Aufrüsten von Smart RGB-LEDs: WS2812B vs. WS2812: 6 Schritte

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Die schiere Anzahl von Projekten, die wir in den letzten 3 Jahren mit Smart RGB-LEDs gesehen haben – seien es Streifen, Module oder kundenspezifische Leiterplatten – ist ziemlich erstaunlich. Dieser Ausbruch der RGB-LED-Nutzung ging Hand in Hand mit einem deutlichen Preisverfall und einer erhöhten Benutzerfreundlichkeit dieser elektronischen Geräte. Unter den LED-Herstellern hat sich WorldSemi anscheinend zum De-facto-Standard bei Heimwerkern, Bastlern und Designern tragbarer Elektronik entwickelt. Die WS28XX-Familie von Smart RGB-LEDs des Unternehmens umfasst ein benutzerfreundliches Steuerprotokoll, eine praktische Pinbelegung und Grundfläche sowie eine unglaublich helle Lumineszenz, alles in einem winzigen 5 mm x 5 mm großen Gehäuse. Aber was den Heimwerkermarkterfolg der Produkte wirklich beeinflusst hat, ist der Stückpreis von 0,30 bis 0,40 US-Dollar in kleinen Mengen. In der neuesten Version dieser LEDs, der WS2812B, hat WorldSemi gegenüber seinem Vorgänger, dem WS2812, noch einmal deutliche Verbesserungen vorgenommen. Da es sehr wenige Informationen zu dieser relativ neuen Version gibt, haben wir uns entschlossen, eine kurze Anleitung zu erstellen, um die Design-Upgrades hervorzuheben und einige der bereits vorhandenen Funktionen dieses raffinierten Geräts zu bewerben! Schwierigkeitsgrad: Anfänger + (etwas Vertrautheit mit Smart RGB LEDs)Zeit bis zur Fertigstellung: 5-10 Minuten

Schritt 1: Materialliste

Um die Funktionen der WS2812B und der WS2812 RGB LEDs hervorzuheben, können wir die folgenden Teile verwenden: 1 x WS2812 RGB LED (vorgelötet auf einer winzigen Breakout-Platine) 1 x Lötfreies Steckbrett 1 x Breakaway Pin Connector, 0,1 Rastermaß, 8-Pin-Stecker 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield für Arduino Solid Core Wire (verschiedene Farben; 28 AWG) und Abisolierzangen Netzteil (optional) Sowohl WS2812 als auch WS2812B verfügen über einen integrierten Konstantstrom-LED-Treiber, sowie 3 einzeln ansteuerbare LEDs, eine rote, eine grüne und eine blaue Der LED-Treiber besteht aus: - einem internen Oszillator - einer Signalumformungs- und Verstärkungsschaltung - einem Daten-Latch - einem programmierbaren 3-Kanal-Konstantstrom-Ausgangstreiber - 2 digitale Ports (serieller Ausgang/Eingang)Hinweis: Der LED-Treiber selbst ist auch in Form einer 6-poligen integrierten Schaltung (IC) erhältlich, mit der wir direkt an 'nicht-smarte' RGB-LEDs unserer Wahl anschließen können; die Der fragliche IC ist kein anderer als der WS2811.

Schritt 2: WS2812B VS. WS2812: 4-Pin-Footprint (✓)

Das offensichtlichste neue Merkmal des WS2812B ist eine reduzierte Anzahl von Pins (von 6 auf 4), die eine schöne Größe beibehalten, um sie leicht (mit einem Lötkolben mit feiner Spitze) auf ~ 2 mm x 1 mm Pads auf einer Leiterplatte zu löten. Die 6 Pads des älteren WS2812 machten es etwas schwierig, den DO-Pin eines Moduls zum DI-Pin des nächsten zu führen, wenn die Abstände zwischen den Modulen eng waren. Mit dem WS2812B ist das Routing der Leiterbahnen auf einer Leiterplatte ein Kinderspiel, insbesondere beim Entwerfen von Array-Konfigurationen wie dem in den Bildern dieses Schritts gezeigten Arduino Shield. Der zusätzliche Platz zwischen den WS2812B-Pads ermöglicht:

• Einfaches Routing der 3 erforderlichen Signale: Strom, Masse und Daten.
• Verwendung dickerer Leiterbahnen zum Verbinden von Strom und Masse, wodurch höhere Ströme sicher auf einer Leiterplatte ausgeführt werden können

Wir können in den obigen Bildern sehen, wie einfach es wird, ein 5x8-Array für das Lumina Shield für Arduino mit diesen neuen LEDs zu routen. Zum Vergleich schließen wir ein altes Design eines 16x16-Arrays mit WS2812s ein. Die Designdateien für das Lumina Shield finden Sie in diesem Github-Repository. Es ist wichtig zu beachten, dass das Layout des WS2812B aus nicht nachvollziehbaren Gründen eine kleine Kerbe an der Ecke des Gehäuses hat, die Pin 3 und nicht Pin 1 anzeigt! Beim Löten von Hand müssen wir besonders aufpassen, dass wir das Modul nicht wie bei typischen ICs (oder dem WS2812) ausrichten. *.tftable { Schriftgröße: 12.0px; Farbe: RGB(251, 251, 251); Breite: 100,0%; Rahmenbreite: 1.0px; Rahmenfarbe: rgb(104, 103, 103); Grenzkollaps: Kollaps; } *.tftable th { Schriftgröße: 12.0px; Hintergrundfarbe: rgb(23, 21, 21); Rahmenbreite: 1.0px; Polsterung: 8.0px; Bordüre-Stil: solide; Rahmenfarbe: rgb(104, 103, 103); Textausrichtung: links; } *.tftable tr { Hintergrundfarbe: rgb(47, 47, 47); } *.tftable td { Schriftgröße: 12.0px; Rahmenbreite: 1.0px; Polsterung: 8.0px; Bordüre-Stil: solide; Rahmenfarbe: rgb(104, 103, 103); } *.tftable tbody tr:hover { Hintergrundfarbe: rgb(23, 21, 21); } Pin # Symbol Funktion *Die Kerbe auf der Verpackung zeigt diesen Pin an. 1 VDD Stromversorgungs-LED 2 DO Steuerdatensignalausgang 3* VSS Masse 4 DIN Steuerdatensignaleingang Ein weiteres erwähnenswertes Detail ist, dass die Pins Power (VDD) und Masse (VSS) diagonal übereinander liegen. Daher können die Leiterbahnen, die mit diesen Stiften verbunden sind, ziemlich dick sein! Wenn wir jedoch den Fehler machen, das Modul "rückwärts" zu löten, würden wir Power und Ground (Pin # 1 und 3) kurzschließen. Zum Glück für uns, wie wir im nächsten Schritt sehen werden, hat WorldSemi eine Verpolungsschutzschaltung eingebaut, die verhindert, dass der WS2812B durch diesen Fehler beschädigt wird - wir empfehlen natürlich, den Fehler ganz zu vermeiden:)

Schritt 3: WS2812B VS. WS2812: Hellere LEDs & verbesserte Farbgleichmäßigkeit (?)

Als der WS2812B auf den Markt kam, betonte WorldSemi, dass er hellere LEDs und eine bessere Farbgleichmäßigkeit als der WS2812 habe. (Quelle: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Wenn wir uns jedoch die aktuellen Datenblätter der beiden Geräte ansehen, können wir feststellen, dass die Spezifikationen für die Leuchtdichte der LEDs in beiden identisch sind: *.tftable { font-size: 12.0px; Farbe: RGB(251, 251, 251); Breite: 100,0%; Rahmenbreite: 1.0px; Rahmenfarbe: rgb(104, 103, 103); Grenzkollaps: Kollaps; } *.tftable th { Schriftgröße: 12.0px; Hintergrundfarbe: rgb(23, 21, 21); Rahmenbreite: 1.0px; Polsterung: 8.0px; Bordüre-Stil: solide; Rahmenfarbe: rgb(104, 103, 103); Textausrichtung: links; } *.tftable tr { Hintergrundfarbe: rgb(47, 47, 47); } *.tftable td { Schriftgröße: 12.0px; Rahmenbreite: 1.0px; Polsterung: 8.0px; Bordüre-Stil: solide; Rahmenfarbe: rgb(104, 103, 103); } *.tftable tbody tr:hover { Hintergrundfarbe: rgb(23, 21, 21); } Farbe Wellenlänge (mm) Lichtstärke (mcd) Rot 620–630 620–630 Grün 515–530 1100–1400 Blau 465–475 200–400 Das Bild oben zeigt einen Arduino Uno, der mit vier Breakout-Boards verbunden ist. Zwei von ihnen tragen einen WS2812B, während die anderen beiden einen WS2812 haben. Wir haben versucht, mit Standard-Imaging-Messungen festzustellen, ob wir signifikante Unterschiede in der Helligkeit oder Farbgleichmäßigkeit sehen konnten, aber die Ergebnisse waren nicht eindeutig. Um eindeutig feststellen zu können, ob sich die beiden Module diesbezüglich unterscheiden, müssten wir einige Tests mit einem Spektralfotometer durchführen. Da wir zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels noch keines verfügbar hatten, können wir uns nur auf die Informationen in den jeweiligen Datenblättern der Produkte beziehen: WS2812.pdf und WS2812B.pdf

Schritt 4: WS2812B vs. WS2812: Verpolungsschutzschaltung (✓)

Eine der neuen Funktionen, die wir auf einfache Weise testen konnten, war die im Design des WS2812B enthaltene Verpolungsschutzschaltung. Wie das Video zeigt, kann das Vertauschen der Power- und Ground-Pins manchmal das WS2812 beschädigen, aber nicht das WS2812B-Modul. Diese Funktion ist sehr nützlich, wenn Sie mit Strips arbeiten, bei denen wir normalerweise externe Netzteile mit hoher Stromstärke verwenden und bei denen die meisten Fehler bei der Verdrahtung gemacht wurden. Wir empfehlen immer noch, die Anschlüsse und die Verkabelung noch einmal zu überprüfen, bevor Sie einen elektronischen Schaltkreis mit Strom versorgen, aber zugegebenermaßen ist es schön zu wissen, dass in den seltenen Fällen, in denen wir einen Fehler machen, ein ausfallsicherer Mechanismus zum Schutz unserer wertvollen Geräte vorhanden ist.

Schritt 5: WS2812B VS. WS2812: Interne Struktur verbessert (?)

Die letzte im WS812B enthaltene Funktion ist eine Trennung der beiden Hauptstromkreise im Gerät: Steuerung und Beleuchtung. Durch die Trennung dieser beiden berichtet der Hersteller von einer verbesserten Wärmeableitung und einer robusteren Steuerung. Dies ist bei weitem die undurchsichtigere der neuen Funktionen, da wir keine gute Methode zum Testen der Wärmeableitung auf einer Leiterplatte haben. Für die verbesserte Robustheit in der Kommunikation und Datenübertragung konnten wir nach einigen einfachen Tests, die wir mit den beiden Modulen nebeneinander durchgeführt haben, keine signifikanten Leistungsunterschiede zwischen dem WS2812 und dem WS2812B feststellen.

Schritt 6: Programmierung der WS2812B RGB-LEDs

Trotz aller Änderungen, die in dieser neuesten Version der WS28XX-Familie eingeführt wurden, bleibt das Kommunikationsprotokoll, das zur Steuerung von Farbe und Helligkeit benötigt wird, gegenüber seinem Vorgänger unverändert. Wir können immer noch die großartigen Bibliotheken verwenden, die von anderen Machern von Adafruit, PJRC und dem FastSPI-Projekt entwickelt wurden. Um mehr darüber zu erfahren, was wirklich unter der Haube dieser wunderbaren RGB-LED-Geräte vor sich geht, haben wir eine gründlich detaillierte Anleitung zusammengestellt, die die Implementierung des Steuerprotokolls Stück für Stück erklärt (Wortspiel beabsichtigt). Vielen Dank im Voraus fürs Auschecken!