Leitungsdurchmesser bei 600 Neopixeln auf ca 20m Wegstrecke

Hallo,
ich habe vor eine Treppe mit 5V WS2812B RGB LED Stips (2 Stück á 5m) zu beleuchten. Pro Stufe verwende ich ca. 60cm Streifenabschnitt, bei 16 Stufen á ca. 37 RGB LEDs und 600 RGB LEDs insgesamt. Das rechte Ende eines Streifenabschnittes ist jeweils mit dem linken Ende des nächsten Abschnitts via dreiardigem Kabel verbunden usw.. Dadurch habe ich pro Stufe nochmal 1m dreiadriges rückläufiges Kabel zur Verbindung mit dem nächsten Abschnitt. Um den Leistungsabfall zu reduzieren soll an jedem Streifenabschnitt (links) zusatzlich GND und +5V eingespeist werden. Laut Herstellerangaben benötigt ein 5m Strip 95W bei voller Helligkeit und allen Farben. Unter Vollast ergäben sich also 180W. Ein geeignetes Schaltnetzteil mit 5v 40A ist bestellt (es hat gleich 3 Ausgänge für GND und V+). Jetzt die Frage:
welchen Kabel/Kabelquerschnitt sollte ich verwenden für die Verbindung der einzelnen Abschnitte, und welchen für zusätzliche Stromeinspeisung pro Abschnitt?
Und vielleicht eine generelle Frage:
Da die Steuerung der beleuchtung natürlich über einen Arduino (in meinem Fall über einen Nano) erfolgen soll... schafft der das (Speicher, Bibliothek etc.)?

Hab mal meinen Schaltplan angehängt (der zeigt aber noch einen alten Stand mit nur 8 Stufen, einem Strip und einem schwächeren Netzteil)
P.S.: bin zwar Softwareentwickler, aber Elektronik ist nicht unbedingt mein Fachgebiet :slight_smile:

...bin für jede Anmerkung dankbar, auch und gerade wenn mein Schaltplan noch andere Fehler aufweist...

pattex1981:
...bin für jede Anmerkung dankbar, ...

Ich würde zu Testzwecken erst mal nur einen Streifen umsetzen. Dann lernst Du den Elektrik-kram erst mal „in klein“ und kannst mit Lichteffekten spielen und experimentieren.

Gruß

Gregor

PS: Sieh auch Pull-up-Widerstände am I²C vor :slight_smile:

gregorss:
Ich würde zu Testzwecken erst mal nur einen Streifen umsetzen. Dann lernst Du den Elektrik-kram erst mal „in klein“ und kannst mit Lichteffekten spielen und experimentieren.

Gruß

Gregor

PS: Sieh auch Pull-up-Widerstände am I²C vor :slight_smile:

ist geplant :-), aber ich will halt "Den großen Plan" einmal initial durchdacht haben...

stimmt, da auch Widerstände zwischen zu hängen macht Sinn ???

Danke und liebe Grüße,
Markus

Hallo,

ich würde, wegen der Spannungsabfälle , versuchen die Einzelströme so gering wie möglich zu halten. Vom Netztgerät je ein Kabel zu jeder Stufe. Da fließen dann etwa je 2A. Bei 1,5mm2 und 40m Cu(20m kabel) macht das dann etwa 1V Spannungsabfall. Ich würde dann noch als Leitungsschutz 4 Sicherungen einbauen je 10A und jeweils 4 Kabel darüber laufen lassen.

Wenn es geht bau alles in der Mitte ein, dann sind die Längen halbiert.

wenn man mal mit nur eine Stromversorgungsleitung rechnet und mal 6mm2 annimmt und halbe Leitungslänge mit halbem Strom annimmt kommt da auch etwa 1,2V Spannungsverlust raus. (Am Anfang der Leitung ist der volle Strom, aber ja nur wenig Kabel, Am ende ist das Kabel lang, aber der Strom klein, also 50 /50 ) Allerdings musst Du jetzt 6mm2 auf jeder Stufe auftrennen und ein T bilden für Abgang zum LED Streifen, ist auch nicht so einfach zu händeln. Und für das kleine Stück Kabel bleibt das Thema Kurzschlussschutz auch noch bestehen.

Heinz

pattex1981:
… 5V WS2812B RGB LED Stips … 600 RGB LEDs …

Der Typ WS2815 wäre besser für Dein Vorhaben, da wesentlich weniger Strom benötigt wird:

600 * 15 mA = 9 A
600 * 15 mA * 12 V = 108 W

Die von mir gemessenen benötigen sogar nur 10 mA, im Datenblatt steht aber 15 mA.

Ergänzung:

Die Framerate bei WS2812B oder WS2815 ist wegen der festen Taktrate bei 600 Pixeln recht niedrig. APA102 ist bei geeignetem µC ca. zehnmal schneller.

Schaltbild: Ein Streifen hat DIN und DOUT, die Richtung ist wichtig. Eine Zick-Zack-Verlegung ist möglich, wenn nicht sogar empfehlenswert.

Bei solchen Anwendungen ist eine andere Versorgungsstrategie besser.

Du nimmst ein Netzteil vom 24V.
Jeder Streifen bekommt einen DC/DC Wandler mit 5V 3A Ausgang.
Einspeisen am Anfang und Ende jedes Strreifens (müßte reichen).
In der Datenleitung zwischen den Streifen 2er Stufen ein 330 oder 470 Ohm Widerstand damit der Streifen nicht kaputtgeht wenn mal ein Wandler ausfällt.
Bei 24V sind das nur 7,5A. Da reicht ein 1,5mm Kabel. Spannungsabfälle sind unkritisch weil entweder bei 5V die Entfernungen kurz sind und der Strom klein (ca 2A) oder bei 24V der Spannungsverlust nicht die 5V betreffen.

Zu klähren wäre mal ob nicht auch die Hälfte der LED zur Stufenbeleuchtung ausreichen. Man braucht ja keine Flutbeleuchtung. Das vereinfacht das ganze sehr.

Ein Arduino NANO ist für 600 WS2812 ungeeignet da er zuwenig RAM-Speicher hat. Alleine für die LED brauchst Du 1800 Byte RAM. Du braucht einen Controller mit mehr RAM. Ein Arduino der MTK Serie könnte gehen (wers sicher weiß Bitte bestätigen).

Eine andere Klährung bedarf der Aufbau.
Der sollte schon zu einem gewissen Maße wasserfest sein. Die Stiege wird wohl hie und da feucht (naß) gewaschen) Ein nettes Aluprofil wo die Streifen reinkommen ist nicht zu verachten. Am schönsten wäre das Profil in einer Nut unter dem Stufenbrett. Die Verkabelung und den DC/DC Wandler sollte man auch irgendwo einbauen können sodaß sie nicht in der Gegend herumhängen.

Ein geeignetes Schaltnetzteil mit 5v 40A ist bestellt (es hat gleich 3 Ausgänge für GND und V+).

Da muß ich Dir widersprechen. Es hat nicht 3 Ausgänge sondern einen Ausgang(sSpannung) mit 3 Klemmen pro Pol. Theoretisch ist das kein Unterschied, praktisch schon weil 3 Ausgänge legen 3 voneinander unabhängige Spannungen nahe, die da nicht sind.

Grüße Uwe

Vorweg erstmal ein riesiges Dankeschön für die vielen hilfreichen Antworten. Habe einiges dazugelernt.
So, dann hoffe ich mal, dass ich aus allen Antworten eine für mich machbare und funktionierende Lösung zusammenfassen kann.

  1. Eine andere Konfiguration wäre besser gewesen...
    -> Ja, kann ich im Nachhinein nachvollziehen. Da das Netzteil nun hier liegt, und ich im Treppenhaus auch nicht für jede Stufe einen DC/DC-Wandler anbringen will (bestehende Treppe mit Marmorstufen, keine Einbaumöglichkeit für die Wandler), werde ich mir das für die Zukunft und andere Projekte merken, hier aber jetzt nicht umschwenken.
  2. Typ WS2815 wäre besser
    -> auch hier, kann ich im Nachhinein nachvollziehen, merke ich mir, bleibe nun aber bei 5V Stripes
  3. Netzteil in der Mitte der Treppe um die Leitungslängen zu halbieren
    -> Das wäre super, aber wird bei unserer Treppe leider schwierig bis unmöglich.
  4. Eine Leitung pro Stufe, immer vier mit einer 10A Sicherung versehen, dann mit 1,5qmm-Kabeln weiter gehen
    -> Check! Wird gemacht.
  5. Netzteil hat keine 3 Ausgänge, sondern 3 Anschlussklemmen.
    -> Check! Die nutze ich dann einfach mal, und verteile die 5 4er-Cluster auf die Klemmen
  6. 600 LEDs sind zu viel für den Nano, ... anderer Controller oder weniger LEDs
    -> Check! Steige um auf zwei Strings mit 30 LEDs/m, also 300 LEDs für alle 16 Stufen. Hatte schon vermutet, dass das nicht gehen wird, aber gegenteilige Behauptungen im Netz hatten die Hoffnung geschürt.
  7. Aluprofile nutzen
    -> Check! Ist geplant, nicht nur aufgrund der Feuchtigkeit, sondern auch um die Stripes passiv zu kühlen, mit einer entsprechenden Milchglasabdeckung diffuser zu streuen und den Abstrahlwinkel optimal wählen zu können (https://www.isolicht.com)
  8. Pull-Up-Widerstände auch am IIC
    -> Check! Wird gemacht. Also sowohl an SDA als auch an der SCL-Leitung, richtig?

Eine letzte Frage noch:
Auf meinem Schaltplan schleife ich nicht nur die Datenleitung von einem Strip-Abschnitt zum nächsten, sondern auch GND/+. Ist Letzteres überhaupt nötig, wenn ich doch bei jedem Abschnitt sowieso Strom einspeise? Reicht nicht nur die Datenleitung?

Zusatzinfo:
Am unteren Treppenende ist die Eingangstür, neben der die Briefkästen, Klingeln und zwei Lichtschalter für das Außenlicht in einem schulterhohen Kasten verbaut sind. Dieser Kasten bietet genug Platz, um die ganze Elektonik zu beherbergen. Über eine kleine Wartungsklappe, die ich ihm Verpassen werde kann man dann bequem an alles herankommen. An dem Kasten wird der untere Bewegungs- sowie der Tageslichtsensor sitzen.

Hallo,

Sicherugen brauchst Du doch nur in der + Leitung. Das Ende eines jeden Streifens mit dem gleichen Potential vom Anfang verbinden. Damit hast Du dann das gleiche Potential an Anfang und Ende. So wie es jetzt ist hast Du die potentiale ja miteinander verbunden. Nur die Datenleitung schleifen, alle hintereinander. Zwischen den Gruppen würde ich noch je einen Widerstand in die Datenleitung machen damit die erste LED nicht stibt wenn mal eine Gruppensicherung anspricht.

pattex1981:
2. Typ WS2815 wäre besser
-> auch hier, kann ich im Nachhinein nachvollziehen, merke ich mir, bleibe nun aber bei 5V Stripes

  1. 600 LEDs sind zu viel für den Nano, ... anderer Controller oder weniger LEDs
    -> Check! Steige um auf zwei Strings mit 30 LEDs/m, also 300 LEDs für alle 16 Stufen. Hatte schon vermutet, dass das nicht gehen wird, aber gegenteilige Behauptungen im Netz hatten die Hoffnung geschürt.
  1. Hänge die WS2812b in den Partykeller.

  2. Die Entfernung µC zu LED-Streifen ist in der Länge begrenzt, sonst gibt es Störungen in der Animation. Hier wurden schon unterschiedliche Längen berichtet, ich sehe die Grenze bei 30 cm.

pattex1981:
Auf meinem Schaltplan schleife ich nicht nur die Datenleitung von einem Strip-Abschnitt zum nächsten, sondern auch GND/+. Ist Letzteres überhaupt nötig, wenn ich doch bei jedem Abschnitt sowieso Strom einspeise? Reicht nicht nur die Datenleitung?

Möglicherweise hast Du meine Anmerkungen zu Deinem Schaltplan überlesen. Datenleitung im Zick-Zack, aber eigentlich reicht je ein dickes 5V- und GND-Kabel links und rechts der Treppe. Eine Aufteilung ist möglich, aber nicht wie von Dir gezeichnet notwendig.

Noch ein Tipp: Bevor Du die LEDs "einbetonierst", probiere bitte die Funktion aus! Wenn Du nicht voreilig ein paar Dinge gekauft hättest, hättest Du jetzt eine einfacher zu realisierende Konstellation.

Sind die geplanten Animationen schnell genug zu realisieren? Kannst Du mit den Bewegungsmeldern eine sichere Treppenbeleuchtung gewährleisten?

Zum Abstand zwischen den einzelnen WS2812b. Laut Datenblatt https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/WS2812B.pdf kann dieser Abstand bis zu 5m sein. Da nehme ich mal an daß auch zwiscehn Arduino und der ersten Ws2812B mehr als 30cm sein können. Wenn Du probleme hast, daß die Streifen nicht oder in nicht nachvollziebarer Weise funktionieren ist der Abstand als Fehlergrund in Erwägung zu ziehen.
Grüße Uwe

Moin,

Ich hatte auch 600 Stück WS2813 an einem ESP8266. Das wurde sehr langsam. Inzwischen hab ich APA202 gekauft. Aber noch nicht umgesetzt.
Bau die Datenleitung nicht Zeilenweise, sondern wie bereits 2x vorgeschlagen im Zick-Zack. Das spart wichtige Leitungslänge in der Datenleitung. Zeilenweise wird mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht sauber funktionieren. Ich hatte bei 40cm Leitungslänge schon Geistereffekte.
Beste Grüße,
Chris

themanfrommoon:
Inzwischen hab ich APA202 gekauft. Aber noch nicht umgesetzt.

Du meinst APA102?

Mach doch mal bitte, mich würde Dein Eindruck interessieren.

Bau die Datenleitung nicht Zeilenweise, sondern wie bereits 2x vorgeschlagen im Zick-Zack. Das spart wichtige Leitungslänge in der Datenleitung. Zeilenweise wird mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht sauber funktionieren.

Hmmmm,… ZickZack ist angesichts des bestehenden Treppenhauses nur dann möglich, wenn ich entweder an der Wandseite Mini-Kabelkanäle setze (das sieht auf Fliesen mal so richtig mies aus) oder die Marmorfliesen-Fußleiste wegkloppe, oder den Rauputz darüber. Kurz ZickZack stellt daher keine Option dar…
Auf den Bildern sieht man auch den Kasten in den die Steuerung und das Netzteil rein soll. Erstmal wollte ich mir die beiden Treppenabsätze nach oben vornehmen.
Was die Stromversorgung betrifft würde ich nun für’s Erste beide 5m Strips jeweils am Anfang und am Ende mit Saft versorgen, dann brauche ich auch nur 4 Leitungen (mal sehen ob das läuft). Einen Testaufbau werde ich vor der End-Montage eh Schritt für Schritt machen.
Grundsätzlich sollen pro Stufe ja auch alle LEDs in der gleichen Farbe und auf ein Mal leuchten (evtl. spiele ich ein wenig mit der Helligkeit nach außen oder innen pro Abschnitt). Inwieweit ich verschiedene Farben zu verschiedenen Außenhelligkeiten (Lichtsensor) einsetze ist auch noch Zukunftsmusik.

agmue:
Du meinst APA102?

Mach doch mal bitte, mich würde Dein Eindruck interessieren.

Jaaaaaaa, eins von meinen vieeeelen Projekten....
Leider hab ich noch keine Idee, wann ich das realisieren kann

Also,

danke Euch allen für die vielen, vielen Tipps und Verbesserungsvorschläge. Ich bin jetzt erstmal vollgepackt mit Umsetzungsideen und werde mich langsam an selbige rantasten und Stück für Stück (Stufe für Stufe) erweitern und testen. Ein paar Komponenten fehlen noch bzw. sind auf dem Postweg, aber sobald ich Ergebnisse liefern kann melde ich mich wieder.
Und wenn alles nicht funktionieren will, weil z.B. der Leitungsweg zu lang ist, dann plane ich halt um und lasse die Strips in entsprechenden Alu-Profilen (mit milchiger Abdeckung) auf der Fliesenfußleiste stufig entlang laufen (siehe eines der Bilder oben)
Bis alles da ist tobe ich mich damit aus, womit ich mich auskenne, und schreibe mir schnell das Sketch zusammen.

P.S.: Finde es übrigens super gut, wie bereitwillig ihr Euch in mein "Problem" reingedacht, und wie viele Lösungswege ihr aufgezeigt habt.

Alles Liebe,
Markus

pattex1981:
... aber sobald ich Ergebnisse liefern kann melde ich mich wieder.

Tu das! Ich habe zwar „nur“ mitgelesen, aber das/die Ergebnis(se) würde ich mir ebenso interessiert ansehen.

Gruß

Gregor

Auch wenn ich jetzt den Stimmungskiller gebe: Verschönert bekommst Du die Treppe nicht, daher solltest Du die LEDs für ein anderes Projekt verwenden. Oder über erstmal mit der Kellertreppe.

Nur meine Meinung ::slight_smile:

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