Aggiornamento dei LED Smart RGB: WS2812B vs. WS2812: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Il numero di progetti che abbiamo visto fare uso di LED Smart RGB, che si tratti di strisce, moduli o PCB personalizzati, negli ultimi 3 anni è piuttosto sorprendente. Questo focolaio di utilizzo dei LED RGB è andato di pari passo con un significativo calo dei prezzi e una maggiore facilità d'uso di questi dispositivi elettronici. Tra i produttori di LED, WorldSemi è apparentemente diventato lo standard de facto tra i fai-da-te, gli hobbisti e i designer di dispositivi elettronici indossabili. La famiglia di LED Smart RGB WS28XX dell'azienda include un protocollo di controllo facile da usare, una piedinatura e un ingombro convenienti e una luminescenza incredibilmente brillante, il tutto in un piccolo pacchetto di 5 mm x 5 mm. Ma ciò che ha davvero fatto la differenza nel successo del mercato del fai da te dei prodotti è il prezzo unitario da $ 0,30 a $ 0,40 in piccole quantità. Nell'ultima versione di questi LED, il WS2812B, WorldSemi ha apportato ancora una volta miglioramenti significativi al suo predecessore, il WS2812. Dal momento che ci sono pochissime informazioni su questa versione relativamente nuova, abbiamo deciso di creare un breve Instructable per evidenziare gli aggiornamenti del design e pubblicizzare alcune delle funzionalità già esistenti di questo elegante dispositivo! Livello di difficoltà: Principiante + (una certa familiarità con RGB intelligente LED) Tempo di completamento: 5-10 minuti

Passaggio 1: elenco dei materiali

Per evidenziare le caratteristiche dei LED RGB WS2812B e WS2812, possiamo utilizzare le seguenti parti: 1 x LED RGB WS2812 (pre-saldato su una piccola scheda breakout) 1 x breadboard senza saldatura 1 x connettore pin staccabile, 0,1" Passo, 8 pin maschio 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield per Arduino Solid Core Wire (colori assortiti; 28 AWG) e alimentatore spellafili (opzionale) Sia il WS2812 che il WS2812B hanno un driver LED a corrente costante incorporato, oltre a 3 LED controllati individualmente, uno rosso, uno verde e uno blu. Il driver LED comprende: - Un oscillatore interno - Un circuito di rimodellamento e amplificazione del segnale - Un latch dei dati - Un'unità di uscita a corrente costante programmabile a 3 canali - 2 porte digitali (uscita/ingresso seriale)Nota: il driver LED stesso è disponibile anche in forma di circuito integrato (IC) a 6 pin, che possiamo utilizzare per connetterci direttamente a LED RGB "non intelligenti" di nostra scelta; il IC in questione non è altro che il WS2811.

Passaggio 2: WS2812B VS. WS2812: ingombro a 4 pin (✓)

La nuova caratteristica più evidente del WS2812B è un numero ridotto di pin (da 6 a 4), che conservano una bella dimensione per saldarli facilmente (usando un saldatore a punta fine) a piazzole di ~2 mm x 1 mm su un PCB. I 6 pad del vecchio WS2812 rendevano un po' difficile instradare il pin DO di un modulo al pin DI del successivo quando lo spazio tra i moduli era stretto. Con il WS2812B, l'instradamento delle tracce su un PCB è un gioco da ragazzi, in particolare quando si progettano configurazioni in array come Arduino Shield mostrato nelle immagini di questo passaggio. Lo spazio aggiuntivo tra i pad WS2812B consente:

• Instradare facilmente i 3 segnali necessari: alimentazione, massa e dati.
• Utilizzo di tracce più spesse per collegare alimentazione e terra, che consente a correnti più elevate di funzionare in sicurezza su un PCB

Possiamo vedere nelle immagini sopra quanto sia facile instradare un array 5x8 per il Lumina Shield per Arduino usando questi nuovi LED: per confronto, includiamo un vecchio design di un array 16x16 usando WS2812. I file di progettazione per Lumina Shield possono essere trovati su questo repository Github. Una cosa importante da notare è che, per ragioni che non possiamo comprendere, il layout per il WS2812B ha una piccola tacca sull'angolo della confezione che indica il pin 3 anziché il pin 1! Dobbiamo prestare particolare attenzione quando li saldiamo a mano, in modo da non orientare il modulo come faremmo con i circuiti integrati tipici (o il WS2812, se è per questo). *.tftable { dimensione del carattere: 12.0px; colore: rgb(251, 251, 251); larghezza: 100.0%; larghezza del bordo: 1.0px; colore del bordo: rgb(104, 103, 103); confine-collasso: crollo; } *.tftable th { dimensione del carattere: 12.0px; colore di sfondo: rgb(23, 21, 21); larghezza del bordo: 1.0px; imbottitura: 8.0px; stile bordo: solido; colore del bordo: rgb(104, 103, 103); allineamento del testo: a sinistra; } *.tftable tr { background-color: rgb(47, 47, 47); } *.tftable td { dimensione del carattere: 12.0px; larghezza del bordo: 1.0px; imbottitura: 8.0px; stile bordo: solido; colore del bordo: rgb(104, 103, 103); } *.tftable tbody tr:hover { background-color: rgb(23, 21, 21); } Pin # Simbolo Funzione *La tacca sulla confezione indica questo pin. 1 VDD LED alimentazione 2 DO Uscita segnale dati di controllo 3* VSS Ground 4 DIN Ingresso segnale dati di controllo Un altro dettaglio degno di nota è che i pin Power (VDD) e Ground (VSS) sono diagonalmente tra loro. Pertanto, le tracce che si collegano a questi pin possono essere piuttosto spesse! Tuttavia, se commettiamo l'errore di saldare il modulo 'all'indietro', metteremo in cortocircuito Power e Ground (pin n. 1 e 3). Fortunatamente per noi, come vedremo nel prossimo passaggio, WorldSemi ha incluso un circuito di protezione contro l'inversione di polarità che eviterà che il WS2812B venga danneggiato da questo errore, ovviamente consigliamo di evitare del tutto l'errore:)

Passaggio 3: WS2812B VS. WS2812: LED più luminosi e uniformità del colore migliorata (?)

Quando è stato rilasciato il WS2812B, WorldSemi ha sottolineato che aveva LED più luminosi e una migliore uniformità di colore rispetto al WS2812. (Fonte: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Tuttavia, esaminando i datasheet effettivi dei due dispositivi, possiamo osservare che le specifiche per la luminanza dei LED sono identiche in entrambi: *.tftable { font-size: 12.0px; colore: rgb(251, 251, 251); larghezza: 100.0%; larghezza del bordo: 1.0px; colore del bordo: rgb(104, 103, 103); confine-collasso: crollo; } *.tftable th { dimensione del carattere: 12.0px; colore di sfondo: rgb(23, 21, 21); larghezza del bordo: 1.0px; imbottitura: 8.0px; stile bordo: solido; colore del bordo: rgb(104, 103, 103); allineamento del testo: a sinistra; } *.tftable tr { background-color: rgb(47, 47, 47); } *.tftable td { dimensione del carattere: 12.0px; larghezza del bordo: 1.0px; imbottitura: 8.0px; stile bordo: solido; colore del bordo: rgb(104, 103, 103); } *.tftable tbody tr:hover { background-color: rgb(23, 21, 21); } Colore Lunghezza d'onda (mm) Intensità luminosa (mcd) Rosso 620–630 620–630 Verde 515–530 1100–1400 Blu 465–475 200–400 L'immagine sopra mostra un Arduino Uno collegato a quattro schede breakout. Due di loro portano un WS2812B mentre gli altri due hanno un WS2812. Abbiamo provato a utilizzare misurazioni di imaging standard per determinare se potevamo vedere differenze significative nella luminosità o nell'uniformità del colore, ma i risultati erano inconcludenti. Per determinare in modo univoco se i due moduli differiscono sotto questo aspetto, dovremmo eseguire alcuni test utilizzando uno spettrofotometro. Dato che non ne avevamo a disposizione al momento della stesura di questo documento, possiamo solo fare riferimento alle informazioni sui rispettivi datasheet dei prodotti: WS2812.pdf e WS2812B.pdf

Passaggio 4: WS2812B vs. WS2812: Circuito di protezione contro l'inversione di polarità (✓)

Una delle nuove funzionalità che siamo stati in grado di testare in modo diretto è stato il circuito di protezione dall'inversione di polarità incluso nel design del WS2812B. Come mostra il video, l'inversione dei pin di alimentazione e messa a terra può talvolta danneggiare il WS2812, ma non il modulo WS2812B. Questa funzione è molto utile quando si lavora con le strisce, dove in genere utilizziamo alimentatori esterni con amperaggi elevati e dove abbiamo visto la maggior parte degli errori commessi durante il cablaggio. Consigliamo comunque di ricontrollare le connessioni e il cablaggio prima di alimentare qualsiasi circuito elettronico, ma è bello sapere che nelle rare occasioni in cui commettiamo un errore è presente un meccanismo di sicurezza per proteggere i nostri preziosi dispositivi.

Passaggio 5: WS2812B VS. WS2812: Struttura interna migliorata (?)

L'ultima caratteristica che è stata inclusa nel WS812B è una separazione dei due circuiti principali nel dispositivo: controllo e illuminazione. Separando questi due, il produttore segnala una migliore dissipazione del calore e un controllo più robusto. Questa è di gran lunga la più oscura delle nuove funzionalità, in quanto non abbiamo un buon metodo per testare la dissipazione del calore su un PCB. Per la maggiore robustezza nella comunicazione e nel trasferimento dei dati, non abbiamo riscontrato differenze significative nelle prestazioni tra il WS2812 e il WS2812B dopo alcuni semplici test eseguiti con i due moduli affiancati.

Passaggio 6: programmazione dei LED RGB WS2812B

Nonostante tutti i cambiamenti introdotti in quest'ultima versione della famiglia WS28XX, il protocollo di comunicazione necessario per controllarne il colore e la luminosità rimane invariato rispetto al suo predecessore. Possiamo ancora utilizzare le fantastiche librerie sviluppate da altri produttori di Adafruit, PJRC e il progetto FastSPI. Per saperne di più su ciò che accade davvero sotto il cofano di questi meravigliosi dispositivi LED RGB, abbiamo messo insieme un Instructable completamente dettagliato che spiega l'implementazione del protocollo di controllo bit per bit (gioco di parole). Grazie in anticipo per averlo verificato!