DIY-Beleuchtung mit WLED: Smarte Lichtsteuerung einfach umgesetzt - Teil 2

Nachdem im ersten Teil in die Grundlagen der Steuerung eingeführt wurde, betrachten wir in diesem Beitrag Anwendungsmöglichkeiten und erweitern die Steuerung um Hardwarekomponenten. Neben der Steuerung von LED-Ringen können auch LED-Stripes oder -Matrizen verwendet werden, die durch ihre Flexibilität in Länge/Größe eine Vielzahl kreativer Lichtinstallationen ermöglichen.

Stromversorgung

Um eine stabile und gleichmäßige Beleuchtung zu gewährleisten, ist die Wahl der passenden Stromversorgung entscheidend. Gerade bei längeren LED-Stripes ist es wichtig, ein Netzteil zu verwenden, das genügend Leistung bereitstellt. Zusätzlich sollten Einspeisepunkte strategisch entlang der Stripes gesetzt werden, um Spannungsabfälle zu vermeiden, die sonst zu Helligkeitsunterschieden führen könnten.
Um ein passendes Netzteil zu finden, können Sie die benötigte Leistung entweder in den WLED-Einstellungen (unter LED Preferences nach dem Einstellen der richtigen LED Zahl), oder detaillierte Informationen von der offiziellen WLED Powercalculator Seite bekommen.
Für die Stromversorgung bieten sich zwei Varianten an:

1. Verwendung eines 5V Schaltnetzteils, z.B.: 10A Netzteil
2. Verwendung eines alten Laptopnetzteils

Viele neueren Laptops werden über USB-C geladen, alte Laptops verwendeten hingegen meistens Steckernetzteile in verschiedenen Varianten. Da die WS2812 LED aber eine Spannung von 5V benötigen, regeln wir diese höhere Spannung mit einem Step-Down Wandler auf 5V. Da die Ausgangsleistung abzüglich eines geringen Verlustes der Eingangsleistung entspricht, können beispielsweise an einem 12V 2,2A (26W) Laptopnetzteil LED-Stripes mit 5V und 5A betrieben werden.
Hierzu eignen sich folgende Module:

Da es sich bei den oben genannten Werten um die maximale Stromstärke handelt, ist es ratsam, etwas Toleranz einzuplanen und eventuell einen Regler mit höherem Maximalstrom einzubauen.

Die zweite Methode ist etwas ineffizienter, da die Spannung zweimal geregelt wird und so mehr Leistung verloren geht. Sie ist aber deutlich billiger und vorhandene alte Netzteile können wiederverwendet werden.

Einspeisungen

Bei einer hohen Anzahl an LEDs sollten im LED-Stripe sogenannte Einspeisungen vorgenommen werden, um den Verlust über die Strecke zu kompensieren und somit zu verhindern, dass die LEDs unterschiedlich hell leuchten, oder nicht richtig funktionieren. Schließen Sie bei langen Stripes zum Beispiel an das Ende ein zusätzliches Netzteil an (der Gesamtstrom kann auf die zwei Netzteile aufgeteilt werden). Sollte es trotzdem zu Problemen mit der Spannungsversorgung kommen, kann auch noch eine Einspeisung in der Mitte angeschlossen werden.

Um bei größeren Projekten Probleme zu vermeiden, verwenden Sie möglichst kurze Kabel (Sowohl für die Stromversorgung, als auch die Datenleitung).

Matrix mit WLED

Bisher haben wir uns auf die Steuerung eines LED-Rings oder -Stripes konzentriert, wobei alle Effekte nur in einer Dimension dargestellt wurden. Mit der Verwendung einer LED-Matrix, die in zwei Dimensionen arbeitet, eröffnen sich jedoch völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten. Anstatt nur entlang einer Linie oder eines Rings Lichtanimationen zu erzeugen, lassen sich jetzt komplexe Muster und Effekte in einer Fläche darstellen.

Folgende Panel eignen sich hierfür:

Um die Matrix zu konfigurieren, muss das Board nicht neu geflasht werden, sondern lediglich statt des Rings das Matrixmodul angeschlossen und in den Einstellungen unter 2D Configuration die Einstellung von 1D Stripe auf 2D Matrix geändert werden. Hierdurch öffnen sich komplett neue Einstellungspunkte:

1. Der Matrix Generator ist ein Hilfsmittel, um mehrere Panels einzubinden.
2. Alternativ zum Matrix Generator kann die Panel-Anzahl auch manuell eingegeben werden.
3. Im letzten Punkt wird die LED-Anordnung eingestellt. Der oberste Punkt legt die Position der ersten LED fest. Die nächsten zwei die Reihenfolge der LED (horizontal/vertikal gerade/vor-zurück). Danach muss nur noch die Anzahl an LED und bei mehreren Modulen das Offset eingestellt werden. (Die LED-Anzahl wird automatisch in den LED Preferences übernommen)

Im obigen Screenshot sehen Sie die Konfiguration für die 8x32 Matrix.

Nachdem eine passende Stromversorgung (10A an die mittlere Einspeisung) an das Modul angeschlossen wurde, können Sie auf der Benutzeroberfläche unter effects die speziellen Matrix-Effekte abspielen. Diese erkennen Sie an dem Gitter-Symbol hinter dem Namen.
Ein besonders Interessanter Effekt ist Scrolling Text. Hier werden in der Standardkonfiguration die aktuelle Uhrzeit und das Datum angezeigt. Sie können aber, wenn Sie den Namen des Segments ändern, diesen Titel anzeigen lassen. Mit den Effekt-Schiebereglern lässt sich die Geschwindigkeit, die Textgröße und vieles mehr einstellen.

Durch die hohe LED-Dichte ist die WLED Matrix sowohl als kreatives Dekorationselement, aber auch wegen der enormen Helligkeit als Beleuchtung bestens geeignet.

LED Uhr

Nachdem Sie durch den Anschluss einer LED-Matrix bereits eine dekorative und kreative Anwendungsmöglichkeit kennengelernt haben, die es ermöglicht, beeindruckende Lichteffekte darzustellen, werden wir als Nächstes eine funktionale Erweiterung betrachten: Eine LED-Uhr im analogen Style. Diese Zeigt die Stunden in Form einer roten LED, die Minuten in Grün und Sekunden in Blau an. Sie können hierfür den LED-Ring aus dem ersten Teil wiederverwenden, um das Aussehen einer typischen Uhr widerzuspiegeln. Alternativ kann aber auch wieder die Matrix verwendet werden, wodurch eine moderne Uhr entsteht.

Um die Uhr zu konfigurieren, öffnen Sie in den Einstellungen Time & Macros. Konfigurieren Sie hier die Uhrzeit so, dass sie mit ihrer lokalen Zeit übereinstimmt (Deutschland: UTC+3600s bzw. Sommerzeit: UTC+ 7200s)

Im Menüpunkt darunter klicken Sie auf Analog Clock overlay. Danach können Sie die erste und letzte LED einstellen. Des Weiteren gibt es noch die Möglichkeit, einen Countdown auf eine bestimmte Uhrzeit an einem eingestellten Tag anzuzeigen.

IR Steuerung

Nachdem in den vorherigen Abschnitten die Anwendung als Dekoration thematisiert wurde, geht es nun um die Steuerung. In vielen kommerziellen LED-Steuerungen werden Infrarotfernbedienungen verwendet, um das Licht zu steuern. Da diese günstig und intuitiv zu bedienen sind, wollen wir unsere DIY-Beleuchtung mit der Steuerung über eine solche Fernbedienung erweitern.

Hierfür benötigen wir:
Fernbedienung
IR Empfänger

Schließen Sie den Empfänger an einen GPIO-Pin des Boards wie folgt an:

Zum Konfigurieren öffnen Sie in den Einstellungen die LED Preferences. Am Ende des Hardware setup finden Sie das drop-down IR-GPIO: wählen Sie im ersten Punkt den GPIO Pin aus (im obigem Beispiel GPIO15(D8)) und im zweiten die Fernbedienung (im Beispiel 44-key).

Sollte es zu Problemen bei der Steuerung über die Infrarotfernbedienung kommen, können Sie folgendes Programm auf ein ESP8266 Board laden. (Da beim Flashen des Boards der Speicher gelöscht wird, empfiehlt es sich, das Testprogramm nicht auf das im Projekt verwendete WLED Board zu laden!)

#include <IRremoteESP8266.h>
#include <IRrecv.h>
#include <IRutils.h>
 
IRrecv irrecv(5);
decode_results results;
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  irrecv.enableIRIn();
}
 
void loop() {
  if (irrecv.decode(&results)) {
    serialPrintUint64(results.value, HEX);
    Serial.println("");
    irrecv.resume();
  }
  delay(100);
}

Um den Code in der Arduino IDE zu kompilieren, müssen Sie noch, falls Sie das erste Mal das ESP8266 Board verwenden, dieses im Boardverwalter installieren

1. Unter File>Preferences http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json in das Feld Additional Board Manager Urls einfügen
2. Im Boardverwalter esp8266 installieren.

Zusätzlich muss die IRremoteESP8266 Bibliothek wie gewohnt über den integrierten Library Manager installiert werden.

Nach dem Upload werden auf dem Seriellen Monitor die empfangenen Daten im HEX Format ausgegeben. Die Daten sollten konstant sein und den Tasten entsprechende richtige Information (44-Tasten) enthalten.

Falls Sie eine andere Infrarot-Fernbedienung verwenden wollen, wählen Sie in den Einstellungen JSON remote aus. Danach müssen Sie eine eigene JSON Datei hochladen. Die Datei kann in einem beliebigen Texteditor erstellt werden. Eine Anleitung, wie diese Konfigurationsdatei geschrieben wird, finden Sie in der Dokumentation.

Fazit

Die Steuerung über eine Infrarotfernbedienung ist zwar kostengünstig, bringt aber auch Nachteile, wie die limitierte Entfernung und dass der Empfänger stets sichtbar sein muss. Deswegen werden Sie im nächsten Teil weitere Steuerungsmöglichkeiten dieser vielseitigen LED-Steuerungssoftware kennenlernen.

Viel Spaß beim Nachbauen :)