SPI контроллер и SPI RGB лента.

В последние годы светотехнический рынок обогатился RGB лентами с попиксельным управлением – так называемыми SPI контроллер и SPI RGB лента. В отличие от своих предшественниц, они позволяют изменять (как фиксировано, так и динамически) яркость и цвет не только всей линии, но и каждого светодиода или юнита отдельно. Это выводит их на качественно новый уровень возможностей, позволяя создавать эффекты бегущего огня, тени, капли и множество других – с настройкой размера, цвета, направления и скорости «движущихся» фрагментов, их количества, пульсаций, пред- и послесвечения, изменений фона и многого другого. Такие функции, естественно, обеспечивают ещё более широкое и эффектное применение подобных изделий для световой рекламы, медиафасадов, оформления праздников и шоу, интерьерной, архитектурной и ландшафтной декоративной подсветки.

Управление SPI

Управление SPI и DMX управление светодиодными источниками света это особый вид управляемых светодиодных источников света. Если говорить кратко то, как и в многоцветных RGB лентах, используются трехцветные светодиоды с красным (R), зеленым (G) и синим (B) свечением. Отличие обычного DMX устройства от SPI в том, что в устройствах SPI  Каждый светодиод  является отдельным устройством и управляется отдельно (3 диода разных цветов или несколько таких групп) питается от встроенного в ленту возле него микро чипа-драйвера, который и регулирует свечение в соответствии с последним пришедшим кодом.

Принципиальная особенность управление SPI заключается в том, что кроме светодиодов, непосредственно на ленту или внутрь модулей, монтируются микросхемы управления, в следствии чего появляется возможность управлять не только всеми светодиодами одновременно, но и каждым светодиодом или группой из нескольких светодиодов в отдельности. Эта группа называется «пиксель». В разных типах ленты содержится разное количество светодиодов в пикселе. LED-ленты и модули с напряжением питания 12В обычно имеют по 3 RGB светодиода на пиксель, с питанием 24В – по 6 светодиодов на пиксель. В светодиодных лентах и модулях с напряжением питания 5В управление обычно осуществляется каждым светодиодом отдельно, причем микросхема управления может быть встроена в корпус самого RGB светодиода.

Работой светодиодных лент «Бегущий огонь», «гибкий неон» и флеш-модулями управляют пиксельные контроллеры, которые формируют цифровой сигнал управления.

Пиксельная светодиодная лента бегущий огонь

Управляемый «гибкий неон» 

Флеш-модули

Различные типы SPI контроллеров

 Контроллеры с фиксированным набором динамических эффектов, запрограммированных на заводе при изготовлении контроллера. В таких контроллерах пользователь может выбирать программы из имеющегося списка и регулировать скорость их выполнения. Подобные контроллеры могут содержать в своей памяти до 300 программ различных динамических эффектов.

Контроллеры, выполняющие программы, записанные на SD карту. Программы световых эффектов для таких контроллеров создаются пользователем на компьютере с использованием специализированного программного обеспечения и записываются на SD карту.

Контроллеры, работающие под непрерывным управлением компьютера (On Line). Программы в этом случае также создаются пользователем на ПК и там-же выполняются. Контроллер к компьютеру обычно подключается через порт USB или по локальной сети, используя сетевую карту компьютера.

Архитектурная мультимедийная подсветка зданий с использованием системы управления DMX SPI и SPI совместимых светильников.

Какими бывают SPI контроллер и SPI RGB лента.

Как и обычные RGB, SPI контроллер и SPI RGB лента могут иметь влагозащищенное исполнение и боковое свечение (модели со словом Side в названии). Последнее достигается применением специальных светодиодов с оптическими осями параллельными плоскости пайки. Такие модели удобны для монтажа в узких щелях или на горизонтальных поверхностях при горизонтальном же направлении максимума излучения, что очень часто требуется в подсветке дизайнерских потолков и наружных архитектурных элементов, для окантовки вывесок и рекламных щитов или отдельных объёмных букв и т. п.

Технически независимое регулирование яркости каждого диода в каждом пикселе (которых могут быть тысячи) обеспечивается, конечно, не прокладкой кабеля с соответствующим количеством жил, а цифровыми методами. Для кодированного управляющего сигнала, в котором заключена информация для всех пикселей, достаточно одного или двух проводников, кроме общего. Каждый пиксель (3 диода разных цветов или несколько таких групп) питается от встроенного в ленту возле него микрочипа-драйвера, который и регулирует свечение в соответствии с последним пришедшим кодом.

Управление SPI RGB лент (от английского Serial Peripheral Interface) последовательный: каждый драйвер «берёт» из управляющего кода свою часть информации, а остальное переправляет на следующий. Поэтому выход из строя любого из них останавливает всю ленту. Но благодаря огромному сроку службы и высокой надёжности светодиодов отказы происходят крайне редко, в основном только из-за механических повреждений. Зато не требуется более хлопотная пуско-наладка с прописыванием индивидуального адреса каждого пикселя, как в более универсальном протоколе DMX, а любой повреждённый участок ленты достаточно просто физически – без какой-либо последующей настройки – заменить аналогичной по количеству пикселей (юнитов), то есть просто такой же длины. (Напомним, что юнитами называются кратчайшие отрезки ленты с повторяющейся структурой, по специально обозначенным границам которых её можно резать).

SPI контроллер и SPI RGB лента – принцип действия.

Формируется управляющий сигнал специальным внешним устройством – SPI контроллером, часто содержащим также импульсный стабилизатор для силового питания. В некоторых моделях его напряжение переключается на 5, 12 и 24 В для совместимости с любой лентой. Амплитуды же сигналов (как и сам протокол) на информационных выходах DATA и CLK унифицированы на всех устройствах под уровни TTL. В некоторых системах для управления используется только один провод DATA, но двухпроводные работают стабильнее, имеют выше частоту обновления и скорость обмена данными, что позволяет воспроизводить более сложные и динамичные световые эффекты.

Кроме соответствия напряжения и мощности, при выборе SPI контроллера для светодиодной ленты следует убедиться, что применяемые в ней драйвера входят в список поддерживаемых контроллером. Обычно их перечень достаточно велик, но лучше всего просто приобретать компоненты от одного производителя, специально сконструированные друг для друга и совместимые априори – от совпадения соединителей и наиболее полной реализации всех возможностей до гармоничного сочетания цвета проводников и корпуса.

SPI контроллер и SPI RGB лента – принципиальная схема.

На SPI RGB лентах изображены стрелки, обозначающие направление передачи управляющих сигналов (так, кстати, легче всего – не разглядывая мелкие буквы – отличать их от обычных RGB лент, концы которых равноправны). Подключение следует производить так, чтобы стрелки указывали в направлении ОТ контроллера к дальнему концу ленты. Другими словами, чтобы выход DATA на SPI контроллере соединялся с входом DI (или DIN) ленты, а её выход DO (или DOUT) – со следующей лентой, если таковая используется. Аналогично при двухпроводном управлении подключаются входы/выходы CLK, CIN и COUT. Вообще суммарная длина подключаемых лент выбирается так, чтобы количество пикселей в них не превышало поддерживаемое данным контроллером. Для значений свыше 1024 существуют контроллеры с несколькими выходными портами.

Схема подключения SPI RGB лент к контролеру.

Управление SPI практические советы.

Из-за низковольтного питания ток, потребляемый светодиодными лентами достаточно велик, а сечение печатных проводников в них ограничено. Падение же напряжения сразу вызывает изменение цветов, а значительное может привести и к сбою в работе. Поэтому, даже если мощности встроенного в SPI контроллер блока питания хватает на все подключаемые к нему ленты, примерно каждые 2,5 их метра должны быть подключены не через предыдущий участок лент, а через дублирующие медные проводники сечением не менее 0,35 кв. мм на каждый ампер потребления и каждые 10 м расстояния. И на цельную 5-метровую ленту питание лучше подавать с обеих сторон. При больших расстояниях бывает рациональнее непосредственно возле точек дополнительного питания расположить несколько маломощных источников – обязательно с защитой от встречного тока на выходе. Блок питания контроллера также должен её иметь или не использоваться для лент.

Управление SPI схема управления.

SPI контроллер и SPI RGB лента – принципиальная схема подключения Artnet.

В данной статье мы кратко описали как работает SPI контроллер и SPI RGB лента подробнее о подобных системах управления читайте в наших следующих статьях.