Actualización de LED RGB inteligentes: WS2812B vs. WS2812: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

La gran cantidad de proyectos que hemos visto que utilizan LED RGB inteligentes, ya sean tiras, módulos o PCB personalizados, en los últimos 3 años es bastante sorprendente. Este brote de uso de LED RGB ha ido de la mano con una caída significativa en los precios y una mayor facilidad de uso de estos dispositivos electrónicos. Entre los fabricantes de LED, WorldSemi aparentemente se ha convertido en el estándar de facto entre los aficionados al bricolaje, los aficionados y los diseñadores de dispositivos electrónicos portátiles. La familia WS28XX de LED RGB inteligentes de la compañía incluye un protocolo de control fácil de usar, un diseño de pines y una huella convenientes y una luminiscencia increíblemente brillante, todo dentro de un pequeño paquete de 5 mm x 5 mm. Pero lo que realmente ha marcado la diferencia en el éxito del mercado de bricolaje de los productos es el precio unitario de $ 0,30 a $ 0,40 en pequeñas cantidades. En la última versión de estos LED, el WS2812B, WorldSemi una vez más ha realizado mejoras significativas con respecto a su predecesor, el WS2812. Dado que hay muy poca información sobre esta versión relativamente nueva, decidimos hacer un Instructable breve para resaltar las actualizaciones de diseño y anunciar algunas de las características ya existentes de este ingenioso dispositivo. Nivel de dificultad: Principiante + (algo de familiaridad con RGB inteligente LED) Tiempo de finalización: 5-10 minutos

Paso 1: Lista de materiales

Para resaltar las características de los LED RGB WS2812B y WS2812, podemos hacer uso de las siguientes partes: 1 LED RGB WS2812 (soldado previamente a una pequeña placa de conexión) 1 Placa de pruebas sin soldadura 1 Conector de clavija separable, 0.1 Paso, 8 pines macho 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield para Arduino Solid Core Wire (colores surtidos; 28 AWG) y fuente de alimentación para pelacables (opcional) Tanto el WS2812 como el WS2812B llevan un controlador LED integrado de corriente constante, así como 3 LED controlados individualmente; uno rojo, uno verde y uno azul. El controlador de LED comprende: - Un oscilador interno - Un circuito de amplificación y remodelación de señal - Un pestillo de datos - Un controlador de salida de corriente constante programable de 3 canales - 2 puertos digitales (entrada / salida en serie) Nota: el controlador LED en sí también está disponible en forma de circuito integrado (IC) de 6 pines, que podemos usar para conectar directamente a LED RGB 'no inteligentes' de nuestra elección; el El IC en cuestión no es otro que el WS2811.

Paso 2: WS2812B VS. WS2812: Huella de 4 pines (✓)

La característica nueva más evidente del WS2812B es un número reducido de pines (de 6 a 4), que conservan un buen tamaño para soldarlos fácilmente (usando un soldador de punta fina) a almohadillas de ~ 2 mm x 1 mm en una PCB. Las 6 almohadillas del WS2812 más antiguo dificultaban un poco enrutar el pin DO de un módulo al pin DI del siguiente cuando el espacio entre los módulos era estrecho. Con el WS2812B, enrutar los rastros en una PCB es muy sencillo, particularmente cuando se diseñan configuraciones en matriz como el Arduino Shield que se muestra en las imágenes de este paso. El espacio adicional entre las almohadillas WS2812B permite:

• Enrutar fácilmente las 3 señales necesarias: energía, tierra y datos.
• Uso de trazas más gruesas para conectar la alimentación y la tierra, lo que permite que las corrientes más altas se ejecuten de manera segura en una PCB

Podemos ver en las imágenes de arriba lo fácil que se vuelve enrutar una matriz de 5x8 para Lumina Shield para Arduino usando estos nuevos LED; para comparar, incluimos un diseño antiguo de una matriz de 16x16 usando WS2812s. Los archivos de diseño para Lumina Shield se pueden encontrar en este repositorio de Github. Una cosa importante a tener en cuenta es que, por razones que no podemos comprender, el diseño del WS2812B tiene una pequeña muesca en la esquina del paquete que indica el pin 3 en lugar del pin 1. Debemos prestar especial atención al soldarlos a mano, para que no orientemos el módulo como lo haríamos con los circuitos integrados típicos (o el WS2812, para el caso). *.tftable {tamaño de fuente: 12.0px; color: rgb (251, 251, 251); ancho: 100.0%; ancho del borde: 1.0px; color del borde: rgb (104, 103, 103); colapso de la frontera: colapso; } *.tftable th {tamaño de fuente: 12.0px; color de fondo: rgb (23, 21, 21); ancho del borde: 1.0px; relleno: 8.0px; estilo de borde: sólido; color del borde: rgb (104, 103, 103); alineación de texto: izquierda; } *.tftable tr {color de fondo: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {tamaño de fuente: 12.0px; ancho del borde: 1.0px; relleno: 8.0px; estilo de borde: sólido; color del borde: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {color de fondo: rgb (23, 21, 21); } Pin # Símbolo Función * La muesca en el paquete indica este pin. 1 LED de fuente de alimentación VDD 2 DO Salida de señal de datos de control 3 * VSS Ground 4 DIN Entrada de señal de datos de control Otro detalle que vale la pena mencionar es que los pines de Power (VDD) y Ground (VSS) están en diagonal entre sí. Por lo tanto, las huellas que se conectan a estos pines pueden ser bastante gruesas. Sin embargo, si cometemos el error de soldar el módulo 'al revés', cortocircuitaríamos la alimentación y la tierra (pines n. ° 1 y 3). Por suerte para nosotros, como veremos en el siguiente paso, WorldSemi ha incluido un circuito de protección de polaridad inversa que evitará que el WS2812B se dañe por este error; por supuesto, recomendamos evitar el error por completo:)

Paso 3: WS2812B VS. WS2812: LEDS más brillantes y uniformidad de color mejorada (?)

Cuando se lanzó el WS2812B, WorldSemi enfatizó que tenía LED más brillantes y mejor uniformidad de color que el WS2812. (Fuente: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Sin embargo, al inspeccionar las hojas de datos reales de los dos dispositivos, podemos observar que las especificaciones para la luminancia de los LED son idénticas en ambos: *.tftable {font-size: 12.0px; color: rgb (251, 251, 251); ancho: 100.0%; ancho del borde: 1.0px; color del borde: rgb (104, 103, 103); colapso de la frontera: colapso; } *.tftable th {tamaño de fuente: 12.0px; color de fondo: rgb (23, 21, 21); ancho del borde: 1.0px; relleno: 8.0px; estilo de borde: sólido; color del borde: rgb (104, 103, 103); alineación de texto: izquierda; } *.tftable tr {color de fondo: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {tamaño de fuente: 12.0px; ancho del borde: 1.0px; relleno: 8.0px; estilo de borde: sólido; color del borde: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {color de fondo: rgb (23, 21, 21); } Color Longitud de onda (mm) Intensidad luminosa (mcd) Rojo 620–630 620–630 Verde 515–530 1100–1400 Azul 465–475 200–400 La imagen de arriba muestra un Arduino Uno conectado a cuatro placas de conexiones. Dos de ellos llevan un WS2812B mientras que los otros dos tienen un WS2812. Intentamos usar mediciones de imágenes estándar para determinar si podíamos ver diferencias significativas en el brillo o la uniformidad del color, pero los resultados no fueron concluyentes. Para determinar de forma inequívoca si los dos módulos difieren a este respecto, tendríamos que realizar algunas pruebas utilizando un espectrofotómetro. Dado que no teníamos uno disponible en el momento de escribir este artículo, solo podemos consultar la información de las respectivas hojas de datos de los productos: WS2812.pdf y WS2812B.pdf

Paso 4: WS2812B vs. WS2812: Circuito de protección de polaridad inversa (✓)

Una de las nuevas características que pudimos probar de manera sencilla fue el circuito de protección de polaridad inversa incluido en el diseño del WS2812B. Como muestra el video, invertir los pines de alimentación y tierra a veces puede dañar el WS2812, pero no el módulo WS2812B. Esta función es muy útil cuando se trabaja con tiras en las que normalmente usamos fuentes de alimentación externas con altas clasificaciones de amperaje y donde hemos visto que se cometen la mayoría de los errores durante el cableado. Todavía recomendamos verificar las conexiones y el cableado antes de aplicar energía a cualquier circuito electrónico, pero es bueno saber que en esas raras ocasiones en las que cometemos un error, existe un mecanismo a prueba de fallas para proteger nuestros preciados dispositivos.

Paso 5: WS2812B VS. WS2812: Estructura interna mejorada (?)

La última característica que se incluyó en el WS812B es una separación de los dos circuitos principales del dispositivo: control e iluminación. Al separar estos dos, el fabricante informa una disipación de calor mejorada y un control más robusto. Esta es, con mucho, la más oscura de las nuevas características, ya que no tenemos un buen método para probar la disipación de calor en una PCB. Para la robustez mejorada en la comunicación y la transferencia de datos, no encontramos ninguna diferencia de rendimiento significativa entre el WS2812 y el WS2812B después de algunas pruebas simples que ejecutamos con los dos módulos uno al lado del otro.

Paso 6: Programación de los LED RGB WS2812B

A pesar de todos los cambios introducidos en esta última versión de la familia WS28XX, el protocolo de comunicación necesario para controlar su color y brillo se mantiene sin cambios respecto a su predecesor. Todavía podemos usar las excelentes bibliotecas desarrolladas por otros creadores de Adafruit, PJRC y el proyecto FastSPI. Para obtener más información sobre lo que realmente sucede bajo el capó de estos maravillosos dispositivos LED RGB, reunimos un Instructable minuciosamente detallado que explica la implementación del protocolo de control poco a poco (juego de palabras). ¡Gracias de antemano por comprobarlo! Https: //www.instructables.com/id/Bitbanging-step-by-step-Arduino-control-of-WS2811-