Трехцветный светодиод с четырьмя выводами

Arduino для начинающих. Урок 5. Трехцветный светодиод

Продолжаем серию уроков “Arduino для начинающих”. Сегодня подключаем к Arduino трехцветный светодиод. Это одна из базовых схем, используемых в создании роботов на Arduino. В посте видео-инструкция, листинг программы и схема подключения.

Трехцветный светодиод (rgb led) — это три светодиода разных цветов в одном корпусе. Они бывают как с небольшой печатной платой, на которой расположены резисторы, так и без встроенных резисторов. Мы рассмотрим оба варианта.

Видео-инструкция сборки модели Arduino с трехцветным светодиодом:

Для сборки модели с трехцветным светодиодом нам потребуется:

  • плата Arduino
  • трехцветный светодиод
  • программа Arduino IDE, которую можно скачать с сайта Arduino.

Что потребуется для Arduino с трехцветным светодиодом со встроенными резисторами?

Если используется светодиод без резисторов, нам также потребуется:

  • Breadboard
  • 4 провода “папа-папа”
  • 3 резистора на 220 Ом

Что потребуется для Arduino с трехцветным светодиодом без встроенных резисторов

При работе с трехцветным светодиодом без встроенных резисторов необходимо иметь ввиду, что назначение ножки светодиода можно определить по ее длине. Самая длинная — земля (GND), короче — зеленый (G), еще короче — голубой (B), а самая короткая — красный (R).

Схема подключения модели Arduino с трехцветным светодиодом со встроенными резисторами:

Схема подлючения трехцветным светодиодом со встроенными резисторами

Схема подключения модели Arduino с трехцветным светодиодом без встроенных резисторов:

Схема подлючения трехцветным светодиодом без встроенных резисторов

Для управления этой моделью подойдет следующая программа (программу вы можете просто скопировать в Arduino IDE):

//объявляем переменные с номерами пинов
int r = 13;
int g = 12;
int b = 11;
void setup() //процедура setup
<
//объявляем используемые порты
pinMode(r, OUTPUT);
pinMode(g, OUTPUT);
pinMode(b, OUTPUT);
>
void loop() //процедура loop
<
digitalWrite(r, HIGH); //включаем красный
delay(500); //ждем 500 Мс
digitalWrite(r, LOW); //выключаем красный
digitalWrite(g, HIGH); //включаем зеленый
delay(500); //ждем 500 Мс
digitalWrite(g, LOW); //выключаем зеленый
digitalWrite(b, HIGH); //включаем синий
delay(500); //ждем 500 Мс
digitalWrite(b, LOW); //выключаем синий
>

Так выглядит собранная модель Arduino с трехцветным светодиодом без выстроенных резисторов:

Собранная модель Arduino с трехцветным светодиодом без встроенных резисторов

Смотрите также:

Посты по урокам:

  1. Первый урок: Светодиод
  2. Второй урок: Кнопка
  3. Третий урок: Потенциометр
  4. Четвертый урок: Сервопривод
  5. Пятый урок: Трехцветный светодиод
  6. Шестой урок: Пьезоэлемент
  7. Седьмой урок: Фоторезистор
  8. Восьмой урок: Датчика движения (PIR) и E-mail
  9. Девятый урок: Подключение датчика температуры и влажности DHT11 или DHT22

Все посты сайта «Занимательная робототехника» по тегу Arduino.

Наш YouTube канал, где публикуются видео-уроки.

Не знаете, где купить Arduino? Все используемые в уроке комплектующие входят в большинство готовых комплектов Arduino, их также можно приобрести по отдельности. Подробная инструкция по выбору здесь. Низкие цены, спецпредложения и бесплатная доставка на сайтах AliExpress и DealExtreme. Если нет времени ждать посылку из Китая — рекомендуем интернет-магазины Амперка и DESSY. Низкие цены и быструю доставку предлагает интернет-магазин ROBstore. Смотри также список магазинов.

RGB светодиод: принцип работы, подключение и распиновка многоцветных диодов, что такое Arduino, как настроить плавное изменение цвета

Обычные светодиоды уверенно заняли свою нишу и серьезно потеснили традиционные осветительные приборы. Параллельно с этим, расширяют сферу деятельности многоцветные, или RGB светодиоды. Они способны работать группами и создавать различные виды управляемой подсветки. Например, с микроконтроллером они могут образовать движущиеся изображения. Возможности РГБ диодов велики и еще не раскрыты полностью. Рассмотрим их внимательнее.

Как устроены 3 цветные LED диоды

С точки зрения конструкции, RGB LED — это три цветных светодиода, установленные в один корпус, или, как говорят специалисты, на одной матрице. Обычные виды мощных осветительных приборов содержат три чипа одного цвета. У многоцветных используются красный, зеленый и синий кристаллы (английское Red Green Blue образует аббревиатуру, обозначающую трехцветные светодиоды).

Каждый из них имеет самостоятельное подключение к источнику питания, поэтому вместо обычных двух выводов у них как минимум 4 контакта — по одному на каждый кристалл и один общий. Это позволяет задействовать один из трех чипов, создавать различные сочетания, менять и смешивать цвета в группе. Если режим подключения отдельных кристаллов упорядочить с помощью микроконтроллера, можно получить массу интересных световых эффектов. Подобные технологии известны давно и используются в цветной печати, в устройстве цветных телевизоров и т.п.

Существует несколько разновидностей RGB светодиодов:

  • элементы с общим катодом, которые управляются положительными сигналами, подаваемыми на аноды чипов. Такие элементы маркируются буквами CA;
  • с общим анодом. Комaнды на изменение режима работы идут на катоды элементов. Маркировка CC;
  • собственной парой контактов для каждого кристалла (6 выводов).

Такое разнообразие вариантов создавалось для облегчения процессов управления группами устройств. Наибольшую самостоятельность демонстрирует третья группа — с 6 выводами. Единый стандарт на распиновку так и не принят, поэтому в каждом случае необходимо определять тип полярности RGB светодиодов.

Каждый чип может получать питание от собственного источника. Однако, такая система требует большого количества проводов или токопроводящих дорожек, поэтому подобные компоненты выпускаются в формате элементов SMD. Помимо этого, РГБ компоненты выпускаются в корпусах:

  • стандартный круглый вид, оснащенный линзой (для приборов малой мощности);
  • корпус «Emitter» для мощных устройств, требующих самостоятельного режима работы для каждого чипа;
  • Элементы типа «Пиранья», не нуждающиеся в установке теплоотводов.

Важно! Управление многоцветными светодиодами представляет собой сложную задачу, поэтому в дополнение к внешним контроллерам, в корпуса некоторых моделей вставляют микросхемы.

Подключение

Самым простым способом присоединения RGB светодиодов к источнику питания считается подключение к микроконтроллеру Arduino. Общий вывод (обычно он самый длинный) припаивается к контакту «Gnd», а остальные присоединяют к соответствующим точкам, отмеченным как D12, D10 и D9. Напрямую паять контакты нельзя, каждый из них (кроме общего) должен иметь токоограничивающий резистор.

При подключении светодиода с общим анодом используется отрицательный контакт «Gnd», расположенный в том же ряду, что и катоды. Если используется подключение с общим катодом, используется плюсовой контакт «Gnd» с противоположного ряда.

Управление

Управление работой RGB светодиодов проще всего осуществлять с помощью микроконтроллера Ардуино. Изменение цветности происходит путем смешивания двух или трех цветов в разных соотношениях. Если все чипа горят на полную яркость, результатом будет белый цвет свечения. Для изменения оттенка и получения нужных цветов необходимо контролировать яркость каждого кристалла. Это делается методом широтно-импульсной модуляции. На управляющие контакты подаются сигналы прямоугольной формы с разной скважинностью. Чем шире пик (или ниже скважинность), тем ярче светится кристалл.

Есть способы управления RGB светодиодами аналоговыми методами. Собирается схема на транзисторах, которые регулируют яркость соответствующих кристаллов. В обоих случаях важно правильно определить полярность светодиодов, иначе ожидаемого эффекта не будет.

Для управления режимом работы многоцветной светодиодной ленты также используются контроллеры. Они состоят из микропроцессора, а регулировку и настройку режима выполняют с помощью пульта управления. Мощность и рабочие параметры зависят от размеров и технических хаpaктеристик ленты, типа светодиодов и прочих факторов.

RGBW светодиоды

Получить чистый белый свет на стандартных RGB устройствах достаточно сложно. Проблема заключается в регулировке яркости. Если нужен белый, но довольно тусклый оттенок, приходится очень точно настраивать питание трех кристаллов. Учитывая, что каждый из них имеет собственный номинал напряжения, изменяющийся нелинейно, получать неяркие тона — сложная задача.

Для упрощения процесса и увеличения возможностей светодиодов выпускают четырехцветные, или RGBW устройства (от английского Red, Green. Blue и White). Дополнительный белый чип снимает нагрузку с контроллера, облегчает расчеты и увеличивает качество цветопередачи. Питание таких устройств обеспечивается специальными контроллерами с инфpaкрасными ПДУ.

Применение

Все RGB светодиоды применяются для декорирования и оформления объектов. Они выполняют разные задачи:

  • создают подсветку рекламы;
  • световые эффекты на концертных площадках;
  • оформление развлекательных мероприятий;
  • украшение и парадная подсветка зданий;
  • декорирование фонтанов, памятников, мостов и т.д.

Интересно! Кроме этого, входит в моду световое оформление интерьеров помещений, в котором активно используются дизайнерские многоцветные решения. При изменении оттенка свечения визуально меняется цвет мебели, помещение получает новый, непривычный облик.

Основные выводы

Использование RGB светодиодов постоянно расширяется. Они выполняют различные задачи:

  • создание динамичных световых эффектов;
  • украшение зданий, сооружений, интерьеров;
  • подсветка и акцентирование рекламных конструкций;
  • оформление массовых мероприятий, концертов, представлений.

Область использования RGB светодиодов увеличивается и активно развивается. Возникают новые варианты подсветки. Разpaбатываются программные пакеты для использования в микроконтроллерах. Свои способы использования RGB светодиодов излагайте в комментариях.

Трехцветные светодиоды RGB

В основе идеи создания трехцветного светодиода лежит оптический эффект получения разнообразных оттенков путем смешивания 3-х базовых цветов. В качестве базовых цветов обычно используются красный (R), зеленый (G) и синий (B). Поэтому был создан именно rgb светодиод.

  1. Как устроены 3 цветные led диоды
  2. Виды
  3. Подключение
  4. Управление
  5. RGBW светодиоды
  6. Применение
  7. Где купить
  8. Видео
  9. Вывод

Как устроены 3 цветные led диоды

Конструктивно трехцветный светодиод представляет собой 3 цветных светодиода, смонтированных в общем корпусе, а если быть более точным, 3 кристалла, интегрированных на одной матрице. На рис.1 представлена микрофотография интегрального rgb светодиода. Цветные квадраты на фото – это кристаллы основных цветов.

Рис. 1

Для адаптации к разным вариантам схемы управления, ргб диоды производятся в нескольких модификациях:

  • Исполнение с общим катодом
  • Исполнение с общим анодом
  • Без общего анода или катода, с шестью выводами

В первом случае светодиод управляется сигналами положительной полярности, поступающими на аноды, во втором – отрицательными импульсами, подаваемыми на катоды. Третья модификация исполнения допускает любые варианты коммутации и выпускается обычно в виде SMD компонента.

Читайте также  Датчик разряда аккумулятора авто в корпусе разъема прикуривателя

Подключение

В качестве примера приведем схему подключения ргб диодов к универсальному блоку автоматики Arduino, созданному на базе микроконтроллера ATMEGA. На рис. 2 показана схема подключения rgb led с общим катодом.

Рис. 2

Ниже схема с общим анодом:

Рис. 3

Выводы RGB в обоих случаях подключаются к цифровым выходам (9, 10,12). Общий катод на Рис.2 соединен с минусом (GND), общий анод на Рис.3 – с плюсом питания (5V).

Arduino — простой контроллер для начинающих роботехников, позволяющий создавать на своей базы различные устройства, от обычной цветомузыки на светодиодах до интеллектуальных роботов.

Управление

Включение светодиода происходит при прохождении прямого тока, когда анод подключен к плюсу, катод к минусу. Многоцветный спектр излучения можно получить, изменяя интенсивность свечения каналов (RGB). Результирующий оттенок определяется соотношением яркостей отдельных цветов. Если все 3 цвета одинаковы по интенсивности свечения, результирующий цвет получается белым.

На цифровых выходах платы Arduino формируются периодические прямоугольные импульсы напряжения, как на рисунке 4., с изменяемой скважностью.

Рис. 4

Для тех, кто забыл. Скважностью называется отношение длительности периода следования импульсов к длительности импульса.

Чем ниже скважность импульсов канала, тем ярче свечение соответствующего led диода. Программа управления скважностью импульсов цветовых каналов зашита в микросхеме контроллера. Такое изменение скважности импульсов, осуществляемое в целях управления процессом, называется ШИМ (широтно – импульсной модуляцией).

На Рис.4 приведены примеры диаграмм прямоугольных импульсов различной скважности.

Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ. На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета.

Рис. 5

На схеме (Рис.5) rgb диоды (led1- led10) имеют общий анод. Катоды одного цвета всех диодов объединены, и через резисторы R4.1, R4.2, R4.3 соединяются с эмиттером соответствующего транзистора. Таким образом, все светодиоды красного цвета подключены к транзистору VT1.1, зеленые светодиоды – к VT1.2, синие – к VT1.3. При перемещении движков потенциометров R1.1, R1.2, R1.3 изменяется ток базы соответствующего транзистора. Величина тока базы определяет степень открытия перехода «эмиттер – коллектор», и, в конечном счете, яркость свечения соответствующего цвета. Перед подключением нужно правильно определить полярность светодиода, иначе он не будет светиться.

Применение цифровых программируемых контроллеров предоставляет практически безграничные возможности управления цветом. В тех же случаях, когда не требуется создание цветовых динамических образов, может быть применен аналоговый способ управления. Это могут быть наружные или интерьерные светильники для статической подсветки с выбором цвета.

Кстати. Применение такого регулирования в системах подсветки панелей приборов транспортных средств позволяет водителю выбирать любой оттенок и яркость.

RGBW светодиоды

Для того чтобы получить чисто белый цвет, используя разноцветный rgb светодиод, необходима точная балансировка яркости свечения по кристаллу каждого цвета. На практике это бывает затруднительно. Поэтому, для воспроизведения белого цвета и увеличения разнообразия цветовых эффектов, rgb диод стали дополнять четвертым кристаллом белого свечения.

Чаще всего, RGBW светодиоды используются в светодиодных лентах RGBW SMD. Для питания таких светодиодных лент созданы специальные RGBW контроллеры, как правило, управляемые пультами дистанционного управления на инфракрасных лучах.

На фотографии представлен мощный четырехцветный светодиодный модуль SBM-160-RGBW-H41-RF100 производства Luminus Devices Ink.

Рис. 6 RGBW светодиодный модуль фирмы Luminus

Раз от раза у нас спрашивают, где купить светодиод RGBW, поэтому, чтобы каждому не отвечать, мы решили написать об этом в статье.

Всю светодиодную продукцию мы покупаем в Китае через торговую площадку AliExpress, только у проверенных продавцов с быстрой доставкой, по самым низким ценам. Переходите по ссылке и убедитесь в этом сами — посмотреть светодиод RGBW на AliExpress.

Применение

Основной сферой применения rgb светодиодов является создание световых эффектов для рекламы, сценическое оформление концертных площадок, развлекательных мероприятий, праздничное декорирование зданий, подсветка фонтанов, мостов, памятников.

Интересные результаты получаются при использовании rgb led диодов для дизайнерского светового оформления интерьеров. Для этих целей налажен выпуск разнообразной светотехники на основе rgb и rgbw – диодной технологии, номенклатура которой продолжает расширяться и завоевывать новые области применения.

Где купить

Как мы и говорили выше, для покупки светодиодной продукции, в том числе и трехцветных RGB светодиодов, рекомендуем торговую площадку AliExpress, в последнее время на ней появилось много качественных товаров и проверенных продавцов по низким ценам.

Мы, как обычно, подготовили для вас самые лучшие товары, отвечающие основным требованиям: самая низкая цена, положительные отзывы, большое количество заказов, быстрая доставка и проверенный продавец. Переходим к нашей подборке:

  1. Купить светодиод RGB 3528 фирмы CHANZON — самая популярная компания на рынке Китая, отличается хорошим качеством и низкими ценами на свою продукцию. Светодиод типа SMD.
  2. Купить RGB светодиод поверхностного монтажа — фирма CHANZON, очень часто такие используют для работы со всем известным микроконтроллером Arduino.
  3. Купить мощный RGB светодиод фирмы LEDGUHON — также известная фирма, такие светодиоды еще называют «Звезда» из-за того, что расположены на печатной плате соответствующей формы, мощность 3 Вт, очень похож на светодиод CREE.

Если у вас возникли какие-то вопросы, то воспользуйтесь формой комментариев, расположенной сразу под этой статьей и оставьте свой вопрос, мы обязательно свяжемся с вами.

Видео

Для закрепления рассмотренного материала рекомендуем посмотреть видео, автор которого очень доходчиво и интересно рассказывает про многоцветные RGB светодиоды.

Вывод

Многоцветный RGB светодиод — это разновидность обычного LED. Его конструктивная особенность позволяет получить любой спектр излучаемого цвета радуги. Это одновременно увеличивает его стоимость и усложняет схему подключения. Поэтому перед выбором, задайтесь вопросом, действительно ли Вам нужен RGB светодиод или достаточно воспользоваться обычным LED нужного цвета?

Как устроены многоцветные светодиоды

RGB – английская аббревиатура, расшифровывающаяся как «красный, зеленый, синий». Соответственно, rgb светодиод имеет внутри три самостоятельных источника света. В зависимости от своего строения. Такие светодиоды могут иметь один общий анод либо катод. Весь эффект заключается в особенностях нашего зрения. Если рядом друг с другом расположить диоды, дающие красное и синие свечение, на дальности в несколько метров свет от них сольется и получится фиолетовый.

Если в этот спектр добавить еще и зеленый, в данном случае свет станет просто белым. В статья изложены все особенности строения, устройства rgb светодиода, а также в каких сферах они используются. В качестве бонуса в статье есть несколько видеоматериалов и одна интересная научная статья по этому вопросу.

Устройство и сферы применения

Конструктивно RGB–светодиоды представляют собой три светодиодных кристалла с одной оптической линзой, расположенные в одном корпусе. Управление цветом происходит с помощью подачи электрических сигналов на выводы каждого светодиодного кристалла, а сочетание излучений всех трех светодиодов позволяет регулировать итоговый цвет. Для примера, ниже представлен самый популярный RGB–светодиод SMD 5050.

Светодиод RGB – это полноцветный светодиод, смешивая три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность, получится свечение белого цвета.

Сферы применения RGB светодиодов напрямую связаны с развитием рынка рекламы и развлекательных мероприятий. Также готовые RGB–светильники и ленты применяются в области светового оформления архитектурных и дизайнерских решений — ночная подсветка зданий или фонтанов, интерьерный свет, индикаторный системы автомобилей и т.д.

Разнообразие сфер применения многоцветных светодиодных источников света определяет основные виды внешнего оформления RGB–светодиодов: изделия небольшой мощности выпускаются в стандартных круглых корпусах со сферической линзой и выводами под обычную пайку; маломощные RGB–светодиоды в SMD-корпусах поверхностного монтажа широко применяются в светодиодных лентах или полноцветных светодиодных экранах большой площади; в корпусах типа Emitter выпускают мощные RGB–источники света с независимым управление каждым светодиодным кристаллом; сверх яркие светодиоды в корпусах.

Для упрощения систем управления светом в корпуса некоторых серий многоцветных LED–источников света вмонтированы управляющие микросхемы. Схемы расположения выводов (распиновка) Несколько стандартных схем управления определяют структуру внешних выводов RGB–светодиодов и их соединение внутри корпуса. Существует три основных схемы распиновки, которые соблюдаются на большинстве выпускаемых изделий:

  • В схеме с общим катодом для управления используется три независимых вывода анода, а катодные выводы LED-кристаллов соединены между собой;
  • Распиновка с общим анодом управляется отрицательными импульсами на катодные выводы, а вместе соединены уже анодные электроды светодиодных кристаллов;
  • Независимая схема соединения имеет шесть выводов по числу LED кристаллов, соединений внутри корпуса не производится.

Единого стандарта на распиновку не существует, конкретный тип расположения внешних выводов применяют в зависимости от поставленных задач. При отсутствии документов на светодиодное изделие тип внешних выводов легко определить с помощью мультиметра. В режиме прозвонки светодиод будет светиться (мощные светодиоды очень слабо), а мультиметр издавать звук соединения, если красный щуп мультиметра подсоединен к аноду светодиодного кристалла, а черный к его катоду. В случае обратного подключения никаких видимых и слышимых эффектов просто не будет.

Простейший способ подключения и управления режимами работы RGB–светодиодов реализуется с помощью стандартных микроконтроллеров Arduino. Общий вывод подключается к единой шине микроконтроллера, а управляющие сигналы подаются на выводы LED–кристаллов через ограничительные резисторы.Управление режимами свечения светодиодных кристаллов происходит с помощью широтной-импульсной модуляции, где скважность импульсов определяет силу света. Программирование ШИМ–модулятора определяет итоговый цвет всего прибора или циклические режимы работы каждого цвета.

Как устроены 3 цветные led диоды

Конструктивно трехцветный светодиод представляет собой 3 цветных светодиода, смонтированных в общем корпусе, а если быть более точным, 3 кристалла, интегрированных на одной матрице. На рис.1 представлена микрофотография интегрального rgb светодиода. Цветные квадраты на фото – это кристаллы основных цветов. Для отображения всей палитры оттенков вполне достаточно три цвета, используя RGB синтез (Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий). RGB палитра используется не только в графических редакторах, но и в сайтостроении. Смешивая цвета в разной пропорции можно получить практически любой цвет. Преимущества RGB светодиодов в простоте конструкции, небольших габаритах и высоком КПД светоотдачи.

Читайте также  Соединение многожильного провода с одножильным

Виды

Для адаптации к разным вариантам схемы управления, ргб диоды производятся в нескольких модификациях:

  • Исполнение с общим катодом
  • Исполнение с общим анодом
  • Без общего анода или катода, с шестью выводами

В первом случае светодиод управляется сигналами положительной полярности, поступающими на аноды, во втором – отрицательными импульсами, подаваемыми на катоды. Третья модификация исполнения допускает любые варианты коммутации и выпускается обычно в виде SMD компонента.

Подключение

В качестве примера приведем схему подключения ргб диодов к универсальному блоку автоматики Arduino, созданному на базе микроконтроллера ATMEGA. На рис. 2 показана схема подключения rgb led с общим катодом. Выводы RGB в обоих случаях подключаются к цифровым выходам (9, 10,12). Общий катод на Рис.2 соединен с минусом (GND), общий анод на Рис.3 – с плюсом питания (5V). Arduino — простой контроллер для начинающих роботехников, позволяющий создавать на своей базы различные устройства, от обычной цветомузыки на светодиодах до интеллектуальных роботов.

Управление

Включение светодиода происходит при прохождении прямого тока, когда анод подключен к плюсу, катод к минусу. Многоцветный спектр излучения можно получить, изменяя интенсивность свечения каналов (RGB). Результирующий оттенок определяется соотношением яркостей отдельных цветов. Если все 3 цвета одинаковы по интенсивности свечения, результирующий цвет получается белым.

Для тех, кто забыл. Скважностью называется отношение длительности периода следования импульсов к длительности импульса. Чем ниже скважность импульсов канала, тем ярче свечение соответствующего led диода. Программа управления скважностью импульсов цветовых каналов зашита в микросхеме контроллера. Такое изменение скважности импульсов, осуществляемое в целях управления процессом, называется ШИМ (широтно – импульсной модуляцией). Управление цветом и интенсивностью свечения rgb диода может осуществляться и без ШИМ. На приведенной ниже схеме применено аналоговое управление трехцветными светодиодами. Суть его заключается в регулировании постоянного тока диодов определенного цвета.

Катоды одного цвета всех диодов объединены, и через резисторы R4.1, R4.2, R4.3 соединяются с эмиттером соответствующего транзистора. Таким образом, все светодиоды красного цвета подключены к транзистору VT1.1, зеленые светодиоды – к VT1.2, синие – к VT1.3. При перемещении движков потенциометров R1.1, R1.2, R1.3 изменяется ток базы соответствующего транзистора. Величина тока базы определяет степень открытия перехода «эмиттер – коллектор», и, в конечном счете, яркость свечения соответствующего цвета. Перед подключением нужно правильно определить полярность светодиода, иначе он не будет светиться.

RGBW светодиоды

Для того чтобы получить чисто белый цвет, используя разноцветный rgb светодиод, необходима точная балансировка яркости свечения по кристаллу каждого цвета. На практике это бывает затруднительно. Поэтому, для воспроизведения белого цвета и увеличения разнообразия цветовых эффектов, rgb диод стали дополнять четвертым кристаллом белого свечения. Чаще всего, RGBW светодиоды используются в светодиодных лентах RGBW SMD. Для питания таких светодиодных лент созданы специальные RGBW контроллеры, как правило, управляемые пультами дистанционного управления на инфракрасных лучах.

Смешение цветов

Чем RGB-светодиод, лучше трех обычных? Всё дело в свойстве нашего зрения смешивать свет от разных источников, размещенных близко друг к другу. Например, если мы поставим рядом синий и красный светодиоды, то на расстоянии несколько метров их свечение сольется, и глаз увидит одну фиолетовую точку. А если добавим еще и зеленый, то точка покажется нам белой. Именно так работают мониторы компьютеров, телевизоры и уличные экраны.

Матрица телевизора состоит из отдельно стоящих точек разных цветов. Если взять лупу и посмотреть через нее на включенный монитор, то эти точки можно легко увидеть. А вот на уличном экране точки размещаются не очень плотно, так что их можно различить невооруженным глазом. Но с расстояния несколько десятков метров эти точки неразличимы.

Получается, что чем плотнее друг к другу стоят разноцветные точки, тем меньшее расстояние требуется глазу чтобы смешивать эти цвета. Отсюда вывод: в отличие от трех отдельностоящих светодиодов, смешение цветов RGB-светодиода заметно уже на расстоянии 30-70 см. Кстати, еще лучше себя показывает RGB-светодиод с матовой линзой.

Как изменяется цвет свечения

Регулировка цвета осуществляется путем регулировки яркости излучения каждым из кристаллов. Мы уже рассматривали способ регулировки яркости светодиодов с помощью ШИМ-контроллера. RGB-контроллер для ленты работает по такому же принципу, в нём стоит микропроцессор, который управляет минусовым выводом источника питания – подключает и отключает его от цепи соответствующего цвета. Обычно в комплекте с контроллером идёт пульт дистанционного управления. Контроллеры бывают разной мощности, от этого зависит их размер, начиная от такого миниатюрного.

Так как сечение дорожек на ленте не позволяет подключать последовательно с ней следующий отрезок ленты, если длина первого превышает 5м, нужно подключать второй отрезок проводами напрямую от РГБ-контроллера. Но можно выйти из положения, и не тянуть допоkнительных 4 провода на 5 метров от контроллера и использовать RGB-усилитель. Для его работы нужно протянуть всего 2 провода (плюс и минус 12В) или запитать еще один блок питания от ближайшего источника 220В, а также 4 «информационных» провода от предыдущего отрезка (R, G и B) они нужны для получения команд от контроллера, чтобы вся конструкция светилась одинаково. А к усилителю уже подключают следующий отрезок, т.е. он использует сигнал с предыдущего куска ленты. То есть вы можете запитать ленту от усилителя, который будет расположен непосредственно возле неё, тем самым сэкономив деньги и время на прокладку проводов от первичного RGB-контроллера.

Заключение

Более подробно о светодиодах и способе их управления рассказано в статье Как управлять светодиодом. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Характеристика RGB светодиода

Подсветка, меняющая свой цвет, выглядит эффектно. Ее применяют для рекламных объектов, декоративного освещения объектов архитектуры, во время различных шоу и массовых мероприятий. Один из способов реализации такой подсветки – применение трехцветных светодиодов.

Что такое RGB-светодиод

Обычные светоизлучающие полупроводниковые приборы имеют один p-n переход в одном корпусе, либо представляют собой матрицу из нескольких одинаковых переходов (COB-технология). Это позволяет в каждый момент времени получить один цвет свечения – непосредственно от рекомбинации основных носителей или от вторичного свечения люминофора. Вторая технология дала разработчикам широкие возможности в выборе цвета свечения, но менять окраску излучения в процессе эксплуатации прибор не может.

RGB светодиод содержит в одном корпусе три p-n перехода с разным цветом свечения:

  • красным (Red);
  • зеленым (Green);
  • синим (Blue).

Аббревиатура из английских названий каждого цвета и дала название этому типу LED.

Виды диодов RGB

Трехцветные светодиоды по способу соединения кристаллов внутри корпуса делятся на три типа:

  • с общим анодом (имеют 4 вывода);
  • с общим катодом (имеют 4 вывода);
  • с раздельными элементами (имеют 6 выводов).

От исполнения LED зависит способ управления прибором.

По типу линзы светодиоды бывают:

  • с прозрачной линзой;
  • с матовой линзой.

Для RGB-элементов с прозрачной линзой для получения смешанных оттенков могут понадобиться дополнительные рассеиватели света. В противном случае могут быть видны отдельные цветовые составляющие.

Принцип работы

Принцип работы RGB-светодиодов основан на смешении цветов. Управляемое зажигание одного, двух или трех элементов позволяет получить различное свечение.

Включение кристаллов по отдельности дает три соответствующих цвета. Попарное включение позволяет достичь свечения:

  • красный+зеленый p-n переходы в итоге дадут желтый цвет;
  • синий+зеленый при смешивании дают бирюзовый;
  • красный+синий позволяют получить фиолетовый.

Включение всех трех элементов позволяет получить белый цвет.

Намного больше возможностей дает смешивание цветов в различных пропорциях. Сделать это можно, раздельно управляя яркостью свечения каждого кристалла. Для этого надо индивидуально регулировать ток, протекающий через светодиоды.

Управление RGB-светодиодом и схема включения

Управляется RGB-светодиод так же, как и обычный LED — приложением прямого напряжения анод-катод и созданием тока через p-n переход. Поэтому подключать трехцветный элемент к источнику питания надо через балластные резисторы – каждый кристалл через свой резистор. Рассчитать его можно через номинальный ток элемента и рабочее напряжение.

Даже при объединении в одном корпусе различные кристаллы могут иметь различные параметры, поэтому параллельно соединять их нельзя.

Типовые характеристики для маломощного трехцветного прибора диаметром 5 мм приведены в таблице.

Красный (R) Зеленый (G) Синий (B)
Максимальное прямое напряжение, В 1,9 3,8 3,8
Номинальный ток, мА 20 20 20

Очевидно, что красный кристалл имеет прямое напряжение в два раза ниже, чем у двух остальных. Параллельное включение элементов приведет к разной яркости свечения или выходу одного или всех p-n переходов из строя.

Постоянное подключение к источнику питания не позволяет использовать все возможности RGB-элемента. В статическом режиме трехцветный прибор лишь исполняет функции монохромного, а стоит намного больше обычного LED. Поэтому гораздо интереснее динамический режим, в котором цветом свечения можно управлять. Реализуется это посредством микроконтроллера. Его выводы в большинстве случаев обеспечивают выходной ток в 20 мА, но это каждый раз нужно уточнять в даташите. Подключать LED к портам вывода надо через токоограничивающий резистор. Компромиссный вариант при питании микросхемы от 5 В – сопротивление 220 Ом.

Читайте также  Как рассчитать шаг теплого пола?

Элементы с общими катодами управляются подачей на выход логической единицы, с общими анодами – логического нуля. Изменить программным способом полярность управляющего сигнала труда не составляет. LED с раздельными выходами можно подключать и управлять любым способом.

Если выходы микроконтроллера не рассчитаны на номинальный ток светодиода, подключать LED надо через транзисторные ключи.

В этих схемах оба типа LED зажигаются подачей положительного уровня на входы ключей.

Упоминалось, что яркостью свечения управляют, изменяя ток через светоизлучающий элемент. Цифровые выводы микроконтроллера напрямую управлять током не могут, потому что имеют два состояния – высокое (соответствующее напряжению питания) и низкое (соответствующее нулевому напряжению). Промежуточных положений не бывает, поэтому для регулировки тока используются другие пути. Например, способ широтно-импульсной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала. Его суть состоит в том, что на LED подается не постоянное напряжение, а импульсы определенной частоты. Микроконтроллер в соответствии с программой меняет соотношение импульса и паузы. При этом изменяется среднее напряжение и усредненный ток через светодиод при неизменной амплитуде напряжения.

Существуют специализированные контроллеры, разработанные специально для управления свечением трехцветных LED. Они продаются в виде готового прибора. В них также используется метод ШИМ.

Распиновка

Если имеется новый, не паяный светодиод, то расположение выводов можно определить визуально. Для любого типа соединения (общий анод или общий катод) вывод, подключенный ко всем трем элементам, имеет наибольшую длину. Если повернуть корпус так, что длинная ножка окажется в левой части, то левее его будет находиться «красный» вывод, а в правую сторону – сначала «зеленый», потом «синий». Если LED уже был в употреблении, его выводы могли быть укорочены произвольным образом, и для определения распиновки придется прибегнуть к другим способам:

  1. Можно определить общий провод с помощью мультиметра. Надо включить прибор в режим тестирования диодов и подключить зажимы прибора к предполагаемой общей ножке и к любой другой, потом сменить полярность подключения (как при обычной проверке полупроводникового перехода). Если предполагаемый общий вывод определен правильно, то (при всех трех исправных элементах) в одном направлении тестер покажет бесконечное сопротивление, в другом – конечное (точное значение зависит от типа LED). Если в обоих случаях на дисплее тестера будет сигнал обрыва, значит, вывод выбран неверно, и надо повторить проверку с другой ножкой. Может получиться, что испытательного напряжения мультиметра хватит для зажигания кристалла. В этом случае можно дополнительно убедиться в правильности распиновки по цвету свечения p-n перехода.
  2. Другой способ – подать питание на предполагаемый общий вывод и любую другую ножку светодиода. Если общая точка выбрана правильно, в этом можно убедиться по свечению кристалла.

Важно! При проверке с помощью источника питания надо плавно поднимать напряжение с нуля и не превышать значение 3,5-4 В. Если регулируемого источника нет, можно подключить LED к выходу постоянного напряжения через токоограничивающий резистор.

У светодиодов с раздельными выводами определение распиновки сводится к выяснению полярности и расположения кристаллов по цветам. Сделать это также можно перечисленными методами.

Плюсы и минусы светодиодов RGB

RGB-светодиодам присущи все достоинства, имеющиеся у полупроводниковых светоизлучающих элементов. Это низкая стоимость, высокая энергоэффективность, долгий срок службы и т.д. Отличительным плюсом трехцветных LED является возможность получения практически любого оттенка свечения простым способом и за небольшую цену, а также смена цвета в динамике.

К основному минусу RGB-светодиодов относят невозможность получения чистого белого цвета за счет смешения трех цветов. Для этого потребуется семь оттенков (в качестве примера можно привести радугу – ее семь цветов являются результатом обратного процесса: разложения видимого света на составляющие). Это накладывает ограничения на использование трехцветных светильников в качестве осветительных элементов. Чтобы несколько компенсировать эту неприятную особенность, при создании светодиодных лент применяется принцип RGBW. На каждый трехцветный LED устанавливается один элемент белого свечения (за счет люминофора). Но стоимость такого осветительного устройства заметно возрастает. Также бывают светодиоды исполнения RGBW. У них в корпусе установлено четыре кристалла – три для получения исходных цветов, четвертый – для получения белого цвета, он излучает свет за счет люминофора.

Срок службы

Период эксплуатации прибора из трех кристаллов определяется временем наработки на отказ самого недолговечного элемента. В данном случае он у всех трех p-n переходов примерно одинаковый. Производители заявляют срок службы RGB-элементов на уровне 25 000-30 000 часов. Но к этой цифре надо относиться осторожно. Заявленное время жизни эквивалентно непрерывной работе в течение 3-4 лет. Вряд ли кто-то из производителей проводил ресурсные испытания (да еще в различных тепловых и электрических режимах) в течение столь долгого периода. За это время появляются новые технологии, испытания надо начинать заново – и так до бесконечности. Гораздо более информативен гарантийный срок эксплуатации. А он составляет 10 000-15 000 часов. Все, что дальше – в лучшем случае математическое моделирование, в худшем – голый маркетинг. Проблема в том, что на распространенные недорогие светодиоды сведения о гарантии производителя, как правило, отсутствуют. Но ориентироваться можно на 10 000-15 000 часов и держать в голове еще приблизительно столько же. А дальше уповать только на везение. И еще один момент – период службы очень сильно зависит от теплового режима во время эксплуатации. Поэтому один и тот же элемент в разных условиях прослужит разное время. Для продления срока жизни LED надо внимательно относиться к проблеме отведения тепла, не пренебрегать радиаторами и создавать условия для естественной циркуляции воздуха, а в некоторых случаях прибегать и к принудительной вентиляции.

Но даже уменьшенные сроки — это несколько лет эксплуатации (ведь LED не будет работать без пауз). Поэтому появление трехцветных светодиодов позволяет дизайнерам широко применять полупроводниковые приборы в их задумках, а инженерам – эти идеи реализовывать «в железе».

Подключение трехцветного светодиода к Arduino Uno

В этой статье мы будем подключать трехцветный (красный/зеленый/синий) светодиод (RGB LED) к плате Arduino Uno.

Принципы работы трехцветного светодиода

Внешний вид трехцветного светодиода показан на следующем рисунке:

Трехцветный светодиод имеет 4 контакта как показано на рисунке ниже:

  • контакт 1: цвет 1 отрицательный вывод при общем аноде или цвет 1 положительный вывод при общем катоде;
  • контакт 2: общий положительный вывод для всех трех цветов при общем аноде или общий отрицательный вывод для всех трех цветов при общем катоде;
  • контакт 3: цвет 2 отрицательный вывод или цвет 2 положительный вывод;
  • контакт 4: цвет 3 отрицательный вывод или цвет 3 положительный вывод.

Таким образом, есть 2 типа трехцветных светодиодов – с общим катодом (ОК) и с общим анодом (ОА). При общем катоде (общий отрицательный вывод) мы имеем три положительных вывода, где каждый вывод отвечает за свой цвет, и один общий отрицательный вывод. Внутренняя схема подключений трехцветного светодиода с общим катодом показана на следующем рисунке:

В таком светодиоде (с ОК) если мы хотим зажечь красный цвет мы должны подать питание на контакт, отвечающий за красный цвет, и подать землю на общий отрицательный вывод. Аналогично и для других цветов.

При общем аноде (общий положительный вывод) мы имеем три отрицательных вывода, где каждый вывод отвечает за свой цвет, и один общий положительный вывод. Внутренняя схема подключений трехцветного светодиода с общим анодом показана на следующем рисунке:

В таком светодиоде (с ОА) если мы хотим зажечь красный цвет мы должны подать землю на контакт, отвечающий за красный цвет, и подать питание на общий положительный вывод. Аналогично и для других цветов.

В нашей схеме мы будем использовать трехцветный светодиод с общим анодом (ОА). Если вам будет необходимо подсоединить больше подобных светодиодов к плате Arduino Uno, к примеру 5, то вам будет нужно 5×4= 20 контактов, но можно уменьшить количество контактов в этом случае до 8 если мы соединим трехцветные светодиоды параллельно и будем использовать технологию мультиплексирования.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino UNO (купить на AliExpress).
  2. Трехцветный светодиод с общим анодом (ОА) (купить на AliExpress).
  3. Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

На представленной схеме мы подсоединили общий отрицательный вывод трехцветного светодиода к выводу питания платы Arduino при помощи резистора 1 кОм.

Отрицательные выводы (1, 3, 4) трехцветного светодиода подсоединены к контактам 2, 3 и 4 Arduino. Здесь трехцветный светодиод подсоединен в обратной логике, то есть если мы подадим на отрицательные выводы светодиода высокий уровень, то он выключится. То есть чтобы светодиод оставался в выключенном состоянии необходимо поддерживать на его отрицательных выводах высокий уровень. А если мы подадим на них низкий уровень, то светодиод зажгется.

То есть мы имеем, что контакт 2 светодиода – это его общий анод, а контакты 1, 3 и 4 – отрицательные выводы для красного, синего и зеленого цветов соответственно.

В представленном далее коде программы вы можете увидеть как мы последовательно мигаем всеми тремя цветами в трехцветном светодиоде последовательно подавая на соответствующие отрицательные выводы светодиода высокий и низкий уровень.

Исходный код программы

Код программы достаточно простой, поэтому комментариев к нему нет. Но если у кого возникнут какие либо вопросы по тексту данной программы, то вы можете задать их в комментариях к данной статье.