقاله در دسترس نداشتیم ، فقط می توانیم به اطلاعات موجود در برگه های داده مربوط به محصولات مراجعه کنیم: WS2812.pdf و WS2812B.pdf

مرحله 4: WS2812B در مقابل WS2812: مدار حفاظت از قطبیت معکوس (✓)

یکی از ویژگی های جدیدی که ما توانستیم به طور مستقیم آزمایش کنیم ، مدار حفاظت از قطبیت معکوس است که در طراحی WS2812B گنجانده شده است. همانطور که در ویدیو نشان داده می شود ، معکوس کردن پین های Power و Ground گاهی اوقات می تواند به WS2812 آسیب برساند ، اما به ماژول WS2812B آسیب نمی رساند. این ویژگی در هنگام کار با نوارهایی که معمولاً از منبع تغذیه خارجی با درجه حرارت بالا استفاده می کنیم و در آنجا بیشترین اشتباهات را در هنگام سیم کشی مشاهده کرده ایم بسیار مفید است. ما هنوز توصیه می کنیم اتصالات و سیم کشی را قبل از استفاده از برق به هر مدار الکترونیکی بررسی کنید ، اما مسلماً خوب است بدانید که در موارد نادری که مرتکب اشتباه می شویم مکانیزم خطری برای محافظت از دستگاه های گرانبها وجود دارد.

مرحله 5: WS2812B VS. WS2812: ساختار داخلی بهبود یافته (؟)

آخرین ویژگی موجود در WS812B جداسازی دو مدار اصلی دستگاه است: کنترل و روشنایی. با جداسازی این دو ، تولید کننده از اتلاف حرارت بهبود یافته و کنترل قوی تری خبر می دهد. این ویژگی های جدید مبهم تر است ، زیرا ما روش خوبی برای آزمایش اتلاف گرما در PCB نداریم. برای افزایش استحکام در ارتباطات و انتقال داده ها ، پس از چند آزمایش ساده که با دو ماژول در کنار هم اجرا کردیم ، هیچ تفاوت قابل توجهی بین WS2812 و WS2812B پیدا نکردیم.

مرحله 6: برنامه نویسی LED های WS2812B RGB

با وجود همه تغییرات ایجاد شده در این آخرین نسخه از خانواده WS28XX ، پروتکل ارتباطی مورد نیاز برای کنترل رنگ و روشنایی آن نسبت به نسخه قبلی بدون تغییر است. ما هنوز می توانیم از کتابخانه های بزرگ ایجاد شده توسط همکاران Adafruit ، PJRC و پروژه FastSPI استفاده کنیم. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنچه واقعاً در زیر کاور این دستگاههای فوق العاده LED RGB می گذرد ، ما یک دستورالعمل کاملاً مفصل را جمع آوری کرده ایم که نحوه اجرای پروتکل کنترل را به صورت بیت به بیت توضیح می دهد. پیشاپیش برای بررسی آن متشکریم!