Светодиодный костюм

Это первая часть моей публикации, в которой я постараюсь кратко и лаконично изложить технологию построения современного светодиодного костюма.

Уже более 4-х лет на рынке доступны цифровые светодиодные ленты на базе IC LED чипов (смарт пикселей). Суть таких пикселей довольно проста, в RGB SMD/DIP светодиод интегрируется микросхема, которая им управляет. Такие ленты обеспечивают высокую плотность — 144/100/60 пикселей на метр, малый вес, низкое напряжение питания, и простоту управления внешним контроллером.

Среди наиболее распространенных и популярных LED чипов можно выделить: WS2812B, WS2813, APA102, SK9822, UCS1903 с питанием 3,5-5В. В настоящее время также набирают популярность IC LED чипы с питанием +12В, это WS2815, GS8208.

Каждый пиксель такой ленты может управляться индивидуально, также как пиксель на экране монитора, т.о. это дает возможность построить на базе цифровой светодиодной ленты продвинутый LED костюм или «Пиксельный костюм».

В качестве элементов питания рационально выбрать массовые li-ion аккумуляторы 3,7V, в корпусе 18650 или 26650, высокотоковые (25-50А). Приобрести такие аккумуляторы не составит большого труда, достаточно заглянуть в любой вейп магазин (магазины электронных сигарет).

Рабочего напряжения 3,7V вполне достаточно для уверенного управления чипами производителя WORLDSEMI CO., LIMITED: WS2812B, WS2813 и т.п. Следует отметить, недостатком низкого напряжения питания являются высокие рабочие токи. Один пиксель при 100% белом цвете потребляет ток около 51 mA, и если учесть, что в современном LED костюме более 1000 пикселей, получаем пиковый суммарный ток более 50А.

Использование IC LED чипов с напряжением питания +12В сильно снижает нагрузку на цепь питания. Можно применить аккумуляторы с защитой (не высокотоковые), выбрать провода с меньшим сечением. Для справки, один IC LED чип WS2815 потребляет ток около 10 mA, при напряжении питания +12В и 100% белом цвете. Но при таком подходе придется искать аккумулятор с рабочим напряжением +12В или соединить 3 шт. +3,7V 18650 последовательно. Еще один недостаток — сами IC LED чипы имеют довольно большие токи покоя — около 2 mA, против 0,6 mА у чипов с низким напряжением питания (WS2812B,WS2813 и т.п.). Возможно, в момент чтения Вами этой статьи производители уже доработали этот недочет.

Как и в случае с ПК, для работы с графикой, а в нашем случае — светодиодной анимацией, необходим графический контроллер и воспроизводимый контент. Контент может находиться на любом носителе: SD карта, Flash память, канал Wi-Fi, или вообще синтезироваться графическим контроллером.

Задачи графического контроллера следующие:
-считать с носителя и преобразовать графический (видео) контент в низкий уровень;
-вывести низкоуровневые данные (контент) на сигнальные линии цифровой ленты в нужный момент времени;
-выполнить синхронизацию с другими контроллерами;
-получать и обрабатывать внешние команды управления, например, по шине DMX.

Основу для крепления светодиодов каждый выбирает исходя из своей задачи и конструкции LED костюма. Это может быть пластик АБС, ПЭТ (или ПЭТФ, полиэтилентерефталат), органическое стекло, алюминий и д.р.

В качестве каркаса LED костюма также можно использовать готовые каркасы в виде масок и защитных панцирей спортивного снаряжения.

На приведенном фото типичная стайкбольная маска.

В качестве проводников можно выбрать мягкие многожильные силиконовые провода AWG. Такие провода выдерживают как низкую температуру -60С, так и высокую до +200С.

Силиконовая изоляция, луженые медные жилки делают провод очень гибким, что дает удобство в работе. Требуемое сечение проводника следует подбирать исходя их расчетного тока по таблицам сечения кабеля по току. В качестве соединителей папа-мама элементов костюма могут быть использованы разъём питания PATA-устройств (Molex 8981).

В следующей части я расскажу о способах подготовки анимации и конвертации контента для воспроизведения на светодиодном костюме.