Leiðbeiningar um RGB LED - Vinnuregla, uppbygging, gerðir, hringrásir og forrit

RGB LED hafa umbreytt lýsingu og rafeindatækni með því að gera þér kleift að búa til milljónir litasamsetninga með því að nota aðeins þrjá aðalliti, rauðan, grænan og bláan. Allt frá stemningslýsingu til kraftmikilla skjáa, þessar LED bjóða upp á takmarkalausa aðlögun og stjórn. Sveigjanleiki þeirra gerir þá að lykilþætti í nútíma hönnun, skreytingum og stafrænum verkefnum.

Hvað er RGB LED?

RGB LED (Red-Green-Blue Light-Emitting Diode) er einn LED pakki sem inniheldur þrjár örsmáar LED, eina rauða, eina græna og eina bláa, inni í einu hlíf. Hver flís gefur frá sér ljós á ákveðinni bylgjulengd sem samsvarar lit hans. Með því að breyta birtustigi hverrar litarásar getur LED framleitt milljónir litasamsetninga, þar á meðal hvítt. Þessi fjölhæfni kemur frá getu til að stjórna hverri litarás fyrir sig, sem gerir kraftmikil og sérhannaðar litaáhrif kleift.

RGB LED vinnureglur

RGB LED starfa með aukefnislitalíkaninu, þar sem rautt, grænt og blátt ljós sameinast til að búa til allt litróf. Hver LED rás (R, G og B) er stjórnað sjálfstætt, venjulega með Pulse Width Modulation (PWM) eða stöðugum straumrekli, til að stilla birtustig hennar.

Litasamsetningartafla

Þegar mismunandi birtustigum er blandað saman skynjar mannsaugað blönduna sem myndast sem einn, samsettan lit frekar en aðskilda ljósgjafa.

RGB LED uppbygging og pinout

RGB LED er í grundvallaratriðum þrjár LED, rauðar, grænar og bláar, teknar í einni gagnsærri eða dreifðri epoxýlinsu. Hver innri LED flís gefur frá sér ljós á ákveðinni bylgjulengd sem samsvarar lit hans: rauður venjulega um 620–630 nm, grænn um 520–530 nm og blár um 460–470 nm. Þessar flögur eru vandlega staðsettar nálægt hvor annarri til að tryggja að ljós þeirra blandist mjúklega, sem gerir mannsauganu kleift að skynja samsettan lit frekar en þrjá aðskilda. Þessi fyrirferðarlitla samþætting gerir RGB LED fær um að framleiða milljónir litbrigða með mismunandi styrkleikastýringu á rásunum þremur.

Byggingarlega inniheldur RGB LED pakki fjórar leiðslur eða pinna sem ná frá grunninum. Þrír þessara pinna samsvara litarásunum, R (rauður), G (grænn) og B (blár), en sá fjórði þjónar sem sameiginleg útstöð sem deilt er á milli allra þriggja LED-ljósanna. Hægt er að tengja sameiginlega flugstöðina annað hvort við jákvæða framboðsspennuna eða við jörðina, allt eftir gerð RGB LED. Taflan hér að neðan tekur saman helstu pinnaaðgerðir:

RGB LED tegundir

Það eru tvær aðalstillingar RGB LED byggðar á pólun sameiginlegrar flugstöðvar þeirra: Common Anode og Common Cathode gerðir.

Algeng rafskaut RGB LED

Í Common Anode RGB LED eru öll þrjú innri rafskautin tengd saman og bundin við jákvæðu spennuveituna (+VCC). Bakskaut hverrar litarásar er tengt við örstýringuna eða stjórnrásina. Litur kviknar á þegar samsvarandi bakskautspinni hans er dreginn LÁGT, sem gerir straumi kleift að flæða frá sameiginlegu rafskautinu í gegnum LED. Þessi uppsetning hentar aðallega fyrir örstýringar eins og Arduino, sem nota straumsökkvandi pinna til að jarðtengja einstakar litarásir. Það hjálpar einnig til við að einfalda straumstýringu þegar ekið er mörgum LED með smára eða MOSFET reklum.

Algengt bakskaut RGB LED

Algeng bakskaut RGB LED hefur öll bakskaut innbyrðis tengd og tengd við jörðu (GND). Hver litaljósdíóða er virkjuð þegar rafskautapinninn er knúinn HÁTT af stjórnandanum. Þessi uppsetning er leiðandi fyrir byrjendur, þar sem hún virkar beint með venjulegri jákvæðri rökfræði, kveikir á lit með því að senda HÁTT merki. Það er mikið notað í brauðborðsrásum, tilraunum í kennslustofum og einföldum RGB blöndunarverkefnum vegna einfaldra raflagna og samhæfni við lágaflsstýringargjafa.

Stjórna RGB LED lit með Arduino

PWM (Pulse Width Modulation) er áhrifaríkasta leiðin til að breyta birtustigi og blanda litum í RGB LED. Með því að breyta vinnulotu PWM merkisins fyrir hvern lit geturðu búið til fjölbreytt úrval af litbrigðum.

Nauðsynlegir íhlutir

• Arduino Uno

• Algeng bakskaut RGB LED

• 3 × 100 Ω viðnám

• 3 × 1 kΩ styrkleikamælar (fyrir handvirkt inntak)

• Brauðbretti og jumper vírar

Hringrás skref

Í fyrsta lagi skaltu tengja bakskaut LED við GND.

Í öðru lagi skaltu tengja rauða, græna og bláa pinna í gegnum viðnám við PWM pinna D9, D10, D11.

Í þriðja lagi skaltu tengja potentiometers við hliðræn inntak A0, A1, A2.

Að lokum les Arduino hliðstæð gildi (0–1023), kortleggur þau á PWM (0–255) og sendir birtumerki í hvern lit.

Sameinað ljós birtist sem sléttur, blandaður litur sem er sýnilegur mannsauganu.

(Fyrir nákvæmar útskýringar á PWM, sjá kafla 2.)

RGB LED vs venjulegur LED samanburður

Raflögn og rafmagnseiginleikar RGB LED

RGB LED (bæði algeng rafskaut og bakskaut) deila sömu rafmagnskröfum. Notaðu alltaf straumtakmarkandi viðnám til að vernda hverja LED rás.

Skýringar um raflögn

• Tengdu aldrei ljósdíóður beint við aflgjafann.

• Notaðu aðskilda viðnám fyrir hverja litarás.

• Passaðu sameiginlega endapólun (rafskaut = + VCC, bakskaut = GND).

• Notaðu PWM-hæfa pinna til að stjórna birtustigi.

• Skoðaðu gagnablað framleiðanda fyrir breytingar á útliti pinna.

RGB LED stjórnunaraðferðir

RGB LED er hægt að stjórna annað hvort með hliðrænum eða stafrænum (PWM) aðferðum. Taflan hér að neðan einfaldar samanburðinn til að forðast endurtekningu PWM kenningarinnar.

Algeng RGB LED hringrás dæmi

RGB LED er hægt að útfæra í mismunandi hringrásarstillingum eftir því hvort þú vilt handstýringu, sjálfvirka dofnun eða kraftmikil lýsingaráhrif. Þremur algengustu dæmunum er lýst hér að neðan.

RGB LED ræma (5 V / 12 V)

Þessi uppsetning er mikið notuð fyrir umhverfislýsingu, byggingarlýsingu og sviðsskreytingar. Það virkar á 5 V eða 12 V, allt eftir gerð LED ræma. Hver litarás, rauð, græn og blá, er keyrð í gegnum sérstakan MOSFET eins og IRLZ44N eða IRF540N, sem virkar sem rafeindarofi. Þessum MOSFETs er stjórnað af PWM (Pulse Width Modulation) pinnum örstýringar eins og Arduino, ESP32 eða STM32. Með því að stilla vinnulotu hvers PWM merkis breytist birtustig hverrar litarásar, sem gerir kleift að gera sléttar litabreytingar og nákvæma stjórn. 1000 μF þétti er oft settur yfir aflgjafann til að koma í veg fyrir spennutoppa og litlum viðnámum er bætt við MOSFET hliðin til að koma á stöðugleika merkjanna. Þessi uppsetning er tilvalin fyrir stórar lýsingaruppsetningar þar sem hún styður mikið straumálag og gerir samstillt litaáhrif yfir langa LED ræmur.

RGB LED með potentiometers (Analog Control)

Þetta er einfaldasta leiðin til að stjórna RGB LED og er fullkomin fyrir byrjendur eða kennslustofur. Í þessari uppsetningu eru þrír potentiometers, einn fyrir hverja litarás, tengdir í röð við LED viðnámið. Með því að snúa hverjum potentiometer breytist spennan sem beitt er á viðkomandi LED deyja og stjórnar þannig straumi og birtustigi þess litar. Með því að stilla styrkleikamælana þrjá handvirkt geta notendur blandað saman ýmsum hlutföllum af rauðu, grænu og bláu ljósi til að búa til mismunandi liti, þar á meðal hvítt. Þó að þessi aðferð krefjist ekki örstýringar eða forritunar hefur hún takmarkaða nákvæmni og getur ekki endurskapað liti stöðugt. Hins vegar er það frábært til að skilja sjónrænt hugmyndina um aukefnalitablöndun og fyrir litlar sýningarrásir sem knúnar eru af einföldum DC uppsprettu.

RGB dofnandi hringrás með 555 Timer IC

Þessi hringrás veitir fullkomlega sjálfvirk dofnunaráhrif án nokkurrar forritunar. Það notar einn eða fleiri 555 tímamæli IC sem eru stilltir sem stöðugur fjöltitrari til að búa til mismunandi PWM merki fyrir hverja þriggja lita rás. Hver tímamælir hefur sitt eigið RC (resistor-capacitor) net, sem ákvarðar tímasetningu bylgjuformsins og þar af leiðandi hraða dofna. Þegar PWM merkin fara úr fasa hvert við annað, breytist birtustig rauðu, grænu og bláu ljósdíóðanna sjálfstætt, sem leiðir til sléttrar, stöðugt breytilegrar litablöndu. Smári eða MOSFETs eru venjulega notaðir til að magna upp afköst 555 tímamælisins svo að hann geti keyrt hærri LED strauma. Þessi hönnun er vinsæl í stemningslömpum, skrautlýsingu og fræðslusettum sem sýna hliðræna stjórn á RGB litabreytingum án þess að nota neinn örstýringu.

RGB LED vs aðgengilegt RGB

Úrræðaleit RGB LED vandamál

Þegar unnið er með RGB LED koma algeng vandamál oft upp vegna raflagnavillna, rangra viðnámsgilda eða óstöðugra aflgjafa. Hér að neðan eru algengustu vandamálin og hagnýtar lausnir þeirra.

• Aðeins einlitur kviknar: Þetta gerist venjulega þegar ein af ljósdíóðunum deyr er útbrunnin eða ekki rétt tengd. Athugaðu alla jumper víra og lóðmálmasamskeyti vandlega. Ef slökkt er á einni litarás jafnvel eftir endurtengingu gæti þurft að skipta um ljósdíóðu.

• Dimm framleiðsla: Ef ljósdíóðan virðist dauf er það oft vegna vantar eða rangra viðnáms. Hver litarás krefst straumtakmarkandi viðnáms (venjulega 100 Ω til 220 Ω). Án viðeigandi viðnáms verður birtustig óstöðugt og líftími LED minnkar.

• Flöktandi: Flöktandi eða óstöðug litaframleiðsla gefur til kynna veikan eða stjórnlausan aflgjafa. Gakktu úr skugga um að LED eða ræman sé knúin af stöðugum 5 V DC uppsprettu sem getur veitt nægan straum. Að bæta þéttum yfir aðveitulínurnar getur einnig hjálpað til við að jafna spennufall.

• Röng litablanda: Röng raflögn eða PWM pinnastilling getur valdið óvæntri litablöndun. Gakktu úr skugga um að hver örstýripinna passi við fyrirhugaða litarás (rauðan, grænan eða bláan) bæði í raflögnum og kóðanum.

• Ofhitnun: Umframstraumur getur valdið því að LED eða íhlutir ökumanns hitna. Notaðu alltaf viðeigandi viðnám eða MOSFET rekla fyrir aflmikla uppsetningu og veittu nægilega loftræstingu eða litla hitakólfa ef hringrásin virkar stöðugt.

Notkun RGB LED

RGB LED eru notuð víða í neytenda-, iðnaðar- og skapandi forritum vegna getu þeirra til að framleiða milljónir lita með nákvæmri birtustýringu. Fjölhæfni þeirra gerir þá hentuga fyrir bæði hagnýtan og skreytingarlegan tilgang.

• Snjallheimilislýsing – Notað í snjallperur og LED ræmur til að búa til sérhannaðar lýsingarstemningu sem hægt er að stilla með forritum eða raddaðstoðarmönnum eins og Alexa og Google Home.

• Lýsing á tölvu- og leikjalyklaborði - Innbyggt í jaðartæki leikja, tölvuhulstur og lyklaborð til að veita kraftmikil lýsingaráhrif, sérhannaðar þemu og samstillt myndefni við spilun.

• LED fylkisskjáir og skilti - Notað í stafrænum auglýsingaskiltum í fullum lit, skrunskjáum og auglýsingaspjöldum þar sem hægt er að stjórna lit hvers pixla fyrir sig fyrir lifandi hreyfimyndir.

• Sviðs- og viðburðalýsing - Þörf í leikhúsum, tónleikum og viðburðastöðum til að framleiða öflug lýsingaráhrif, litaþvott og samstilltar ljósasýningar.

• Hljóðvirkt tónlistarefni – Ásamt hljóðnemum eða hljóðskynjurum til að búa til ljósamynstur sem hreyfast í takt við hljóð eða tónlistartakta.

• Arduino og IoT lýsingarverkefni - Almennt notað í fræðsluverkefnum til að fræðast um PWM, örstýringarforritun, og litablöndun fyrir tengd ljósakerfi.

• Klæðanlegar græjur og Cosplay Gear - Innbyggt í búninga, fylgihluti eða flytjanleg tæki til að búa til glóandi kommur og litabreytandi áhrif knúin af litlum rafhlöðum eða örstýringum.

Ályktun

RGB LED blanda saman tækni og sköpunargáfu, sem gerir skæra litastýringu kleift í öllu frá DIY hringrásum til faglegra ljósakerfa. Skilningur á uppbyggingu þeirra, stjórnunaraðferðum og öryggisaðferðum tryggir hámarksafköst og langlífi. RGB LED bjóða upp á spennandi gátt inn í litríka forritanlega lýsingu.

Algengar spurningar [algengar spurningar]

Get ég stjórnað RGB LED án þess að nota Arduino?

Já. Þú getur stjórnað RGB LED með einföldum potentiometers, 555 tímarásum eða sérstökum LED stýringum. Hver aðferð stillir spennu eða PWM merki rauðu, grænu og bláu rásanna til að búa til ýmsar litablöndur, engin kóðun krafist.

Af hverju sýna RGB LED mín ekki réttan lit?

Rangir litir stafa venjulega af raflögnvillum eða PWM pinna sem passa ekki. Gakktu úr skugga um að hver litarás (R, G, B) sé tengd við réttan stjórnpinna, viðnám sé rétt metið og LED gerð (algeng rafskaut eða bakskaut) passi við hringrásarstillingar þínar.

Hversu mikinn straum draga RGB LED?

Hver innri LED dregur venjulega 20 mA við fulla birtu, þannig að ein RGB LED getur neytt allt að 60 mA samtals. Fyrir LED ræmur, margfaldaðu það með fjölda LED, notaðu alltaf skipulegan aflgjafa og MOSFET rekla fyrir mikið straumálag.

Get ég tengt RGB LED beint við 12 V aflgjafa?

Nei. Að tengja RGB LED beint við 12 V getur skemmt díóðurnar. Notaðu alltaf straumtakmarkandi viðnám eða rétta drifrás til að stjórna straumflæði og vernda hverja LED rás.

Hver er munurinn á RGB og RGBW LED?

RGB LED hafa þrjár litarásir, rauðar, grænar og bláar, sem blandast saman til að búa til liti. RGBW LED bæta við sérstakri hvítri LED fyrir hreinni hvíta og bætta birtuskilvirkni, sem gerir þær tilvalnar fyrir umhverfis- eða byggingarlýsingu.