Для чего нужен протокол SPI и как использовать его для управления светодиодными лентами
В технических характеристиках многих светодиодных лент и контроллеров фигурирует такое понятие как «протокол SPI». Эта аббревиатура расшифровывается как Serial Peripherial Interface, что в переводе с английского означает «последовательный интерфейс для периферийных устройств». В отличие от DMX512, для реализации протокола SPI в контроллере световых эффектов не требуется использовать специальный чип. Достаточно средств, уже встроенных в обычный микроконтроллер. Поэтому контроллеры SPI могут быть компактнее и стоить значительно меньше. Исполнительные устройства также проще и дешевле, чем для DMX512. Мало того, относительно DMX512, есть у SPI и некоторые функциональные преимущества, важные именно для светодиодных лент. Сейчас, когда динамические световые эффекты шагнули со сцены в наш быт, протокол SPI получает все более широкое распространение.
В данной статье мы расскажем о светодиодных лентах RGB, управляемых по протоколу SPI (далее – RGB-SPI-ленты), и подробно разберем, как настраивать управление по этому цифровому протоколу.
С помощью RGB-SPI-лент можно создавать многоцветные световые эффекты: от «бегущего огня» до воспроизведения более сложных динамических изображений (светодинамических шоу). Такие ленты применяются для оформления фасадов зданий, спортивных и культурных объектов (архитектурная подсветка), для создания рекламных конструкций, в том числе динамических медиафасадов и билбордов, а также для создания театральных декораций.
Идея композиции из ломаных линий для спектакля «Островский #любовь» в санкт-петербургском театре «Буфф»[ЕЗ1] была реализована с помощью круглого гибкого профиля WPH FLEX и RGB-ленты. Динамические эффекты (в том числе – эффект «написания текста от руки») удалось воплотить благодаря настройке управления лентой по протоколу SPI.
Цифровой протокол SPI отличается от других протоколов индивидуальным управлением. Именно этот факт дает возможность создавать любые динамические эффекты. Индивидуальное управление происходит последовательно: от одного пикселя к другому по всей длине цепочки. Контроллер отправляет сигнал управления на первый пиксель. Его драйвер принимает первые данные сигнала управления, а остальные данные передает далее. Второй драйвер действует по такому же принципу: первую часть полученной информации «забирает» себе, а остальное передает по цепочке.
При выборе RGB-SPI-ленты обращайте внимание на ее дополнительные функции. С помощью RGB-SPI-лент с фигурной платой вы можете легко создать динамическую рекламную вывеску сложной формы без резки ленты. Функция обхода битого пикселя позволит сэкономить на замене целой ленты, если один светодиод выйдет из строя. В обычной SPI-ленте, когда перегорает один светодиод, вся динамическая картинка рушится.
В этом сезоне компания Arlight пополнила линейку RGB-лент, управляемых по протоколу SPI:
- SPI-RZ-B60-8mm 12V RGB-PX1-BPT, IP20 (арт. 047382)
Управляемая лента серии SPI-RZ с фигурной платой в форме волны легко изгибается на плоскости. Открытая лента с IP20.
Микросхема SK6813 (подключение внешнего контроллера с интерфейсом SPI, поддерживающего работу с микросхемами SK6813 или аналогичными (M1824, M1903B, WS2811F)).
Лента поддерживает обход битого пикселя (BPT) – битый пиксель не влияет на передачу сигнала далее по ленте.
Подходит для установки в криволинейные пазы, для подсветки криволинейных форм, букв, витрин и ниш.
Вертикальный радиус изгиба – 50 мм. Максимальный угол изгиба на плоскости – 90°.
Обязательна установка на алюминиевый профиль.
Управляемая лента серии RZ-F60 с фигурной платой в форме волны легко изгибается на плоскости. Открытая лента с IP20.
Микросхема 17822 (подключение внешнего контроллера с интерфейсом SPI, поддерживающего работу с микросхемами SK6813 или аналогичными (M1824, M1903B, WS2811F)).
Лента поддерживает обход битого пикселя (BPT) – битый пиксель не влияет на передачу сигнала далее по ленте.
Подходит для установки в криволинейные пазы, для подсветки криволинейных форм, букв, витрин и ниш.
Вертикальный радиус изгиба – 30 мм. Максимальный угол изгиба на плоскости – 90°.
Обязательна установка на алюминиевый профиль.
Для управления RGB-SPI-лентами используются контроллеры SPI (исполнительные устройства). В масштабных проектах следует использовать контроллеры с сигналом синхронизации CLK. При необходимости устанавливают системные устройства: декодеры – преобразователи из DMX в SPI, и усилители, которые необходимы, если расстояние от контроллера до места установки ленты составляет более 10 м.
В ассортименте Arlight есть большой выбор SPI-контроллеров:
- C автоматической программой
Содержат до 300 программ, перепрограммировать нельзя, однако есть много разнообразных сценариев на любой вкус. Пример SPI-контроллера с программой: ARL-SPI-301-62-DIM-SUF (5-24V, 3200pix) (арт. 039632).
- С SD-картой
Позволяют создать собственный сценарий динамического освещения и записать его на SD-карту, которая затем включается в контроллер. Обратите внимание, что есть ограничение по количеству пикселей: 8192 (арт. 019859).
- LIVE (TCP/IP)
Эти контроллеры можно подключать к компьютеру и писать программы в режиме реального времени. Увеличение количества пикселей достигается за счет группировки контроллеров SLAVE. См. мастер-контроллер на 170 000 пикселей (арт. 022187).
Выбор контроллера напрямую зависит от типа микросхемы, установленной на ленте. Тип микросхемы указывается в паспортах изделий. В перечне микросхем, с которыми совместим контроллер, обязательно должен быть тип чипа, используемый в ленте. При подключении контроллеров учитывайте основные правила:
1. Питание
В случае с RGB-SPI-лентой к блоку питания подключаются и лента, и контроллер — в отличие от обычных RGB-лент, где питание на ленту подается через контроллер, который управляет напряжением питания посредством ШИМ. Контроллер SPI выдает только цифровой управляющий сигнал TTL, поэтому простейшие RGB-ленты, управляемые по цифровому протоколу SPI, имеют всего 3 провода для подключения. Из них 2 провода служат для питания ленты (+/-), а третий провод предназначен для подачи цифрового сигнала TTL (DAT). Если перепутать провода при подключении, лента может выйти из строя.
Важно! Запрещается последовательное соединение лент длиной более 5 м по цепям питания. При подключении большего количества лент подавайте питание на каждые 5 м от отдельного источника питания или отдельным кабелем от общего источника питания.
2. Варианты подключения
- Если расстояние между лентой и контроллером не более 10 м, используйте схему подключения: контроллер TTL – лента (подключение напрямую) (схема 1).
- Если расстояние между лентой и контроллером более 10 м, используйте схему подключения: мастер-контроллер – конвертер TTL-RS485-TTL – лента (схема 2).
SPI-RGB-лента управляется только TTL-сигналом и не принимает сигналы интерфейса RS-485. Но сигнал управления RS-485 хорошо передается по проводам на большие расстояния – до 200 м, поэтому для увеличения дальности передачи сигнала TTL используют конвертеры. Для реализации такого между контроллером и лентой необходимо добавить конвертер, выполняющий преобразование между сигналами TTL и RS-485 (например, арт. 041770). Изделие состоит из двух устройств: передатчик TX и приемник RX. Передатчик TX преобразует несимметричный сигнал уровня TTL (SPI) в дифференцированный сигнал интерфейса RS-485, а приемник RX, наоборот, преобразует сигнал уровня RS-485 в сигнал TTL.
Управление RGB-лентами по цифровому протоколу SPI на первый взгляд может показаться сложным, но у SPI есть неоспоримые преимущества перед любым другим протоколом управления:
1. Позволяет работать с большим количеством пикселей. Этот параметр ограничен только типом контроллера: простые контроллеры поддерживают до 1024 пикселей, более сложные могут обслуживать до 2048 пикселей, есть и решение на одном мастер-контроллере – управление до 170 000 пикселей.
2. Простой интерфейс управления.
3. Не требуется запись адреса пикселя и приобретение редактора адресов, как в случае с протоколом DMX.
4. Отсутствует привязка пикселя, что позволяет обходить битый пиксель и подключать новый. Пиксель – это светодиод или группа из нескольких светодиодов, которые управляются отдельно, а перестановка модулей или отрезков ленты не приводит к нарушению рисунка воспроизводимой динамической программы.
5. На одну линию можно подключать более 1024 пикселей, при условии поддержки такого количества контроллером и при продуманном и качественно выполненном монтаже.
Мы рассмотрели новинки RGB-лент, управляемых по протоколу SPI, и разобрали особенности управления и настройки цифрового протокола SPI. Но если вам необходимо создать декоративную подсветку различных элементов домашнего интерьера: закарнизную подсветку, световые линии, также рассмотрите RGB-ленты Arlight с фигурной платой в форме волны. Среди новинок:
- RZ-A120-8mm 24V RGB, IP20 (арт. 042911)
- RZ-A60-8mm 24V RGB, IP20 [ЕЗ11] (арт. 042909)
Новые ленты можно изгибать на плоскости. Они подходят для установки в криволинейные пазы. Но обратите внимание, что они не управляются по цифровому протоколу SPI.
Источник: Arlight