OpenUp RGB-LED Stripe (SMD5050)

7. November 2018

OpenUp RGB-LED Stripe (SMD5050)

Kategorien: Arduino

Gestern habe ich ein paar Kleinigkeiten aus dem Baumarkt gebraucht und bin mal wieder zu Obi gefahren.

Auf dem Weg aus der Gartenabteilung in Richtung der Schrauben befindet sich dort im breiten Hauptgang in der Mitte die Quengelware für den ausgewachsenen Mann. 🙂

Im Vorbeigehen warf ich einen Blick auf die Artikel und dann stand dort ein Regal, auf dem LED-Stripes lagen.

Da ich für ein aktuelles Projekt auch eine Beleuchtung brauche – ich dachte eher daran, meine abertausend Standard-5mm-LEDs dafür zu verwenden, aber der Preis für die Stripes waren doch recht interessant.

Es gab drei Ausführungen. Die Günstigste hat eine Rolle mit 3 Metern mehrfarbigen LEDs auf einem Streifen, der alle 10 cm abgeschnitten werden kann.

Kostenpunkt im Set mit Fernbedienung, LED-Ansteuerung, Steckernetzteil und Verbinder für 11,99 EUR. (Marke: Briloner LED-Strip. Stand zumindest auf dem Aufsteller und wird in einer Blisterverpackung ausgeliefert, in der man dann an der LED-Rolle ein silbernes Etikett mit der Adresse von Obi drauf vorfindet.)

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Obi hat gewonnen. Ich habe das Teil mitgenommen. 🙂

Da ich die LED-Ansteuerung nicht wirklich brauche für mein Projekt, mache ich hier ein OpenUp, damit Ihr sehen könnt, was sich in diesem kleinen Gehäuse befindet und wie es aufgebaut ist.

Doch zuvor noch ein paar Worte zu den verbauten SMD-LEDs des Typs 5050:

Der Stripe ist 10 mm breit und in meinem Fall sogar Wasserfest. Es gibt aber wohl auch eine nicht wasserfeste Version zu kaufen.
Beide Varianten verfügen über 3 Lichtquellen und auf einem Abschnitt von 10 cm sind 3 LEDs verbaut.
Durch die 3 Lichtquellen können die drei Grundfarben darstellt werden (RGB – Rot, Grün und Blau), oder auch drei mal so hell in weiß strahlen.
Da aber für ein weißes Licht im Farbspektrum alle Grundfarben gemischt werden müssen, wird hierfür aber auch gleich die dreifache Energie (0,24W / Chip) verwendet. Auch beim mischen von zwei RGB-Farben fällt immer jeweils die zweifache Energie an, wobei Rot der meist verbrauchende Teil einer Komplementärfarbe ist.

Die gekaufte 3 Meter LED–Leiste mit 90 LEDs (30 pro Meter) benötigt also ca. 24 Watt, bzw. ca. 8 Watt pro Meter.

Geringer Stromverbrauch also und ebenfalls auch eine geringe Wärmeentwicklung machen diesen LED-Streifen daher besonders langlebig. (Zumindest die ersten beiden Eigenschaften habe ich schon getestet und es stimmt.)

Laut Obi-Seite ist das Gerät in der Energieeffizienzklasse A++ angesiedelt und die
Mittlere Nennlebensdauer soll 25000 Stunden betragen.

Finde ich ok.

Noch zu erwähnen ist, dass sich dieser LED-Typ NICHT dafür eignet, ein TV-Backlight-System damit zu bauen, denn die LEDs können nicht jede einzeln die Farbe ändern, sondern nur der gesamte verwendete Streifen.

Nach dem ersten Zusammenstecken kam natürlich Freude auf, denn nichts macht einen wohl zufriedener, als buntes Licht. 🙂

Auf der Fernbedienung gibt es 4 verschiedene Farbprogramme, die den Streifen auf diverse Arten im gesamten Farbspektrum laufen lassen. Flash, Strobe, Fade und Smooth.
Daneben gibt es 16 feste Farbtaster, zwei Taster um die Leuchtkraft zu erhöhen, bzw. herunterzufahren und natürlich einen An- und einen Aus-Taster.

Natürlich lässt sich der Streifen auch ohne die Fernbedienung für ein eigenes Projekt – beispielsweise mit einem Arduino, oder auch einem Raspberry Pi – verwenden, wenn die Ansteuerung komplexer und/oder einfach individueller sein soll.

Ich brauchte daher eigentlich nur das Netzteil und den LED-Streifen, aber mich interessiert, was sich da in dieser kleinen Schachtel namens “RGB Control Box” befindet und ob sich das bestätigt, was ich schon im Vorfeld vermute.

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Als ich dann die Box vorsichtig mit einem Schraubenzieher auf der Rückseite geöffnet habe – von innen ineinander gesteckt – kam die Platinenrückseite zum Vorschein.

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Nachdem ich nun die Platine auch noch herausholen konnte, bestätigte sich meine Vermutung. Es handelt sich um einen Mikrocontroller unbekannten Typs, denn der achtbeinige IC hat keine Typbezeichnung. Ich dachte erst an einen ATtiny85, aber so weit ich das richtig sehe, passt das vom Pinout nicht.

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Auf der linken Seite Oben ist ein AMS 78L05 (U1) Spannungswandler zu sehen mit einem Glättungskondensator um 5V vom 12V Netzteil abzuzweigen um den achtbeinigen Controller-IC (U2) samt Ansteuerung via MOSFETS TSM2302 (Q1-Q3) anzusteuern, die Ihr rechtsseitig im unteren Bereich sehen könnt.

Mittig unterhalb der Platine ist mit D1 eine Diode als Verpolschutz eingebaut und rechts oben neben dem Controller sieht man vier 470 Ohm-PullDown-Widerstände, um die vier IO-Pins des Controllers auf GND zu ziehen (3 davon für die MOSFETs Q1-Q3 die jeweils die Farbe Rot, Grün, Blau des Streifens ansteuern).

Der vierte Widerstand zieht den INPUT-Pin des Controller auf GND. An diesem Pin hängt ein IR-Empfänger, der an einem Kabel hängt und somit für die Fernbedienung da ist. (Das untere Kabel mit dem schwarzen “Knubbel”.)

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An diesem Pin wird das IR-Signal als INPUT eingelesen, um den Fernbedienungs-Tastenbefehl für das entsprechende Programm im Controller auszuwählen, welches dann die entsprechenden Kommandos an die MOSFETs gibt, die ja die LEDs als OUTPUT ansteuern, beispielsweise die Lichtfarbe wechseln, die Helligkeit, usw.
Das funktioniert dann mittels PWM-Ansteuerung (Pulsweitenmodulation) der MOSFETs.

Jeweils am Gate eines der MOSFETs (Q1-Q3) ist ein 10 kOhm Widerstand verbaut.
Vermutlich, um die Schaltflanken abzuflachen, um eine bessere EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) zu erhalten und Schaltstrompsitzen abzufedern.
Es ist eine relativ einfache Schaltung zur Ansteuerung der MOSFETs, sollte aber ausreichen, um die Ausgänge des Controllers zu schützen.

Wäre das Produkt hochwertiger und entsprechend teurer, wäre hier sicher ein bipolarer Transistorschaltkreis (NPN) zusätzlich an jedem Gate verbaut, oder sogar eine Gegentaktsteuerung mit zwei komplementären Transistoren (NPN und PNP) an jedem Gate, aber jedes Bauteil, auch wenn es nur einen Bruchteil eines Cents kostet, erhöht die Herstellungskosten bei riesigen Stückzahlen drastisch und senkt den Gewinn, was heutzutage gerade im Bereich Netzteile fatal ist.
Zu viel Ersparnis und Bauteile am Limit verringern die Lebensdauer und steigern die Gefahren, da hier mit hohen Strömen umgegangen wird.
In der Zeit vor dem Internet sind nie so viele Netzteile wie heute abgefackelt. Die Qualität war eine ganz andere und die Preise auch.

Ein Nachbauen mit einem Arduino ist ganz einfach, zumal wir die “RGB Control Box” als Vorbild nehmen können.
Als Alternative für die MOSFETs könnten wir einen IRLB 8721 verwenden, da dieser sehr günstig zu haben ist (um die 0,60 EUR).
Wenn Ihr eine andere Alternative wollt, weil Ihr beispielsweise schon diverse MOSFETs zu Hause in Eurem Materiallager habt, dann sollte diese mindestens die folgenden Werte aufweisen: UDS = 20 V — Id = 2,4 A — Ptot = 1,25 W.

Sind diese Werte höher oder viel höher, kein Problem, nur niedriger dürfen sie nicht sein.

Auch muss es unbedingt ein N-Channel-MOSFET sein mit Logic Level 3,3V oder 5V.

Und keinesfalls den LED-Streifen, egal wie kurz er ist, direkt an den Arduino klemmen. Das dürfte den Arduino garantiert zerstören.

Hier mal ein Aufbau mit einem Breadboard. (Ich habe jetzt mal behelfsweise IRLZ34N-MOSFETs verwendet.)

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Ein kleines Beispielsketch für den Arduino:

// color swirl! connect an RGB LED to the PWM pins as indicated
// in the #defines
// public domain, enjoy!
 
#define REDPIN 10
#define GREENPIN 11
#define BLUEPIN 9
 
#define FADESPEED 5     // make this higher to slow down
 
void setup() {
  pinMode(REDPIN, OUTPUT);
  pinMode(GREENPIN, OUTPUT);
  pinMode(BLUEPIN, OUTPUT);
}
 
 
void loop() {
  int r, g, b;
 
  // fade from blue to violet
  for (r = 0; r < 256; r++) { 
    analogWrite(REDPIN, r);
    delay(FADESPEED);
  } 
  // fade from violet to red
  for (b = 255; b > 0; b--) { 
    analogWrite(BLUEPIN, b);
    delay(FADESPEED);
  } 
  // fade from red to yellow
  for (g = 0; g < 256; g++) { 
    analogWrite(GREENPIN, g);
    delay(FADESPEED);
  } 
  // fade from yellow to green
  for (r = 255; r > 0; r--) { 
    analogWrite(REDPIN, r);
    delay(FADESPEED);
  } 
  // fade from green to teal
  for (b = 0; b < 256; b++) { 
    analogWrite(BLUEPIN, b);
    delay(FADESPEED);
  } 
  // fade from teal to blue
  for (g = 255; g > 0; g--) { 
    analogWrite(GREENPIN, g);
    delay(FADESPEED);
  } 
}

// color swirl! connect an RGB LED to the PWM pins as indicated

// in the #defines

// public domain, enjoy!

#define REDPIN 10

#define GREENPIN 11

#define BLUEPIN 9

#define FADESPEED 5 // make this higher to slow down

void setup() {

pinMode(REDPIN, OUTPUT);

pinMode(GREENPIN, OUTPUT);

pinMode(BLUEPIN, OUTPUT);

}

void loop() {

int r, g, b;

// fade from blue to violet

for (r = 0; r < 256; r++) {

analogWrite(REDPIN, r);

delay(FADESPEED);

}

// fade from violet to red

for (b = 255; b > 0; b--) {

analogWrite(BLUEPIN, b);

delay(FADESPEED);

}

// fade from red to yellow

for (g = 0; g < 256; g++) {

analogWrite(GREENPIN, g);

delay(FADESPEED);

}

// fade from yellow to green

for (r = 255; r > 0; r--) {

analogWrite(REDPIN, r);

delay(FADESPEED);

}

// fade from green to teal

for (b = 0; b < 256; b++) {

analogWrite(BLUEPIN, b);

delay(FADESPEED);

}

// fade from teal to blue

for (g = 255; g > 0; g--) {

analogWrite(GREENPIN, g);

delay(FADESPEED);

}

Das Ergebnis schaut dann so aus wie in dem kleinen Video. Leider bin ich nicht gut im Videos aufnehmen … Sonst könnte man die einzelnen Farben auf dem Stripe sicher besser sehen können.

Auf dem Multimeter kann man gut den schwankenden Stromverbrauch der Farbkombinationen sehen. Einige Kombinationen brauchen relativ viel, andere wenig. Insgesamt schwankt der Bereich zwischen 12-38 mA bei diesen 3 LEDs.

Ich hoffe, das OpenUp hat Euch gefallen.
Der Controller blieb ja im Gegensatz zu anderen OpenUps Funktionsfähig, aber kommt bei mir erstmal in die Bastelkiste, da ich ja eine andere Ansteuerung brauche.

OpenUp RGB-LED Stripe (SMD5050)

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