Größeres Projekt mit programmierbaren SK6812 - RGBWs

cerberus82 · So, 24.11.19, 18:38

Hallo liebe Gemeinde,
ich möchte gerne eine ambiente Deckenbeleuchtung realisieren und stelle nun fest, dass es schwieriger, bzw. planungsintensiver wird als gedacht.
Ich selbst komme eher aus der Programmierer-Ecke und habe mit elektronischen Schaltungen noch nie wirklich zu tun gehabt.

Aber ich komme mal zum eigentlichen Projekt:

Ich möchte in einem Raum eine komplett umlaufende Lichtleiste an der Decke haben, die:
- sowohl statisches (angenehmes) Licht, als auch programmierte "Licht-Show" darstellen soll
- ca. 20m Gesamtlänge hat
- einen Arduino als Controller verwendet
- in einem späteren Schritt möchte ich eine Fernbedienung (aus einem alten LED-system) auslesen, um deren Funktionalitäten
im neuen System nutzen zu können (Farbton, Sättigung, Helligkeit etc., etc.) --> das ich das alles händisch nachprogrammieren muss
um es mit den Fernbedienungssignalen triggern zu können ist mir klar.

Mit diesen Vorgaben bin ich auf folgende Hardware gekommen:

- 4x 5m SK6812 LedStrip - 5V - 60 Leds/m - 18W/m - RGBWW ---> der einzige den ich gefunden hab, der programmierbar ist und WW hat
- Arduino Mega 2560 bzw. Arduino MKR-ZERO (ich befürchte das die 8kb Speicher des Mega bei 1200 4-channel-leds knapp werden)
- 2x 5V - 40A MeanWell Industrie-Netzteile (alles über 40A was ich gefunden habe, hat aktive lüfter, das möchte ich vermeiden)
- 1x 5V Netzteil für den Arduino

Aus mangelnder Erfahrung strauchel ich jetzt ein wenig ob das alles überhaupt funktioniert.

Ich habe bei anderen Arduino-LED-Projekten gelesen, das auf der Datenleitung vor der ersten LED ein 470-Ohm Widerstand zwischengeschaltet werden sollte. Dies bezog sich aber auf einen WS2812 Streifen. Ist das für SK6812 auch zutreffend?

Außerdem wird empfohlen einen Kondensator vor den Einspeisepunkt zu schalten um Spannungsspitzen zu vermeiden.
Brauche ich so einen vor jedem Einspeisepunkt? Sind 1000uF OK?

Wäre es besser, jeden LED Streifen einzeln mit Strom zu versorgen, also 4x 20A anstatt 2x 40A?

Können die Kabel vom Netzteil zum Einspeisepunkt beliebig lang sein? was gibt es da zu beachten? Thema Querschnitt.
Da ich nur von einem Punkt aus Kabel in die Decke legen kann wären das im worst case 10m vom Netzteil bis zum Einspeisepunkt.

Ich habe mal eine Schaltung gemacht, so wie ich es durch meine Recherchen verstanden habe.
Nur muss bedacht werden, das der Controller und alle 3 Netzteile sich in der nähe der ersten (bzw. letzten) LED befinden

Könnt ihr mir sagen ob das grundsätzlich funktionieren würde?
und ob das mit dem Widerstand, den Kondensatoren, den Einspeisepunkten so hinhaut?

Vielen Dank im Voraus!

P.S. Ich weiß, sehr viele Fragen auf einmal....

BMK · Mo, 25.11.19, 01:58

Hallo cerberus82, welcome on board.

Was mir als erstes aufällt: Vom Arduino zum erstem LEDStrip geht nur eine einzige Leitung (mit den 470 Ohm).
Da kann kein Strom fließen. Wie bei einem Vogel auf der Hochspannungsleitung. Da passiert nix.
Ergo: GND vom Arduino mit GND vom ersten LEDStrip verbinden. Nun haben wir einen Stromkreis und die Ansteuerung funzt.

Zum 470 Ohm Widerstand: Macht Sinn. Sonst könnte die erste LED bei ungünstigen Potentialdifferenzen beschädigt werden.

Noch auffällig: der vierte Strip (im Uhrzeigersinn) hat nur einseitige Einspeisung. Besser 2seitig, wie die anderen auch.

Ansonsten sieht das Konzept für mich schlüssig aus.
Zu den Kondensatoren: Glaubensfrage. Schadet nicht, aber ich glaube nicht daran.

Zum Querschnitt der Kabel zum Einspeisepunkt:
Je niederohmiger desto besser. Rechenaufgabe.

Borax · Mo, 25.11.19, 12:04

Wäre es besser, jeden LED Streifen einzeln mit Strom zu versorgen, also 4x 20A anstatt 2x 40A?

Ja. Auf alle Fälle. Um 40A über mehrere Meter halbwegs verlustfrei zu transportieren kannst Du Kabel in der Stärke von Auto-Starthilfekabeln vorsehen...
Bei 1200 LEDs solltest Du über eine parallele Ansteuerung der 4 LED Streifen nachdenken. Sonst flimmert es ggf. ziemlich, weil deine Framerate nur noch bei ca. 20 FPS liegen würde.
Hier mal lesen:
https://github.com/FastLED/FastLED/wiki ... an-i-drive

cerberus82 · Di, 26.11.19, 02:25

Vielen Dank schonmal für euren Input.

Zum Querschnitt der Kabel zum Einspeisepunkt:
Je niederohmiger desto besser. Rechenaufgabe.

Also wenn der Leistungsverlust-Rechner, den ich benutzt hab, richtig funktioniert hat, werd ich mir etwas anderes überlegen müssen...
Da kommen bei 10m (um Verluste unter 5% zu erreichen) Kabelquerschnitte raus, die vollkommen absurd sind. Das funktioniert schonmal so garnicht. Vielen Dank für den Hinweis, das war mir nicht klar.

Bei 1200 LEDs solltest Du über eine parallele Ansteuerung der 4 LED Streifen nachdenken. Sonst flimmert es ggf. ziemlich, weil deine Framerate nur noch bei ca. 20 FPS liegen würde.

Auch ein sehr guter Hinweis, hatte ich so auch nicht auf dem Schirm. Da der RGBW Streifen ja auch noch 1 Byte mehr pro LED hat wird die Latenz beim schreiben nochmal signifikant größer als in der Beispielrechnung auf der von dir verlinkten Seite....

Demnach kann ich mit einer Datenleitung nur 416 LEDs am Stück betreiben bevor die framerate unter 30 fällt.

(vorausgesetzt man verwendet 50% CPU zeit zum Erzeugen des frames und 50% zum schreiben)

Also vielen Dank nochmal für eure Hinweise!

Erkenntnis:

a: funktioniert Stromtechnisch so schonmal garnicht wenn ich nicht unerwartet noch ne Kupfermine erbe...

b: 1200 LEDs flüssig zu bespielen ERFORDERT eine parallele Ansteuerung

c: ich werde mir nochmal ein Schulbuch zum Thema Elektrotechnik bestellen

Eine Frage bleibt zum Thema Strom offen:
Wenn es so ein großes technisches Problem ist, kleine Spannungen und große Ströme durch Kabel zu jagen, die Netzteile dafür auch viel teurer sind als anders herum und es durchaus auch Leds gibt, die mit 24V und mehr laufen.....
Warum baut man dann überhaupt diese 5V Dinger? Sind die billiger herzustellen?
....Rätselhaft.....

Borax · Di, 26.11.19, 09:07

als anders herum und es durchaus auch Leds gibt, die mit 24V und mehr laufen.....

Nein. Jede LED braucht (je nach Farbe) immer zwischen 2 und 3.5V. Leds mit 24V sind schon Serienschaltungen von mehreren LEDs. Da Du aber jede LED einzeln ansprechen willst, ist eine Spannung > 5V nicht sinnvoll. Und wenn Du die Möglichkeit hättest, an jeder Ecke ein Netzteil zu positionieren, wäre das ja auch kein Problem. Die 5% Verlust musst Du hier auch nicht einhalten. Das gilt nur für direkt betriebene LEDs (wie z.B. Standard-LED-Leisten für 12V oder 24V). Bei den digitalen LEDs ist schon eine Stromregelung drauf, die für die richtige Spannung der LEDs sorgt, so dass diese auch mit 3.5V noch funktionieren (laut Datenblatt: https://blinkinlabs.com/wp-content/uplo ... asheet.pdf ). Ich würde aber nicht unter 3.8V gehen. Das sind aber immer noch rund 20% Verlust bei 5V...