Digitale LED-Streifen

Bei digitalen LED-Streifen können, im Gegensatz zu gewöhnlichen LED-Streifen, alle LEDs unterschiedlich angesteuert werden. Sie werden daher auch als Pixel-LED-Streifen bezeichnet.

Digitale LED-Streifen ermöglichen daher Lauflicht-Effekte und Animationen. Werden mehrere Pixel-LED-Streifen nebeneinander gelegt, lassen sich sogar LED-Matrix Anwendungen bis hin zu (einfachen) LED-Video-Displays realisieren.

Die bekanntesten digitalen LED-Type sind:

  • WS2812 & WS2812B
  • WS2801
  • SK6812
  • APA102c
  • Direct DMX

Hier ein Beispiel für die Anwendung einiger digitaler LED-Streifen als soundgesteuerter Lichteffekt in einer Bassdrum:

Ein 2. Beispiel mit einer extrem aufwendigen LED-Animation im Inneren eines Flugzeug-Rumpfes. Absolut sehenswert!

Installation digitaler LED-Bänder

Die Installation der digitalen LED-Streifen ist im Prinzip identisch zu der von normalen LED-Streifen. Über rückseitige Klebeflächen können die LED-Streifen an einer geeigneten Stelle montiert werden und zur Stromversorgung wird auch hier ein passendes Netzteil benötigt. Die meisten Pixel-LED-Bänder arbeiten mit 5 Volt Betriebsspannung. Es gibt aber auch einige spezielle Varianten für 12 und 24 Volt.

Pixel LED-Controller

Zur Ansteuerung der digitalen LED-Pixel werden spezielle Controller benötigt. Gewöhnliche LED-Controller steuern ja alle angeschlossen LEDs mit gleicher Helligkeit und Farbe an.

Bei digitalen LED-Streifen soll aber jede LED separat angesprochen werden und daher ist hier auch jede LED auf dem Band entsprechend individuell adressiert. Neben dem + und – der Spannungsversorgung besitzt jedes digitale LED-Band eine Datenleitung, oft genannt „Data“. Manche auch noch eine Leitung „Clock“ für den Takt.

Pixel LED-Controller für bis zu 2.720 Pixel

Pixel LED-Controller können darüber jede LED individuell und zeitgesteuert mit einer bestimmten Farbe und Helligkeit belegen. So entstehen die Animationen und Lauflichter.

Die Animationen können dabei von einem Computer oder auch einem professionellen Lichtpult an den Controller geschickt und von diesem weiter an die digitalen LEDs geschickt werden. Einige Pixel LED-Controller bieten auch die Option, Animationen z.B. von einer SD-Karte direkt an die LEDs zu senden. Bei diesen sogenannten Stand-alone Controllern ist dann also im Betrieb kein Computer oder Lichtpult mehr nötig.

Stand-alone Controller mit SD-Karte

Für den SEDU-Controller existiert auch eine eigene Themeseite, auf der u.a. diverse Programme zur Erstellung von LED-Animationen am Rechner vorgestellt werden: https://www.sedu-board.de/

Digitale LED-Typen & IC’s

Am Markt haben sich eine ganze Reihe verschiedener digitalen LED-Typen etabliert, die alle bestimmte Vor- und Nachteile haben. Für die große Mehrzahl der Anwendungen kann man die Auswahl aber auf wenige Typen begrenzen.

Allen gemein ist, dass die LEDs einen zusätzlichen kleinen Chip (IC) benötigen, der die Adressierung und die Ansteuerung der LEDs übernimmt. Waren diese IC früher noch recht große elektronische Bausteine (vergleich z.B. den Typ WS2801), so sind sie bei modernen Typen derart winzig, dass sie kaum mehr mit bloßem Auge zu erkennen sind.

Nachfolgend eine Auflistung der wichtigsten digitalen LED-Typen:

WS2801

Digitale LED-Streifen mit WS2801 IC’s existieren bereits sehr lang am Markt. Der IC ist vergleichsweise groß und sitzt auf dem Band i.d.R. neben der RGB-LED. Da der IC bereits einiges an Platz benötigt, sind WS2801-LED-Bänder nicht mit engen LED-Bestückungen erhältlich.

Digitale LED-Bänder mit WS2801 haben 4 Anschlüsse:

+ | – | DATA | CLOCK

Das Clock-Signal gibt den Takt vor, weswegen WS2801 LEDs recht unkritisch bezüglich Timing-Schwankungen beim LED-Controller sind. WS2801 können daher auch direkt von einem SPI, z.B. einem Raspberry PI oder anderem Microcomputer, angesteuert werden. Die PWM-Frequenz ist mit 2,5kHz recht hoch.

APA102

APA102 können als Nachfolger von WS2801 angesehen werden. Wieder werden 4 Leitungen inkl. eines CLOCK-Signal benötigt. Die Timing-Toleranz ist noch einmal stark verbessert, so dass APA102 LEDs PWM-Frequenzen bis 20kHz erreichen. Damit sind sie auch für Kamera-Aufnahmen (Anwendung im TV oder bei Events) sehr gut geeignet und erzeugen dort keinerlei Flackern, selbst bei höheren Bildraten.

Im Gegensatz zu WS2801 sind APA102 ICs miniaturisiert und in den RGB-LEDs integriert. Dies hat den Vorteil, dass höhere LED-Dichten – z.B. 60 LED/m – realisiert werden können.

WS2812 / WS2812B

WS2812 LEDs sind sicher heute die am weitesten verbreiten Typen von digitalen LEDs. Sie benötigen nur 3 Anschlüsse:

+ | – | DATA

Durch das Fehlen einer separaten Takt-Leitung (CLOCK) sind WS2812 anfällig für Timing-Schwankungen beim Controller. Dies muss bei entsprechenden Projekten berücksichtigt werden. Es sind dadurch auch keine so hohen PWM-Frequenzen möglich. Nur 430Hz sind möglich, was das menschliche Auge aber immer noch als Flickerfrei wahrnimmt. Eine Kamera hingegen würde sofort starkes Flickern erkennen.

Auch die WS2812 ICs sind winzig klein und in den RGB-LEDs integriert. Es gibt hier digitale LED-Bänder mit 144 LED pro Meter! Im Unterschied zu WS2812 hat der nachfolger WS2812B nur 4 (anstatt 6) Anschluss-Pins, ist geben Verpolung geschützt und bietet ein besseres Wärmemanagment.

SK6812

SK6812 ist ein Nachfolger von WS2812 und bietet einige Vorteile:

  • besserer Ausgleich von Timing-Schwankungen und PWM bis 1.100Hz
  • RGBW und rein weiße digitale LED-Bänder verfügbar
  • robuster gegen Spannungsspitzen

Äußerlich sind SK6812 LEDs kaum von WS2812B (also mit 4 Pins) zu unterscheiden. Da SK6812 auf der anderen Seite keinerlei Nachteile gegenüber WS2812 hat, sollte, wann immer möglich, heute mit SK6812 geplant werden.

Varianten von Digitalen LED-Streifen

  • 30 WS2812B LED/m
  • 60 WS2812B LED/
  • 144 WS2812B LED/m
  • 30 SK6812 RGBW-LED/m
  • 60 SK6812 RGBW-LED/m
  • 60 SK6812 weiße LED/m
  • 30 APA120c LED/m
  • 60 APA102c LED/m
  • 60 APA102c LED/m

Digitale LED-Streifen über DMX steuern

DMX ist DER Standard in der professionellen Beleuchtungstechnik für Film, TV, Theater & Events. Bei jeder Rockshow wird die Lichttechnik über DMX gesteuert. Sollen hier digitale LED-Streifen eingesetzt werden, müssen entsprechende Converter eingesetzt werden.

Es gibt aber auch einen direkten Weg.

Direct DMX LED-Streifen

Direct DMX Streifen können ohne Converter direkt über das DMX-Signal angesteuert werden. Dazu sind kleine ICs auf den Streifen verbaut, die die LEDs adressieren, das DMX-Signal interpretieren können und dann alle LEDs entsprechend ansteuern.

  • 32 LED/m – 2 LED pro Pixel
  • 12 Volt Betrieb
  • 60 LED/m – 6 LED pro Pixel
  • 24 Volt Betrieb
  • AdressWriter für Direct-DMX Streifen
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