Atualizando LEDs RGB inteligentes: WS2812B vs. WS2812: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O grande número de projetos que vimos usando LEDs RGB inteligentes - sejam tiras, módulos ou PCBs personalizados - nos últimos 3 anos é bastante surpreendente. Esse surto de uso de LED RGB vem acompanhado de uma queda significativa nos preços e uma maior facilidade de uso desses dispositivos eletrônicos. Entre os fabricantes de LED, o WorldSemi aparentemente se tornou o padrão de fato entre os DIYers, amadores e designers de eletrônicos vestíveis. A família WS28XX de LEDs RGB inteligentes da empresa inclui um protocolo de controle fácil de usar, uma pinagem e pegada convenientes e uma luminescência incrivelmente brilhante, tudo em um pequeno pacote de 5 mm x 5 mm. Mas, o que realmente fez a diferença no sucesso do mercado de bricolagem dos produtos é o preço unitário de $ 0,30 a $ 0,40 em pequenas quantidades. Na versão mais recente desses LEDs, o WS2812B, o WorldSemi mais uma vez fez melhorias significativas em relação ao seu predecessor, o WS2812. Como há muito pouca informação sobre esta versão relativamente nova, decidimos fazer um curto Instructable para destacar as atualizações de design e anunciar alguns dos recursos já existentes deste dispositivo bacana! Nível de dificuldade: Iniciante + (alguma familiaridade com RGB inteligente LEDs) Tempo para conclusão: 5-10 minutos

Etapa 1: Lista de Materiais

Para destacar as características dos LEDs WS2812B e WS2812 RGB, podemos fazer uso das seguintes peças: 1 x LED RGB WS2812 (pré-soldado em uma pequena placa de fuga) 1 x Placa de ensaio sem solda 1 x Conector de pino separável, 0,1 Pitch, 8 pinos macho 1 x Arduino Uno R3 1 x WS2812B Lumina Shield para Arduino Solid Core Wire (cores sortidas; 28 AWG) e fonte de alimentação removedor de fios (opcional) Ambos WS2812 e WS2812B carregam um driver de LED de corrente constante incorporado, bem como 3 LEDs controlados individualmente; um vermelho, um verde e um azul. O driver de LED compreende: - Um oscilador interno - Um circuito de amplificação e reformulação de sinal - Um latch de dados - Um drive de saída de corrente constante programável de 3 canais - 2 portas digitais (saída / entrada serial) Observação: o driver de LED em si também está disponível em uma forma de Circuito Integrado (IC) de 6 pinos, que podemos usar para conectar diretamente a LEDs RGB 'não inteligentes' de nossa escolha; o IC em questão não é diferente do WS2811.

Etapa 2: WS2812B VS. WS2812: pegada de 4 pinos (✓)

O novo recurso mais evidente do WS2812B é um número reduzido de pinos (de 6 para 4), que preserva um bom tamanho para soldá-los facilmente (usando um ferro de solda de ponta fina) para almofadas de ~ 2 mm x 1 mm em um PCB. Os 6 pads do WS2812 mais antigo dificultavam um pouco o roteamento do pino DO de um módulo para o pino DI do próximo quando o espaçamento entre os módulos era apertado. Com o WS2812B, rotear os traços em um PCB é uma brisa, particularmente ao projetar configurações em array como o Arduino Shield mostrado nas imagens desta etapa. O espaço adicional entre as almofadas WS2812B permite:

• Encaminhando facilmente os 3 sinais necessários: Alimentação, Terra e Dados.
• Usando traços mais grossos para conectar a energia e o aterramento, o que permite que correntes mais altas funcionem com segurança em um PCB

Podemos ver nas imagens acima como é fácil rotear um array 5x8 para o Lumina Shield for Arduino usando esses novos LEDs - para comparação, incluímos um projeto antigo de um array 16x16 usando WS2812s. Os arquivos de design do Lumina Shield podem ser encontrados neste repositório Github. Uma coisa importante a notar é que, por razões que não podemos compreender, o layout do WS2812B tem um pequeno entalhe no canto da embalagem indicando o pino 3 em vez do pino 1! Precisamos prestar atenção extra ao soldá-los manualmente, para que não orientemos o módulo como faríamos com ICs típicos (ou o WS2812, nesse caso). *.tftable {tamanho da fonte: 12.0px; cor: rgb (251, 251, 251); largura: 100,0%; largura da borda: 1.0px; cor da borda: rgb (104, 103, 103); colapso da fronteira: colapso; } *.tftable th {font-size: 12.0px; cor de fundo: rgb (23, 21, 21); largura da borda: 1.0px; preenchimento: 8,0 px; estilo de borda: sólido; cor da borda: rgb (104, 103, 103); alinhamento de texto: esquerda; } *.tftable tr {cor de fundo: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {tamanho da fonte: 12.0px; largura da borda: 1,0px; preenchimento: 8,0 px; estilo de borda: sólido; cor da borda: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {cor de fundo: rgb (23, 21, 21); } Pino # Símbolo Função * O entalhe na embalagem indica este pino. 1 LED da fonte de alimentação VDD 2 Saída de sinal de dados de controle DO 3 * VSS Ground 4 Entrada de sinal de dados de controle DIN Outro detalhe que vale a pena mencionar é que os pinos de alimentação (VDD) e terra (VSS) estão diagonalmente um em frente ao outro. Portanto, os traços que se conectam a esses pinos podem ser bastante grossos! No entanto, se cometermos o erro de soldar o módulo 'ao contrário', causaremos um curto na alimentação e no aterramento (pinos 1 e 3). Para nossa sorte, como veremos na próxima etapa, o WorldSemi incluiu um circuito de proteção de polaridade reversa que evitará que o WS2812B seja danificado por esse erro - nós, é claro, recomendamos evitar o erro por completo:)

Etapa 3: WS2812B VS. WS2812: LEDS mais brilhantes e uniformidade de cor aprimorada (?)

Quando o WS2812B foi lançado, o WorldSemi enfatizou que ele tinha LEDs mais brilhantes e melhor uniformidade de cor do que o WS2812. (Fonte: WS2812B_vs_WS2812.pdf) Porém, inspecionando as planilhas reais dos dois dispositivos, podemos observar que as especificações para a luminância dos LEDs são idênticas em ambos: *.tftable {font-size: 12,0px; cor: rgb (251, 251, 251); largura: 100,0%; largura da borda: 1,0px; cor da borda: rgb (104, 103, 103); colapso da fronteira: colapso; } *.tftable th {font-size: 12.0px; cor de fundo: rgb (23, 21, 21); largura da borda: 1.0px; preenchimento: 8,0 px; estilo de borda: sólido; cor da borda: rgb (104, 103, 103); alinhamento de texto: esquerda; } *.tftable tr {cor de fundo: rgb (47, 47, 47); } *.tftable td {tamanho da fonte: 12.0px; largura da borda: 1.0px; preenchimento: 8,0 px; estilo de borda: sólido; cor da borda: rgb (104, 103, 103); } *.tftable tbody tr: hover {cor de fundo: rgb (23, 21, 21); } Comprimento de onda da cor (mm) Intensidade luminosa (mcd) Vermelho 620–630 620–630 Verde 515–530 1100–1400 Azul 465–475 200–400 A imagem acima mostra um Arduino Uno conectado a quatro placas breakout. Dois deles carregando um WS2812B enquanto os outros dois têm um WS2812. Tentamos usar medidas de imagem padrão para determinar se podíamos ou não ver diferenças significativas no brilho ou uniformidade de cor, mas os resultados foram inconclusivos. Para determinar de forma inequívoca se os dois módulos diferem neste aspecto, teríamos que realizar alguns testes usando um espectrofotômetro. Dado que não tínhamos um disponível no momento da redação deste artigo, podemos apenas consultar as informações nas respectivas fichas técnicas dos produtos: WS2812.pdf e WS2812B.pdf

Etapa 4: WS2812B vs. WS2812: Circuito de proteção de polaridade reversa (✓)

Um dos novos recursos que pudemos testar de maneira direta foi o circuito de proteção de polaridade reversa incluído no design do WS2812B. Como mostra o vídeo, inverter os pinos de alimentação e aterramento às vezes pode danificar o WS2812, mas não o módulo WS2812B. Este recurso é muito útil ao trabalhar com tiras onde normalmente usamos fontes de alimentação externas com altas classificações de amperagem e onde vimos a maioria dos erros sendo cometidos durante a fiação. Ainda recomendamos verificar as conexões e a fiação antes de aplicar energia a qualquer circuito eletrônico, mas reconhecemos que é bom saber que, nas raras ocasiões em que cometemos um erro, existe um mecanismo à prova de falhas para proteger nossos preciosos dispositivos.

Etapa 5: WS2812B VS. WS2812: Estrutura interna melhorada (?)

O último recurso incluído no WS812B é a separação dos dois circuitos principais do dispositivo: controle e iluminação. Ao separar esses dois, o fabricante relata uma dissipação de calor aprimorada e um controle mais robusto. Este é de longe o mais obscuro dos novos recursos, pois não temos um bom método para testar a dissipação de calor em um PCB. Para a robustez aprimorada na comunicação e transferência de dados, não encontramos nenhuma diferença significativa de desempenho entre o WS2812 e o WS2812B após alguns testes simples que executamos com os dois módulos lado a lado.

Etapa 6: Programação dos LEDs RGB WS2812B

Apesar de todas as mudanças introduzidas nesta última versão da família WS28XX, o protocolo de comunicação necessário para controlar sua cor e brilho permanece inalterado em relação ao seu antecessor. Ainda podemos usar as grandes bibliotecas desenvolvidas por outros fabricantes como Adafruit, PJRC e o projeto FastSPI. Para aprender mais sobre o que realmente acontece sob o capô desses maravilhosos dispositivos RGB LED, montamos um Instructable detalhado explicando a implementação do protocolo de controle pouco a pouco (trocadilho intencional). Agradecemos antecipadamente por conferir! Https: //www.instructables.com/id/Bitbanging-step-by-step-Arduino-control-of-WS2811-