Ещё одна гирлянда на WS2812

Зимняя погода на этот Новый Год, похоже, не удалась, но настроения хочется. Представлю свой вариант гирлянды с попиксельно адресуемыми светодиодами. Подобные обзоры недавно уже были (раз, два); в этом использованы другие светодиодные модули, а также использован свой скетч для визуальных эффектов.
Под катом описание модулей, чуть измерений и скетч.

Схемотехника гирлянды не отличается оригинальностью – применена самая дешёвая плата 5-вольтовая Arduino Pro Mini, коих несколько штук валялось без дела. Гирлянда подключается напрямую к плате единственным сигнальным проводом. Подключить питание к плате и гирлянде – и «железо» готово. В упомянутых выше обзорах это подробно и качественно описано.
Свою реализацию фоткать не буду – стыдно за колхоз, гордится нечем :)

Выбрал именно такой вариант гирлянды я по единственной причине – ёлка у нас белая. Реализации на WS2811 с RGB-светодиодом, которая однозначно лучше, я не нашёл с белыми или прозрачными проводами (плохо искал?). Чёрные или зелёные слишком виднелись бы на белой ёлке. Но в этом варианте в силу конструктивных особенностей светят только в одну сторону (на 180 градусов), поэтому многие из них при установке подсвечивают внутренности ёлки, а не создают эффект точечного источника. Но если не придираться, то это не такой уж большой недостаток. Ниже покажу, как это выглядит.

Основу гирлянды составляют модули WS2812, представляющие собой чип с интегрированным RGB-светодиодом. Модули запаяны на маленькие круглые платы, с обратной стороны которых предусмотрены контактные площадки для соединения плат в гирлянду. Помимо модуля, на плате запаяны резистор и конденсатор – необходимая обвязка для соединения модулей.
Платы соединены трёхпроводным шлейфом из достаточно толстых (диаметр около 1мм) многожильных проводов в прозрачной изоляции.
Пайка визуально выглядит неплохо. Но в паре мест провода всё-таки отвалились при экспериментах и «монтаже» на ёлку.
Продавец предлагает на выбор соединительные провода длиной 10 или 12 сантиметров. Я купил 10-сантиметровые, хотя потом оказалось, что 12-сантиметровые подошли бы лучше. Длины двух купленных гирлянд чуть-чуть не хватило, чтобы полностью «обмотать» ёлку высотой 180 см.
На концах гирлянд припаяны парные трёхконтактные разъёмы с фиксаторами (не знаю, как их правильно называть), т.е. гирлянды можно просто соединять последовательно. Мало того, что разъёмы чёрные, они припаяны красно-бело-зелёными проводами, которые резко выделяются на белой ёлке. Поэтому точку ввода и место соединения гирлянд пришлось прятать на «теневой» стороне ёлки. Можно было, конечно, избавится от места соединения, подключив две гирлянды напрямую без разъёмов, но я пока решил этого не делать.
Почему-то помимо разъёмов к контактам питания были дополнительно припаяны отрезки провода длиной сантиметров 10. На фото продавца такого нет. Я их сразу отпаял за ненадобностью, к сожалению фото не сделал. Также отпаял разъём с одного их концов одной гирлянды и использовал его для подключения к Arduino. Получилось достаточно удобно – две «половинки» гирлянды и блок управления быстро и просто соединяются.

На фото продавца особенности гирлянд неплохо видны; я приведу несколько своих фоток, так сказать, «в интерьере».


Итого — гирлянда выглядит вполне прилично, не выделяется.

Теперь о нескольких допущенных мною проколах. Все они связаны с питанием гирлянды. Гирлянда потребляет достаточно приличный ток: если верить данным продавца, то аж 5.76 ампера на моих две гирлянды, исходя из строки «Расход энергии (Вт/м):2,88 Вт/м». Блок питания на такой ток найти непросто, максимум что у меня оказалось – 2 А. Далее, на больших токах даже на толстых проводах при достаточной их длине падает приличное напряжение. Следовательно, светодиоды в конце гирлянды питаются меньшим напряжением, чем светодиоды в начале. Ну и конечно часть напряжение падает на подводящих проводах и разъёмах от блока питания (я использовал ненужный USB-MiniUSB кабель). Таким образом, напряжение на конце гирлянды может «просесть» ниже минимального рабочего напряжения для модулей (3,5 В по спецификации).

Для измерений «на натуре» я использовал скетч, включающий в цикле все светодиоды на красный, зелёный, синий и белый цвета. Для каждого из включённых цветов измерял напряжения в начале (Uнач) и в конце (Uкон) гирлянды, а также потребляемый ею ток (I). Для полноты картины измерения делал как для полной (100-светодиодной), так и для «половинчатой» (50-светодиодной) гирлянд, и дополнительно мерял напряжение прямо на выходе блока питания (Uбп).
Результаты измерения приведены в таблице.



Видно, что падение напряжение действительно значительное. Однако на функционировании гирлянды это визуально почти не сказывается. Только на 100-светодиодной гирлянде при максимальной нагрузке (белый цвет) слегка видно падение яркости и уход в жёлтый цвет верхней трети гирлянды. Это неудивительно, поскольку в этом случае на конце гирлянды оказывается меньше трёх вольт. Также хорошо видно, что подводящий провод с его разъёмами совсем хиленький – на нём при максимальной нагрузке падает целый вольт.
Можно было, конечно, усилить подводящие питание провода, убрать лишние разъёмы. Был даже вариант организовать встречное питание (один из полюсов подключить к концу гирлянды отдельным проводом). Но это отличие в цвете на ёлке, когда конец отдалён от начала, не виден. А режимы с максимальной нагрузкой в эффектах встречаются очень редко. Поэтому было решено не заморачиваться :)
А заявленные продавцом ватты, как можно было ожидать, оказались китайскими. Несмотря на это гирлянда имеет весьма приличную яркость, даже при свете эффекты хорошо видны. Сколь-нибудь заметного нагрева светодиодов (проверял рукой) при работе не заметил.

И самое главное – скетч. За его основу я взял скетч github.com/bportaluri/ALA, творчески его так сказать переработав. Основные отличительные особенности скетча такие:
— скетч полностью автономен, режимы переключаются автоматически случайным образом
— в эффектах использованы палитры цветов, т.е. один и тот же эффект может работать с разными цветами. Палитры также переключаются случайным образом
— между режимами реализован плавный переход для исключения «дёргания»
— использовано что-то вроде гамма-коррекции для более равномерного изменения яркости в эффектах

Случайный выбор режимов и палитр, случайные параметры некоторых режимов и случайная скорость дают очень большое разнообразие итоговых эффектов, что и было конечной целью.
Сам скетч можно скачать отсюда.
Скетч я делал в Visual Studio Code с «родным» плагином для Arduino от Microsoft, но он нормально компилируется и в «родной» среде Arduino IDE. Неродных внешних библиотек не требуется — использованную adafruit_neopixel для управления лентой встроил прямо в скетч.
UPD: из-за проблем с запуском убрал поддержку Visual Studio Code и встроенную библиотеку. Теперь скетч нужно запускать в Arduino IDE с установленной внешней библиотекой Adafruit_NeoPixel.
При открытии в Arduino IDE необходимо поместить все скачанные файлы в папку с названием «arws2812» — так же, как и называется стартовый файл скетча (arws2812.ino).

Для тех, кто будет дорабатывать: в файле anim.h задаётся номер «ноги» Arduino, к которой подключена гирлянда, и количество светодиодов. Единственный момент — 100 светодиодов это уже предел для 2 кбайт ОЗУ. Отвечу на вопросы в комментариях :)
Для демонстрации я немного поменял скетч — сделал последовательный перебор режимов и палитр. Вот результат его работы:

С наступающим Новым Годом!