Mehrere WS2812B LED Stripes mit Arduino Uno

International Deutsch
#1

Hallo zusammen,

Off-Topic:
ich bin neu in der Thematik und habe mich jetzt fleißig hier im Forum eingelesen. Bitte nehmt Rücksicht, falls ich Anfänger-Fehler mache. Ich bisher noch nie mit Elektronik-Bauteilen gearbeitet und möchte es lernen.

Zum Thema:

Ziel: 7 WS2812B LED Stripes á 120 LEDs mit einem Arduino Uno ansteuern.

das sind 840 LEDs mit 0,3W = 252W bei 5V also 50,4A.

Ich habe mir ein JoyNano 300W Schaltnetzteil 5V 60A bestellt, als Spannungsversorgung. Das Netzteil hat 3x5V+ und 3xV- als Sekundär-Ausgänge

Dazu ein Arduino Uno Starterset mit Steckbrett.

Nach dem was ich über die Verkabelung gelesen habe würde ich jetzt über 1,5mm² Kabel jeweils einen Stripe mit 120 LEDs (7,2A) mit Strom versorgen.

V+ Netzteil zu Stripe 5V+
und
V- Netzteil zu Stripe GND

Frage1: Ich hatte erst vor das über das Steckbrett zu machen, aber das wird wohl nichts mit den 1,5mm² Kabeln. Also besser direkt an den Stripe löten oder?
Frage2: Ich habe bei vielen Aufbauten gesehen, dass Kondensatoren zwischen geschaltet wird am Ausgang vom Netzteil. Wofür braucht man die? Reichen nicht die integrierten vom Netzteil? Muss ich da etwas beachten? Ich habe hier 8x100uF 25V vom Starterset. Ich hatte sonst gelesen, dass 1000uF 6,3V genutzt wurden, sollte ich die besser bestellen?

Dann Arduino Digtal Pin mit Di/Do von LED Stripe verbinden.
Frage3: Kann ich die Pins 5-11 benutzen? Oder muss ich bei der Belegung etwas beachten?
Frage4: Vorwiderstand, ich hab bei dem Starterset 330R Widerstände, kann ich die nutzen? Habe auch schon von 480R gelesen.

Letzte Frage5: Spannungsversorgung vom Arduino. Jetzt gibt es ja die GND-Problematik, also Potenzialunterschiede. Wenn ich den Arduino über das Netzteil versorge, also V+ Netzteil an V_in am Arduino und V- Netzteil mit GND, ist das dann so in Ordnung? Oder sollte ich zusätzlich GND von jedem Stripe mit dem GND vom Arduino verbinden? Wie ist das mit der 400mA Grenze? Sollte ich einen Isolator davor setzen, sowas hab ich hier mal gelesen.

Ich hoffe es ist soweit alles verständlich. Danke vorab schon für eure Zeit und eure Hilfe.

#2

Hallo,

840 LEDs, je 3 Byte (GRB) für das Ausgabearray? Soviel Ram hat ein Arduino nicht.
Vin beim UNO will mindestens 7V haben, damit der Spannungsregler es richtig macht.
5V vom LED-netzteil müßten direkt an 5V des Uno, dann darf aber USB NICHT angeschlossen sein.
Zwischen Datenpin und Din der WS2812B einen 330 Ohm Widerstand schalten, sonst stirbt irgendwann gern die erste LED, weil nicht sichergestellt werden kann, daß die Spannung am Stripe vorhanden ist, bevor der Uno mit dem Daten senden anfängt.
Ob die Rechenleistung eines UNO für Dein Vorhaben ausreicht, habe ich nicht weiter abgeschätzt.

Gruß aus Berlin
Michael

#3

Hi

Deine Überlegung, 1.5mm² für die einzelnen Stripes zu benutzen, ist schon Mal ein guter Anfang.
ABER
Was denkst Du passiert, wenn Du an einem Stripe Vdd und GND verbindest?
(klar: nicht mit Absicht, einen 'normalen' Kurzschluss halt)
--> Dein Netzteil wird die geballten 60A Richtung Kurzschluss schieben!
ALLES, was Da im Weg ist, wird sau heiß - die 1.5mm² Drähte werden Dem nicht lange stand halten, Die verglühen /so richtig mit hell gelber Farbe und >1000°C.

Überlege, ob Du nicht vll. doch ein/zwei Sicherungen in dem ganzen Haufen vorsehen willst - Strom ist gefährlich, auch bei lumpigen 5V!!

Das Problem mit dem Speicher des Uno wurde ja schon angemerkt (um die 300 LED gehen).
Hast Du Dir auch überlegt, wie lange es dauern würde, die ganzen LEDs mit Daten zu versorgen?

Und, wie eigentlich immer: Was soll's eigentlich werden?
120 LED pro Stripe ist ja schon nicht wenig, für eine Treppenbeleuchtung kommt mir Das zu viel vor (oder Du hast 144 LED/m, dann ist die Treppe aber recht kurz).

MfG

#4

Das Problem mit dem Speicher des Uno wurde ja schon angemerkt (um die 300 LED gehen).
Hast Du Dir auch überlegt, wie lange es dauern würde, die ganzen LEDs mit Daten zu versorgen?

Das dauert gar nicht so lange.
ca 1/30 Sekunde.

Ein UNO schafft nicht soviele WS2812. Entweder einen Arduino MEGA2560 oder auch ein Teensy 3.6 und höher müßte es schaffen.

Grüße Uwe

#5

Perfekt,

ich fange auch gerade mit den Arduino an und wollte damit LEDs ansteuern somit passt das Thema perfekt.
Und vielen Dank an allen Erfahrenen das sie ihr wissen hier immer wieder weitergeben.

#6

Hi

Wenn Es keine WS2812B sein müssen - so eine Treppe lässt sich auch mit 'normalen' RGB-LEDs beleuchten - Da braucht man dann pro Stufe drei PWM, Die Sich als 16-fach PWM-Treiber per I²C ansprechen lassen. [PWM-Treiber, eBay](http://www.ebay.de/i/122367537459) aus -D- und Ende der Woche lieferbar. Durch die Lötbrücken A0-A5 ließen sich 64 der Platinen am gleichen Bus betreiben - 1024 Einzel-LED oder 341 RGB-Gruppen. Und ein Ausgang bleibt dann noch für ein Winke-Servo frei. Bis zu 25mA kann der Chip selber sinken, 10mA treiben, für MEHR wäre ein FET nicht die schlechteste Lösung. [PCA9685, PDF, adafruit](https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/PCA9685.pdf)

MfG

#7

Nordlicht84:
Perfekt,

ich fange auch gerade mit den Arduino an und wollte damit LEDs ansteuern somit passt das Thema perfekt.
Und vielen Dank an allen Erfahrenen das sie ihr wissen hier immer wieder weitergeben.

Bin gerade auch auf diesen Thread gestoßen und kann mich nur anschließen!

VIELEN DANK!

#8

Guten Morgen zusammen,

ja vielen Dank für die vielen Antworten. Es war eine gute Idee hier mal mein Vorhaben zu posten, da bekommt man doch gleich ganz viele Anregungen und Punkte die man nicht bedacht hat als Anfänger.

Was ich damit machen möchte:
Es wird die Hintergrundbeleuchtung (indirekt) in einem Schrank. Meine Freundin Streamt auf Twitch und nächste Woche bekommen wir einen neuen Schrank. Der Schrank ist 4m lang und 2m hoch. Er wird 2 Außen- und 5 Innenwände haben, die ich auf der Rückseite mit den Stripes bekleben will.

Das ganze will ich animieren. Also bei bestimmten Ereignissen im Stream. Vllt auch an die Lebenspunkte koppeln oder an eine Pulsuhr bei Horrorspielen. Ideen gibt es viele.

Zum Speicher:
Ja ups. Daran hab ich natürlich nicht gedacht. 2kb ist zu wenig. Der ATmega2560 mit 8kb scheint mir erst mal brauchbare Alternative zu sein.

Updaterate:
Ich habe öfter von 30FPS gelesen. Was mit uwefeds Aussage übereinkommt denke ich. Wenn es jetzt weniger wird, könnte ich auch damit leben. Sollte natürlich am liebsten “smooth” aussehen.

Extra Sicherung
Ja zu postmasters Aussage. Klar 60A ist eine ganze Menge, das war mir auch gleich bewußt und sollte man keinesfalls unterschätzen. Die 270Watt sind ja gerade wegen den geringen 5V so heftig. Als Laie hatte ich da jetzt gedacht, dass da die Sicherung vom Netzteil gleich rausspring (ja es hat eine). Aber ich denke du hast schon recht. Man sollte die ein oder andere Sicherung noch vorsehen. Hast du einen Vorschlag an welchen Stellen?

Strom für den Arduino:
Die Problematik mit dem USB Strom ist natürlich auch nicht schön. Früher oder später vergisst man das einmal und dann wars das vermutlich. Also besser nicht den Arduino übers Netzteil anschließen und über USB mit Strom Versorgen? Und dann GND von den LEDs alle mit dem GND vom Arduino verbinden? Sind da die 60A vom Netzteil nicht ein Problem?

#9

Hi

Die Sicherungen sind eine heikle Angelegenheit.
Bei benötigten 7,xA sollte schon eine 10A Sicherung Verwendung finden - Die erwärmt sich mit zunehmendem Strom ja ebenfalls bis auf ungesunde Höhen.
Ein nettes Video dazu:Gleichstromhaus, Haussicherungstest

Das Problem: Die Sicherung muß den 'Normalstrom' klaglos überstehen und MUSS bei Kurzschluß sicher auslösen.
Eine Schmelzsicherung wird 'Pi Mal Daumen' mit 10-fachem Nennstrom gerechnet.
Also eine 10A-Sicherung löst sicher bei 100A Strom aus - Diese müssten aber durch Dein 1,5mm² auch 'durch passen'.
Wenn's rechnerisch nur 90A werden, soll Das auch Mal nicht so sein - dann hast Du statt 0,2s eben vll. 0,3s - sollte aber dann immer noch so kurz sein, daß die Sicherung nicht weg schmilzt, sondern auslöst.
Gibt die Sicherungen auch in flink, Die sind deutlich 'mimosenhafter'.
Sicherung auf jeden Fall am Netzgerät - die 1,5mm² Drähte können keine 60A ab - wenn Du vor der Sicherung das Drähtchen brückst, ist Das dann einfach 'weg'.
Ggf. noch eine flinke Sicherung direkt am Stripe ... müsste man vor Ort durchmessen, wie viel Strom Da wirklich kommen kann.

Dann noch: Du bist in Deinem Häuschen ganz alleine mit dem Strom-Kram! Ich kann Dich nur auf mögliche Gefahren hinweisen, umschiffen musst Du Diese!

MfG

PS:Die obigen 60A 'böse für 1,5mm²' und 100A Auslösestrom auf 1,5mm² passen in so weit zusammen, daß die 60A das Kabel als Dauerstrom (Sekunden reichen hier) sicher zerlegen, die 100A die Sicherung aber so schnell 'weghauen', daß das Kabel kaum Zeit hat, sich so zu erwärmen, daß Es Schaden nimmt.
Auch hier ist die Sicherung nur ein LEITUNGsschutz.

#10

Stromversorgung:
Nicht ohne Grund durchziehen unser Land Hochspannungsleitungen. Wenn Du den Schrank mit 36V durchziehst, reduziert sich der Strom auf 8,3A. Da die LEDs sowieso viele Einspeisepunkte benötigen, bringst Du die 36V in der Nähe der Einspeisepunkte mittels StepDown auf 5V.

Dicke Niederspannungskabel ebenso wie flinke Sicherungen bekommst Du im Autozubehörgeschäft.

Wärme:
Die 300W, die Du in den Schrank leitest, werden nicht nur in Licht, sondern auch in Wärme umgesetzt. Die Freundin könnte geneigt sein, LEDs mit Stoff zu belegen. Eine ausreichende, zu jedem Zeitpunkt gewährleistete Belüftung ist zwingend. Denn die Dessousparty findet garantiert ohne Dich statt.

Strom für den Arduino:
USB-Netzteil - USB-Stromkabel - USB-Arduino

Um einen Computer anzuschließen, mußt Du das USB-Stromkabel abziehen und das vom Computer einstecken. Das ist die sichere Variante.

Hausrat-Versicherung:
Möglicherweise könnte es nützlich sein, Deinen Versicherungsvertreter über Dein Vorhaben zu informieren. Eine Abnahme durch eine Sachverständigen könnte sich lohnen. Ich habe gerade einen Hausratschaden hinter mir, da hat die Versicherung nach dem Schaden einen Sachverständigen geschickt.

#11

Ah danke, interessantes Video.

Da ist es ja so, dass bei 30A eine 10A Sicherung eigentlich sofort durchknallt. Da müsste ich also eigentlich sicher sein. Bei der Hausverkabelung nutzt man doch oft 13A Automaten für 1,5mm² oder? Ich gehe auch davon aus, dass es nur 6A maximal werden, da unten noch Schubladen hinkommen und es nicht mehr als 100 LEDs werden.

Welche Sicherungen benutzt man am besten bei so etwas? Flachsicherungen wie im Video?

Selbstverständlich sind das hier nur Ratschläge und die weiß ich auch sehr zu schätzen. Die Verantwortung liegt natürlich immer bei einem selbst. Es ist aber auf jeden Fall sinnvoll mit Euch darüber zu sprechen

#12

Hallo,

die Stromversorung wird ja schon ausgiebig diskutiert, deshalb mal die µC-Seite.
Ein ESP8266 kann mit 256 WS2912B und WLAN/MQTT problemlos mehr 80 Frames/s ohne hakeln.
Er kann vermutlich auch 100 LEDs ansteuern, allerdings als ein Stripe. Bedingung ist Ansteuerug mit I2S-DMA (NeoPixelBus - Lib). Ich habe jetzt nicht geschaut, ob er den ESP32 schon eingebaut hat. der könnte auch mehrere Instanzen weil er miehr I2S-Hardware hat.
Soweit gesehen habe, hat er I2S für den ESP32 inzwischen eingbaut.

Die RMT-Variante, die andere Libs nutzen, produziert Unregelmäßigkeiten bei den Frameraten, ich weiß jetzt aber nicht den aktuellen Stand.

Als ESP8266 z.B. das mini D1-Board, 5V vom Stripe am Dateneinspeisepunkt, Update über OTA.
Mein Bekannter hat die gängigen China-StepDown an jeweils 2m Stripe, Einspeisung in der Mitte, allerdings weil gerade vorhanden, mit 12V Speisung, da wäre 24V günstiger.
Bei den Stripes jeweils GND und Data zum nächsten, der ESP hängt am Anfang von Din und bekommt dort auch seine Spannung vom Stripe.

Real habe ich keine WS2812B gefunden, die bei voll Weiß mehr als 45mA haben wollte.

Gruß aus Berlin
Michael

#13

uwefed:
Ein UNO schafft nicht soviele WS2812. Entweder einen Arduino MEGA2560 oder auch ein Teensy 3.6 und höher müßte es schaffen.

Bei 120 realen Lichtpunkten und 900 im Programm (TwinkleFOX von Mark Kriegsman mit FastLED) festgelegt, reicht auch ein Teensy 3.2:

Der Sketch verwendet 12472 Bytes (4%) des Programmspeicherplatzes. Das Maximum sind 262144 Bytes.
Globale Variablen verwenden 4392 Bytes (6%) des dynamischen Speichers, 61144 Bytes für lokale Variablen verbleiben. Das Maximum sind 65536 Bytes.

#14

Ah okay, ja ich denke ich werde erst mal klein Anfangen und mit dem Arduino Uno den ich habe 1 und dann 2 Stripes ansteuern. Muss ja nicht gleich alles auf einmal sein.

Zum Step-Down. Ja ist natürlich auch eine Variante. Der von agmue vorgeschlagene ist aber schon sehr teuer, wenn ich davon 7 brauche. Jetzt mal ganz doof gefragt. Wenn dort 5A steht, meinen die hier die Eingangsspannung oder Ausgang? Weil dort müssten ja schon 5V mit 7-8A drin sein.

Vllt messe ich auch erst mal was die Stripes jetzt ziehen wenn ich sie weiß schalte. Glaube auch nicht, dass es wirklich so viel wird. Aber in der Produktbeschreibung steht 0,3W pro LED.

Ich werde euch weiter hier informieren, da das Thema ja anscheinend auch für andere noch interessant wird.

#15

legu:
Der von agmue vorgeschlagene ist aber schon sehr teuer, wenn ich davon 7 brauche.

Das war der erste Treffer zur Illustration. Ganz praktisch für Dich fände ich vergossene Teile (vierte "Farbe", € 7,08, Eingangsspannung bis 36V).

legu:
Wenn dort 5A steht, meinen die hier die Eingangsspannung ...

Strom in Ampere, Spannung un Volt. Was meinst Du?

#16

Hallo zusammen,

ich melde mich mal zurück. Der Schrank soll Montag kommen. Jetzt wird es also Zeit das Projekt voran zu treiben.

Ich habe ja berechnet 60mA pro LED, bei 2m sind das 120 LEDs mit 7,2A.

Jetzt habe ich als Versuchsaufbau ein 1,5mm² Kabel als Stromversorgung angelötet. Das ganze habe ich dann mit XLR Steckern versehen. Ich habe dann den Stripe mit einem einstellbaren Netzteil versorgt, welches mir auch den Verbrauch anzeigt.

Ergebnis: 120 LEDs verbrauchen 4,3 A bei voller Helligkeit. Das ist nicht ohne. Würde aber bedeuten ich kann die 7 Stripes mit 40A Netzteil betreiben. Ich habe mich dazu entschieden bei 5V zu bleiben und habe Flachsicherungen vorgeschaltet, 5A pro Kabel. Man muss auch dazu sagen, dass die Stripes sehr warm werden. Ich denke als Dauerbeleuchtung werde ich eher nur 25-50% fahren.

Aber ich muss sagen 1,5mm² Kabel auf den Stripes … eher unschön beim Löten und auch bei den Steckern. Schöner wäre 1mm² oder Anfangs habe ich auch über KNX Kabel mit 0,8mm² nachgedacht. Aber ich werde jetzt wohl bei den 1,5mm² bleiben (längste Strecke sind 2,5m)

Leider war das Netzteil, das ich bestellt hatte, defekt. Dann habe ich ein neues geliefert bekommen, ebenfalls defekt. Bei beiden ist der Trafo nicht auf der Platine festgelötet, bzw hat sich gelöst. Jetzt hole ich mir eins von MeanWell.

Soweit der aktuelle Stand der Dinge. Werde jetzt am WE schon mal alle Kabel vorbereiten mit Steckern, dann kann ich die gleich am Schrank befestigen.

P.S.: Die Ministecker die schon am Stripe sind und die es zu kaufen gibt haben so dünne Kabel, das wäre mir persönlich zu link. Schade dass es hier nichts hochwertiges gibt. Selbst 1m würde ich so nicht auf voller Last betreiben

#17

Hallo,

ich habe hier eine 16x16 Matrix mit WS2812B. Die hat 3 Einspeisepunkte räumlich ca. 5cm Abstand (wegen der Matrixform). Verbunden mit 0,75 Litze, Zuleitung zum Nezteile auch, ca. 0,5m lang. Real wird nur ca. 30% Helligkeit genutzt, ich brauche keinen Scheinwerfer... Auch bei 100% Weiß passiert da real nichts, Sicherung ist keine weiter drin, der Abschaltstrom des Netzteils (5V 12A) wird noch sicher erreicht.
Auf irgendwas muß man schon vertrauen und meine Leitungen fallen nicht plötzlich ab und erzeugen einen Kurzschluß, auch die WS2812B machen sowas nicht, wäre zumindest das erste Mal, das ich davon höre.

Gruß aus Berlin
Michael

#18

Hi

Das KNX-Kabel wird eher D=0,8mm gehabt haben - bei KNX und bei Telefonkabeln ist der Durchmesser angegeben (sonst stünde Da auch eine hochgestellte 2).

Es geht nicht darum, daß Dir plötzlich die Stripes runter fallen oder so Schmarn - es geht um den worst-case, um den denkbar blödesten Umstand, Der Dir Deinen Schrank thermisch zerlegen wird.
Ob Dir Dein Ehering auf eine der Lötstellen fällt und Diese kurzschließt oder Dein kleiner Sohn Seine ersten Erfahrungen mit Gabel und LED-Stripe sammelt, in beiden Fällen wird das Netzgerät die Ampere durch die Leitungen prügeln, Die Es irgendwie hin bekommt.
Wenn Dein Netzgerät 40A aufbringen KANN, dann wird irgend etwas irgend wann den Stromkreis unterbrechen - und da weder so ein Stripe noch ein 0,8er Drähtchen sich den 40A lange in den Weg stellen kann, brennt das Zeug ab - ganz einfach.
Wobei der Stripe in diesem Fall wohl als Sicherung dient und Sich unter Gestank und Rauchentwicklung in 'Nichts' auflöst, das 0,8er Drähtchen aber als Glühbirne länger durchhält und so vll. die Zeit bekommt, Deinem Schrank ein neues Leben - als Kamin - einzuhauchen.

Habt Respekt vor den dort möglichen Strömen - nur, weil das 'Schutz-Kleinspannung' ... also 'Spielstrom' ist, ist der Kram noch lange nicht ungefährlich.

Schon Mal ein E-Schweißgerät gesehen?
Da kommen auch nur Ampere raus, die Spannung ist nahezu winzig - wäre ja sonst auch blöd, da man beide Pole anfasst ... und trotzdem bringt Das sogar fette Stahlteile zum Schmelzen.
(zugegeben - Da ist auch nicht bei 40A Schluß, aber Da sind auch die 'Drähte' geringfügig dicker - und außerdem auf den zu erwartenden Strom ausgelegt)

Macht, was Ihr wollt und verantworten könnt - aber denkt zumindest ein paar Sekunden VORHER drüber nach, was Ihr Euch Da zusammen baut.

MfG

#19

Wenn Dir die FPS wichtig sein sollten, dann nimm einen Teensy 3.1/2/6 und dieses Board+Lib, dann kannst du 8 Strips zeitlich parallel ansteuern, was die erreichbaren FPS verachtfacht (bei gleichlangen Strips):

https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_OctoWS2811.html

Gruß, Helmuth

#20