Uppgradering av smarta RGB -lysdioder: WS2812B vs. WS2812: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Det stora antalet projekt vi har sett att använda smarta RGB-lysdioder-oavsett om det är remsor, moduler eller anpassade kretskort under de senaste 3 åren är ganska häpnadsväckande. Detta utbrott av RGB LED-användning har gått hand i hand med ett betydande prisfall och en ökad användarvänlighet för dessa elektroniska enheter. Bland LED -tillverkare har WorldSemi till synes blivit de facto -standarden bland byggare, hobbyister och bärbara elektronikkonstruktörer. Företagets WS28XX-familj av smarta RGB-lysdioder innehåller ett lättanvänt kontrollprotokoll, en bekväm pinout och fotavtryck och en otroligt ljus luminescens, allt inom ett litet 5 mm x 5 mm paket. Men det som verkligen har gjort skillnad i produkternas DIY -marknadssuccé är $ 0,30 till $ 0,40 enhetspriser i små mängder. I den senaste versionen av dessa lysdioder, WS2812B, har WorldSemi ännu en gång gjort betydande förbättringar av sin föregångare, WS2812. Eftersom det finns mycket lite information om den relativt nya versionen, bestämde vi oss för att göra en kort instruktion för att markera designuppgraderingarna och annonsera några av de redan existerande funktionerna i den här smarta enheten! Svårighetsnivå: Nybörjare+ (viss förtrogenhet med smart RGB Lysdioder) Tid till slutförande: 5-10 minuter

Steg 1: Lista över material

För att framhäva funktionerna i både WS2812B och WS2812 RGB-lysdioderna kan vi använda följande delar: 1 x WS2812 RGB LED (förlödda på ett litet utbrottskort) 1 x Lödfritt brödbräda 1 x Breakaway Pin Connector, 0.1 Pitch, 8-pins han 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield för Arduino Solid Core Wire (diverse färger; 28 AWG) och Wire Strippers Power Supply (tillval) Både WS2812 och WS2812B har en inbäddad konstantström LED-drivrutin, samt tre individuellt styrda lysdioder; en röd, en grön och en blå. LED -drivrutinen består av: - En intern oscillator - En signalomformnings- och förstärkningskrets - En datalås - En 3 -kanalig, programmerbar konstantströmutgång - 2 digitala portar (seriell utgång/ingång) Obs: Själva LED-drivrutinen är också tillgänglig i en 6-polig integrerad krets (IC) -form, som vi kan använda för att ansluta direkt till 'icke-smarta' RGB-lysdioder efter eget val. IC i fråga är icke annat än WS2811.

Steg 2: WS2812B VS. WS2812: 4-stifts fotavtryck (✓)

Den mest uppenbara nya funktionen i WS2812B är ett reducerat antal stift (från 6 till 4), som bevarar en fin storlek för att enkelt lödda dem (med ett finspetsigt lödkolv) till ~ 2 mm x 1 mm dynor på ett kretskort. De 6 kuddarna i den äldre WS2812 gjorde det lite svårt att dirigera DO -stiftet på en modul till DI -stiftet i nästa när avståndet mellan modulerna var tätt. Med WS2812B är det enkelt att dirigera spåren på ett kretskort, särskilt när du utformar olika konfigurationer som Arduino Shield som visas i detta stegs bilder. Det extra utrymmet mellan WS2812B -kuddarna möjliggör:

• Enkelt att dirigera de tre nödvändiga signalerna: Ström, jord och data.
• Använda tjockare spår för att ansluta Power och Ground, vilket gör att högre strömmar kan köras säkert på ett kretskort

Vi kan se på bilderna ovan hur lätt det blir att dirigera en 5x8-array för Lumina Shield för Arduino med hjälp av dessa nya lysdioder-för jämförelse inkluderar vi en gammal design av en 16x16-array med WS2812. Designfilerna för Lumina Shield finns på detta Github -arkiv. En viktig sak att notera är att av skäl som vi inte kan förstå har layouten för WS2812B ett litet snäpp på hörnet av paketet som anger stift 3 snarare än stift 1! Vi måste vara extra uppmärksamma när vi lödar dessa för hand, så att vi inte orienterar modulen som vi skulle med vanliga IC: er (eller WS2812, för den delen). *.tftable {font-size: 12.0px; färg: rgb (251, 251, 251); bredd: 100,0%; kantbredd: 1.0px; kantfärg: rgb (104, 103, 103); gräns-kollaps: kollaps; } *.tftable th {font-size: 12.0px; bakgrundsfärg: rgb (23, 21, 21); kantbredd: 1.0px; vaddering: 8.0px; kantstil: solid; kantfärg: rgb (104, 103, 103); textjustering: vänster; } *.tftable tr {bakgrundsfärg: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {font-size: 12.0px; kantbredd: 1.0px; vaddering: 8.0px; kantstil: solid; kantfärg: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {bakgrundsfärg: rgb (23, 21, 21); } Pin # Symbol Funktion *Notch på paketet anger denna pin. 1 VDD Strömförsörjning LED 2 DO Styrdatasignalutgång 3* VSS -jordning 4 DIN Styrdatasignalinsignal En annan detalj som är värd att nämna är att stiften (VDD) och jord (VSS) är diagonalt över varandra. Således kan spåren som ansluter till dessa stift vara ganska tjocka! Men om vi gör misstaget att löda modulen 'bakåt', skulle vi korta ström och jord (stift 1 och 3). Som tur är för oss, som vi får se i nästa steg, har WorldSemi inkluderat en skyddskrets för omvänd polaritet som förhindrar att WS2812B skadas av detta fel-vi rekommenderar naturligtvis att man helt undviker misstaget:)

Steg 3: WS2812B VS. WS2812: ljusare lysdioder och förbättrad färguniformitet (?)

När WS2812B släpptes betonade WorldSemi att den hade ljusare lysdioder och bättre färguniformitet än WS2812. (Källa: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Men när vi undersöker de faktiska databladen för de två enheterna kan vi observera att specifikationerna för lysdiodernas luminans är identiska i båda: *.tftable {font-size: 12.0px; färg: rgb (251, 251, 251); bredd: 100,0%; kantbredd: 1.0px; kantfärg: rgb (104, 103, 103); gräns-kollaps: kollaps; } *.tftable th {font-size: 12.0px; bakgrundsfärg: rgb (23, 21, 21); kantbredd: 1.0px; vaddering: 8.0px; kantstil: solid; kantfärg: rgb (104, 103, 103); textjustering: vänster; } *.tftable tr {bakgrundsfärg: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {font-size: 12.0px; kantbredd: 1.0px; vaddering: 8.0px; kantstil: solid; kantfärg: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {bakgrundsfärg: rgb (23, 21, 21); } Färg Våglängd (mm) Ljusstyrka (mcd) Röd 620–630 620–630 Grön 515–530 1100–1400 Blå 465–475 200–400 Bilden ovan visar en Arduino Uno ansluten till fyra utbrottskort. Två av dem bär en WS2812B medan de andra två har en WS2812. Vi försökte använda vanliga bildmätningar för att avgöra om vi kunde se signifikanta skillnader i ljusstyrka eller färgenhet, men resultaten var otydliga. För att entydigt avgöra om de två modulerna skiljer sig åt i detta avseende måste vi utföra några tester med en spektrofotometer. Med tanke på att vi inte hade något tillgängligt vid tidpunkten för detta skrivande kan vi bara hänvisa till informationen om produkternas respektive datablad: WS2812.pdf och WS2812B.pdf

Steg 4: WS2812B Vs. WS2812: Omvänd polaritetsskyddskrets (✓)

En av de nya funktionerna som vi kunde testa på ett rakt sätt var backkretsskyddskretsen som ingår i designen av WS2812B. Som videon visar kan det ibland skada WS2812 men inte WS2812B -modulen när du vänder på ström- och jordstiftet. Den här funktionen är mycket användbar när vi arbetar med remsor där vi vanligtvis använder externa nätaggregat med hög strömstyrka och där vi har sett de flesta misstag som görs under kabeldragning. Vi rekommenderar fortfarande att du dubbelkontrollerar anslutningar och kablar innan du ansluter ström till någon elektronisk krets, men visserligen är det trevligt att veta att i de sällsynta fall där vi gör ett misstag finns det en felsäker mekanism för att skydda våra dyrbara enheter.

Steg 5: WS2812B VS. WS2812: Intern struktur förbättrad (?)

Den sista funktionen som ingick i WS812B är en separation av de två huvudkretsarna i enheten: styrning och belysning. Genom att skilja dessa två rapporterar tillverkaren en förbättrad värmeavledning och mer robust kontroll. Detta är överlägset mer oklart för de nya funktionerna, eftersom vi inte har en bra metod för att testa värmeavledning på ett kretskort. För den förbättrade robustheten i kommunikationen och dataöverföringen fann vi inga signifikanta prestandaskillnader mellan WS2812 och WS2812B efter några enkla tester som vi körde med de två modulerna sida vid sida.

Steg 6: Programmering av WS2812B RGB -lysdioder

Trots alla förändringar som infördes i den senaste versionen av WS28XX -familjen förblir kommunikationsprotokollet som behövs för att kontrollera dess färg och ljusstyrka oförändrat från föregångaren. Vi kan fortfarande använda de stora biblioteken som utvecklats av andra tillverkare från Adafruit, PJRC och FastSPI -projektet. För att lära dig mer om vad som verkligen händer under huven på dessa underbara RGB LED -enheter, har vi sammanställt en grundligt detaljerad instruktionsbok som förklarar implementeringen av kontrollprotokollet bit för bit (ordspråk avsett). Tack på förhand för att du kollade in det! Https: //www.instructables.com/id/Bitbanging-step-by-step-Arduino-control-of-WS2811-