Блог

RGB подсветка: что это, где применяется, как подобрать светодиодную ленту, что значит цвет свечения

Светильникinfo

Что нужно для подключения

Нам понадобятся:

Лента со светодиодами.
Блок питания.
RGB-контроллер в комплекте с пультом управления (необязательно).
RGB-усилитель (в некоторых случаях).

В первую очередь выбираем блок питания. Включение линии светодиодов напрямую в сеть 220в недопустимо, она сразу перегорит. Они рассчитаны на напряжение 12 и 24 вольта и постоянный ток. БП преобразует ток в сети (он, как правило, переменный) в постоянный и понижает напряжение. Характеристики ленты написаны на этикетке.

БП рекомендуем выбирать с запасом хотя бы 30%. Если характеристики с лентой будут совпадать, то блок станет работать на износ, и срок его службы сократится.

RGB-контроллер подключается в цепи между БП и светодиодами. Он регулирует яркость и цвет светодиодов.

Если контроллер не нужен, то можно подключить к питанию напрямую. Тогда нужно к «+» контакту блока (некоторые виды БП называют драйверами) присоединить «+» проводок ленты. А к «-» драйвера сразу три цветовых провода.

В некоторых случаях для того, чтобы правильно подключить rgb ленту, необходимо добавить в цепь усилитель. Об этом ниже.

Немного теории

Я думаю все знают, что свет – это поток фотонов, но в то же время он является электромагнитной волной, излучением. Человеческий глаз воспринимает очень узкий диапазон этого излучения: приблизительно от 390 до 790 ТГц (террагерц), так называемое видимое излучение или видимый свет. “Ориентироваться” в этом диапазоне электромагнитного излучения принято в обратной величине – длине волны, измеряемой в данном случае в нанометрах (нм): человеческий глаз видит излучение в диапазоне от ~400 нм (фиолетовый) до ~800 нм (красный). Между синим и красным есть ещё один важный цвет – зелёный:

Красный (Red,R), зелёный (Green,G) и синий (Blue,B) являются основными цветами: смешивая эти три цвета в разных пропорциях можно получить плюс-минус все остальные цвета.

Этот наглядный “двухмерный” случай с кругами вы тоже скорее всего видели. Если раскручивать тему дальше, то можно задаться интенсивностью каждого цвета и получить итоговый цвет как функцию от трёх переменных, или жетрёхмерное цветовое пространство RGB. Если интенсивности всех трёх цветов равны нулю – получится чёрный цвет, если все три максимальны – белый, а всё что между – оттенки:

На картинке выше интенсивность каждого цвета представлена диапазоном 0-255. Знакомое число, не правда ли? Всё верно, в большинстве применений диапазон каждого цвета кодируется одним байтом, потому что это удобно с точки зрения программирования и достаточно с точки зрения глаза: три цвета – три байта – 256*256*256 == 16.8 миллионов оттенков. Да, именно эта цифра часто фигурирует в рекламах смартфонов и телевизоров, и именно столько оттенков мы можем абсолютно не напрягаясь получить при использовании Arduino и RGB светодиодов, о чём и поговорим в этом уроке.

Схема подключения без усилителя

Данная схема подключения rgb ленты НЕПРАВИЛЬНАЯ.

потому что участки ленты через каждые 5 метров должны подключаться только параллельно.

Это связано с тем, что, во-первых, при последовательном соединении диоды потускнеют на конце участка из-за потерь. Во-вторых, токопроводящие дорожки светодиодной линии не рассчитаны на большую длину, они будут перегреваться.

С усилителем

Когда мощность RGB слишком высокая для контроллера, добавляем в цепь усилитель. Последовательность соединения такая: БП, контроллер, 1-ый участок ленты, усилитель, 2-ой участок.

Если суммарная мощность контроллера и усилителя не выше, чем у БП, используем такую схему:

В случае превышения мощности добавляем еще один БП, и собираем по следующей схеме:

К блоку питания

Когда пользователю не нужно многорежимное управление, можно подключить rgb ленту напрямую к питанию. Два или более участка соединяем параллельно:

Мощные светодиоды подключаются по-другому. Присоединяем к БП с двух концов, как показано ниже:

Как подключить к контроллеру

Начинающие радиолюбители часто задаются этим вопросом.

При покупке контроллера в первую очередь обращайте внимание на совместимость характеристик с вашей светодиодной лентой. Написано в инструкции и на этикетке.

RGB светодиоды

RGB светодиод представляет собой по сути три светодиода в одном корпусе. Чтобы не плодить лишние выводы, все аноды или катоды светодиодов объединяются и получается 4 контакта: R, G, B и общий. Общим может быть как минус-катод (Common Cathode), так и плюс-анод (Common Anode):

Также на этой картинке показана распиновка типичного RGB светодиода: самая длинная нога – общий вывод, крайняя рядом с ней – красный, с другой стороны зелёный дальняя крайняя – синий.

К Arduino такой светодиод подключается точно так же, как если бы мы подключали три отдельных светодиода (читай предыдущий урок про светодиоды): на каждый цвет нужен токоограничивающий резистор, а общую ногу нужно подключать в зависимости от того, анод она или катод.

Можно управлять каждым цветом точно так же, как если бы это были отдельные светодиоды. Также не забываем про подключение: если у светодиода общий катод, то высокий сигнал (digitalWrite(pin, HIGH);) с управляющих пинов будет включать выбранный цвет, а если общий анод – то выключать. Соответственно плавное управление яркостью при помощи ШИМ работает по той же логике: у общего катода analogWrite(pin, 200); включит цвет почти на полную яркость, а у общего анода – почти полностью погасит.

RGB светодиоды можно дёшево найти на Aliexpress, а именно:

Матовые общий катод
Матовые общий анод
Прозрачные общий катод
Прозрачные общий анод

В качестве магазина рекомендую CHANZON, самые хорошие светодиоды и чипы/матрицы.

Типичные ошибки при подключении

Мы собрали ТОП-ошибок при сборке RGB светодиодной ленты:

Выбор слабого блока питания, с мощностью «впритык». Дело в том, что потребляемая светодиодами мощность колеблется при работе, то в плюс, то в минус. Запас БП рекомендуем 30% или больше.
Монтаж без теплоотвода. При мощности более 25 ватт/метр светодиоды сильно греются, потому для них нужен теплоотводящий материал. Подойдет в таком случае алюминиевый профиль. Иначе диоды постепенно потеряют мощность, а потом и выйдут из строя.
Неверная последовательность подключения. Напоминаем: блок питания – контроллер – лента – усилитель – лента. Все остальные схемы (без контроллера и/или усилителя) смотрите выше.

Программирование

Программирование эффектов для управления RGB цветом заключается в изменении интенсивностей трёх цветов, то есть трёх численных значений. У меня есть мощная библиотека для RGB светодиодов и лент, в ней реализовано очень много различных удобных инструментов для работы с цветом. Например плавная смена цвета по спектру будет выглядеть вот так:

#include «GyverRGB.h» GRGB diode(6, 5, 3); // куда подключены цвета (R, G, B) void setup() { } void loop() { byte H = analogRead(0) / 4; // получаем 0-255 // меняем только цвет. Яркость и насыщенность максимум diode.setHSV(H, 255, 255); }

В рамках этого урока мы рассмотрим некоторые алгоритмы, потому что это интересно и может пригодиться где-то ещё.

Хранение цвета

Что касается хранения цветовой информации, то это могут быть как три отдельных байта byte r, g, b;, так и более крупный тип данных, например так: long color;. Во втором случае цвет принято записывать в HEX представлении: красный, зелёный и синий байты идут друг за другом 0xRRGGBB. Напомню, что один байт в 16-ричном представлении может иметь значение от 0x00 (0) до 0xFF (255). Таким образом например цвет 0xBBA000 – жёлтый средней яркости (0xBB красный, 0xA0 зелёный, 0x0 синий). Такое представление чаще всего встречается в веб-разработке, при работе с микроконтроллером удобнее хранить цвет в байтах. Вот так можно конвертировать цвет из HEX в байты и наоборот:

// например цвет в HEX long val = 0x12ff34, val2; byte r, g, b; // разбиваем val на байты по цветам RRGGBB r = (val 16) & 0xFF; g = (val

& 0xFF; b = val & 0xFF; // склеиваем обратно в long val2 = ((long)r << 16) | ((long)g << | b; // тут val2 == 0x12ff34

Может пригодиться при связке Arduino и веба.

Включение цветов

Как я уже писал выше, включение того или иного цвета производится точно так же, как в уроке про обычные светодиоды. Для плавного управления яркостью используется ШИМ сигнал.

#define R_PIN 3 #define G_PIN 5 #define B_PIN 6 void setup() { pinMode(R_PIN, OUTPUT); pinMode(G_PIN, OUTPUT); pinMode(B_PIN, OUTPUT); // работаем с общим анодом // цвет бирюзовый не на всю яркость analogWrite(R_PIN, 255); analogWrite(G_PIN, 10); analogWrite(B_PIN, 10); } void loop() { }

Для плавного управления цветом можно использовать потенциометры:

#define R_PIN 3 #define G_PIN 5 #define B_PIN 6 void setup() { pinMode(R_PIN, OUTPUT); pinMode(G_PIN, OUTPUT); pinMode(B_PIN, OUTPUT); } // потенциометры на A0, A1 и A2 void loop() { analogWrite(R_PIN, 255 — analogRead(0)); analogWrite(G_PIN, 255 — analogRead(1)); analogWrite(B_PIN, 255 — analogRead(2)); }

Цветовое колесо

Первый очевидный эффект – плавное перетекание одного цвета в другой. Это можно сделать линейно, вот таким образом:

Реализовать это можно просто через условия. Продолжим предыдущий пример:

#define R_PIN 3 #define G_PIN 5 #define B_PIN 6 void setup() { pinMode(R_PIN, OUTPUT); pinMode(G_PIN, OUTPUT); pinMode(B_PIN, OUTPUT); } void loop() { // плавно проходимся по всем цветам static int counter = 0; counter += 10; colorWheel(counter); delay(100); } // включает цвет по цветовому колесу, принимает 0-1530 void colorWheel(int color) { byte _r, _g, _b; if (color <= 255) { // красный макс, зелёный растёт _r = 255; _g = color; _b = 0; } else if (color 255 && color <= 510) { // зелёный макс, падает красный _r = 510 — color; _g = 255; _b = 0; } else if (color 510 && color <= 765) { // зелёный макс, растёт синий _r = 0; _g = 255; _b = color — 510; } else if (color 765 && color <= 1020) { // синий макс, падает зелёный _r = 0; _g = 1020 — color; _b = 255; } else if (color 1020 && color <= 1275) { // синий макс, растёт красный _r = color — 1020; _g = 0; _b = 255; } else if (color 1275 && color <= 1530) { // красный макс, падает синий _r = 255; _g = 0; _b = 1530 — color; } analogWrite(R_PIN, 255 — _r); analogWrite(G_PIN, 255 — _g); analogWrite(B_PIN, 255 — _b); }

Пространство HSV

Следующий вариант более интересен тем, что помимо цвета позволяет настроить его яркость и насыщенность. Такая цветовая модель называетсяHSV– (Hue,Saturation,Value), или (Цвет, Насыщенность, Яркость), в этом цветовом пространстве гораздо удобнее выбирать нужный цвет. Представить его можно цилиндром:

Светодиод и лента работают в пространстве RGB, HSV цвет нужно конвертировать в RGB для включения соответствующих каналов цвета. В подробности работы алгоритма вдаваться не будем, тем более что существует много разных вариантов его реализации, можно найти их в интернете по запросу HSV to RGB C++. Вот один из них, который использую я:

#define R_PIN 3 #define G_PIN 5 #define B_PIN 6 void setup() { pinMode(R_PIN, OUTPUT); pinMode(G_PIN, OUTPUT); pinMode(B_PIN, OUTPUT); // включит красно-жёлтый // с насыщенностью 200 из 255 // и максимальной яркостью setHSV(20, 200, 255); } void loop() { } // включить цвет в HSV, принимает 0-255 по всем параметрам void setHSV(uint8_t h, uint8_t s, uint8_t v) { float r, g, b; byte _r, _g, _b; float H = (float)h / 255; float S = (float)s / 255; float V = (float)v / 255; int i = int(H * 6); float f = H * 6 — i; float p = V * (1 — S); float q = V * (1 — f * S); float t = V * (1 — (1 — f) * S); switch (i % 6) { case 0: r = V, g = t, b = p; break; case 1: r = q, g = V, b = p; break; case 2: r = p, g = V, b = t; break; case 3: r = p, g = q, b = V; break; case 4: r = t, g = p, b = V; break; case 5: r = V, g = p, b = q; break; } _r = r * 255; _g = g * 255; _b = b * 255; // инверсия для общего анода analogWrite(R_PIN, 255 — _r); analogWrite(G_PIN, 255 — _g); analogWrite(B_PIN, 255 — _b); }

На этом этапе я могу вам сказать, что после прочтения всех предыдущих уроков вы можете самостоятельно открыть и изучить исходник GyverRGB.cpp и при желании взять оттуда нужный алгоритм или эффект!

Подключение большого количества RGB

У меня на сайте есть статья, где рассказано об алгоритме динамической индикации RGB светодиодов. Она позволяет подключить несколько RGB светодиодов или лент с возможностью изменения цвета.

Достоинства

Возможность регулировки цвета свечения.
Возможность регулировки яркости света.
Возможность регулировать режим частоты мигания света.
Удалённое управление.
Звуковое управление.
Управление через Wi-Fi.
Управление через радиосигнал.
Широкий спектр дополнительных функций.

Блок питания

При выборе блока питания учитывается условия на месте монтажа и предполагаемая нагрузка. Желательно предусмотреть запас мощности до 30%.

Блоки питания классифицируются по различным признакам. Они бывают полностью и полугерметичные, негерметичные. Исполнение определяет место установки – герметичную модель нужно купить для монтажа на свежем воздухе. Мощность 12-800 Вт при токе 1-66 А. Охлаждение может быть активное или пассивное, корпус из пластика или металла.

Так как не существует приборов, работающих вечно, оптимальным вариантом можно считать присоединения отдельных участков освещения или подсветки к отдельным источникам энергии. Это исключает возможность остаться полностью без света при выходе из строя одного из приборов.

Мощность источника электроэнергии рассчитывается по формуле: Мщ = N*P*S*1,3, где:

N – количество диодов на метре;
P – мощность одного СМД;
S – длина отрезка;
1,3 – запас мощности.

Класс защиты

Каждая лента в маркировке имеет сведения о классе своей защиты. В соответствии с этим показателем нужно делать выбор того или иного прибора для определенных условий эксплуатации. В маркировке класс защиты обозначен буквами IP. Далее следуют цифры. Именно они говорят о степени защиты диодов.

Для RGB подсветки потолка в чистом сухом помещении можно применять изделия с классом IP20. Если же помещение не отапливается, лучше отдать предпочтение диодам типа IP22.

Для наружной подсветки можно применять ленты с классом защиты IP44. Однако подобные конструкции должны находиться под крышей. Они выдерживают попадание брызг воды, перепады температуры. Однако длительного пребывания в воде такие ленты не выдерживают. Их также можно применять для создания подсветки на кухне или в ванной комнате.

В пыльной среде можно применять приборы типа IP65. Они также не боятся очистки струей воды под напором. Этот класс светильников также отличается стойкостью к ударам. Поэтому представленную ленту можно применять для тюнинга автомобилей.

Водонепроницаемыми являются ленты класса IP67. Их можно применять для подсветки внутри бассейнов. Представленные изделия не боятся длительного пребывания под водой. Также эту ленту можно использовать для подсветки фонтанов.

Отзывы покупателей

RGB подсветка сегодня производится разными брендами. Они отличаются качеством, стоимостью и функциональностью. Хорошо себя зарекомендовала продукция европейских брендов Cree, Geniled, Sveteco и т. д. Это самые качественные ленты, которые способны создавать качественный цветовой поток.

Отечественные производители также представляют в продажу множество разновидностей подобных подсветок. Эта продукция также отмечена приемлемым качеством. Среди наиболее популярных брендов следует отметить LUX, LEDCraft.

Специалисты утверждают, что не стоит приобретать подсветку китайского производства. Она не отличается высоким качеством. Экономия на комплектующих приводит к перегреву диодов. В этом случае срок их эксплуатации значительно снижается. В этом случае подсветка не сможет обеспечить качественный световой поток. Управление подобными лентами также оставляет желать лучшего. На поверхности изделия могут определяться световые пятна.

Рассмотрев особенности и характеристики RGB подсветки, каждый сможет приобрести подходящий вариант в соответствии с эксплуатационными особенностями.

Где применяется

Использование LED-светильников линейного типа получило широкое распространение и встречается во многих областях человеческой деятельности. Основным направлением является дизайн:

оформление интерьеров;
украшение фасадов зданий;
подсветка участков, элементов ландшафтного дизайна;
оформление игровых клавиатур;
подсветка салонов и наружных элементов автомобилей;
украшение витрин, стендов, различных панелей и коробов
влагозащищенные виды RGB подсветки устанавливают в бассейнах, саунах и прочих влажных помещениях.

Интересно!Чаще всего RGB подсветка встречается в оформлении ночных клубов, ресторанов, кафе или баров, успешно заменив дорогостоящие и хрупкие неоновые витрины. Кроме того, большую популярность приобрела так называемая парящая подсветка мебели или автомобилей, когда LED лента крепится под нижней плоскостью таким образом, что снаружи виден только отблеск на полу. Подобный эффект, только в противоположном направлении, создают, скрытно подсвечивая потолочные конструкции из гипсокартона.

Популярность у геймеров приобрели специальные игровые компьютерные клавиатуры с RGB подсветкой. Они оснащены различными типами механических переключателей наподобие Cherry Blue Switch или их аналогов. Основным назначением такой подсветки является украшение клавиатуры, но пользователи отмечают удобство использования в темных помещениях, возможность изменения режима свечения в разных ситуациях или условиях.