Digi-Dot-Booster am STM32 Nucleo Board mit mbed

Nach erfolgreichen Versuchen mit dem Digi-Dot-Booster am Raspberry Pi, habe ich mich nach weiteren Plattformen umgeschaut, die mit wenig Aufwand zu schnellen Ergebnissen führen würden. Nach kurzem Durchwühlen der Bastelkiste kam ein STM32 Nucleo Board zum Vorschein. Das interessante bei diesem Board ist, dass es bereits für die ARM mbed Plattform vorbereitet ist. Die Webseite stellt einen Online Code Editor mit C/C++ Compiler  inklusive zahlreicher Bibliotheken für den Zugriff auf die Schnittstellen zur Verfügung – optimal für einen schnellen Test ohne eine komplette Entwicklungsumgebung aufsetzen zu müssen. Also kam das Board aus der Kiste auf den Arbeitstisch zum Experimentieren…

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Digi-Dot-Booster am Raspberry Pi mit JavaScript ansteuern

Nach Python und Lua hat mich die Neugier gepackt und ich habe mir die Frage gestellt, wie der SPI Bus mit JavaScript gesteuert werden kann. Auch hier war die Voraussetzung, dass es bereits eine passende Bibliothek dafür geben muss. Von JavaScript sollte schon mal jeder im Zusammenhang mit seinem Browser auf dem Rechner gehört haben. JavaScript eignet sich aber nicht nur zum Erstellen hochdynamischer interaktiver Webseiten, sondern auch für den Einsatz im Backend auf der Serverseite und muss sich bei Performance-Messungen nicht hinter den nativen Implementierungen verstecken. Auch für die Hardwaresteuerungen existiert eine Vielzahl an Modulen.

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Digi-Dot-Booster am Raspberry Pi mit Lua ansteuern

Nachdem ich den Digi-Dot-Booster ziemlich schnell auf dem Raspberry Pi mit Python zum Laufen gebracht habe, stellte sich mir die Frage, mit welchem Aufwand SPI in anderen Sprachen verwendet werden kann. Als Versuchsobjekt kam wieder der Digi-Dot-Booster zum Einsatz.
Bei der Auswahl der Sprachen stand die Verfügbarkeit der Bibliotheken zur einfachen Ansteuerung des SPI Buses im Vordergrund. Nach Python habe ich mir Lua angeschaut.

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Digi-Dot-Booster am Raspberry Pi mit Python ansteuern

Folker hat gerade den Digi-Dot-Booster angekündigt und ich hatte die Möglichkeit, mich  schon im Vorfeld  etwas damit zu beschäftigen. Zur Ansteuerung kamen bei den Tests unterschiedliche Boards, die ich in meiner Bastler-Kister habe. Am Interessantesten neben Arduino ist sicherlich Raspberry Pi und darum geht es auch im folgenden Beitrag.

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Digi-Dot-BOOSTER – Arduino und Raspberry – jetzt kinderleichte Ansteuerung von WS2812 Digi-Dots bzw. Neo-Pixel

Es ist soweit! Ab sofort kann man die beliebten WS2812 (und kompatible) mit dem Arduino oder Raspbery (oder mit einem beliebigen, anderen System) ansteuern.

Ja und? Das ging ja vorher auch – Adafruit Library und Arduino -> kein Problem!

Ahhhh ja, ganz soooo einfach ist die Welt ja auch nicht: Der Arduino, die Jünger mögen es mir nachsehen, ist ja nur ein AVR-Prozessörchen Mega328, klingt groß – ist aber leider nischt! Der macht schon Spaß beim Programmieren – zugegeben. Nur ist der AVR-Controller mit der Ansteuerung der Digi-Dots (Neo-Pixel) völlig ausgelastet. Liegt am schnellen Protokoll und an der Art und Weise der Erzeugng desselben mit einem AVR -> Bitbanging. Das Strip-Protokoll kann man nicht komfortabel per DMA erzeugen, dazu ist der AVR einfach zu rechenschwach. Steuert man Digi-Dots an, dann wars das, alle anderen Dinge, die der Arduino tun könnte, Tastatur- oder Sensorenabfrage, Behandlung von Ereignissen – schlicht die Prozesssteuerung ansich ist bei LED-Ansteuerung nicht mehr sinnvoll möglich. Ok, nimmt man einen zweiten Arbuino – halt Stop! Hier wirds doch oppulent, oder?

Besser man nimmt eine kleine Platine, genannt Digi-Dot-BOOSTER, denn Digi-Dot-BOOSTER kümmert sich komplett um die WS2812 Protokolle. Man sagt Digi-Dot-BOOSTER einfach was ausgegeben werden soll, Regenbogen, Abläufe oder statische Farben, von LED bis LED, rückwärts oder vorwärts, abgestuft, schnell langsam usw.
Das geht mittels Script ganz simpel und ultraschnell. Von 94% Prozessorlast auf 0,04% herab! Der Arduino kann nun das tun, wofür er gedacht ist – Ablaufsteuerung!
Die vorher so aufwändige Signalisierung übernimmt der Digi-Dot-BOOSTER alleine. Und der kann das viel, viel besser.

Beim Raspberry liegt die Situation etwas anders. Leistung ist satt da, jedoch ist das Echtzeitbetriebssystem des Raspi nicht unbedingt für die Ausgabe der WS2812-Protokolls geeignet, weil es hier auf exakt-zyklische Erzeugung der Signale ankommt. Auch hier hilft der Digi-Dot-BOOSTER weiter. Mit Phyton beispielsweise ist das eine Kleinigkeit tolle Effekte zu zaubern. Die beliebte Scriptsprache ist dafür einfach perfekt geeignet.

Digi-Dot-BOOSTER kostet ab 5 Euro (10er Pack) und macht genau das, was ihr auf Digi-Dots ausgeben wollt.
Signale, Effekte, Illumination oder Beleuchtung.

Egal welches System benutzt wird.

Anleitung

Beispiel für Arduino

 

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LED-Tester oder Effektzuspieler…

…könnte man das Teil nennen. Norbert (nofri) hat uns da auf die Spur gebracht. Die Fernost Gerätchen nutzen den prähistorischen 89C51 Controller – und „zaubern“ per Bitbanging Effekte auf einen RGB oder RGBW Strip. Die kosten zwar nur 6-8 Dollar, dafür können sie aber auch nix. Immer volle Pulle und superbunt (ich schrieb schon darüber).

Die rudimentäre Tastenabfrage des China-Teils ist natürlich der schmalen Prozessorleistung geschuldet, auch die überschaubaren Effekte, die schwer nachvollziehbar irgendwie einstellbar sind (Geduld und viel Taste drücken).

Naja ok, wir nehmen einen 32bitter – Cortex M0 von STM – der hat Megapower, Megaspeicher und ist dennoch bezahlbar. Im Stickgehäuse aus ABS – das Chinastreifchen kommt im Gegensatz mit Schrumpfschlauch daher.

Klare Bedienbarkeit, sauber via Klemme anschließbare Stromversorgung und Anschluss der Strips plus drei Tasten-Bedienung. Visualisiert über zwei LEDs – fertig.

Wird Ende März (2016) verfügbar sein, steuert 384 LEDs, RGB oder RGBW einstellbar. Drei-Tasten-Bedienung. Viele Effekte on Board. Also doch mehr als ein Tester  🙂

Kostet 7,90 Euro

Bilder des Prototypen:

Tester_Stick4_sm Tester_Stick3_sm Tester_Stick2_sm

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Wie kalkuliere ich den Strombedarf einer WS2812 Installation?

Eine Kurzanleitung zum Thema LED-Strip und das richtige Netzeil:

Ich rechne mal für einen Strip 240 LED:
Da LEDs ja mit Niederspannung betrieben werden ist der Strom entsprechend höher zu dimensionieren.
Eine Grundeigenschaft der WS2812 ist 1mA Ruhestrom für den PWM-Chip. Da WS2812 mit 5V (idealerweise) betrieben werden und 240 LED sind das also 240mA < also P=U*I > schon 1,2 Watt ohne dass überhaupt eine LED leuchtet. Schaltet man nun alle drei Systeme auf volle Helligkeit, dann kann man mit 60mA pro LED rechnen, also 14,4 A.
Zwischen diesen beiden Extremen liegt die Wahrheit. Durch Niederspannung und damit verbundenem hohen Strom nimmt der Innenwiderstand der Leitungen auf dem Strip eine nennenswerte Größe ein. Der Spannungsabfall bei Volllast über die Striplänge kann schon 2V betragen. Folge ist am Anfang sind die LEDs hell (5V) und am Ende deutlich dunkler (3V). Man hilft sich indem man am Ende des Strips die Spannung einspeist und so das Problem umgeht – man hat also vorn und hinten 5V – der Spannungsabfall dürfte rein empirisch bei diesem Beispiel in der Mitte des Strips etwa 1V betragen. Das ist so gut wie nicht sichtbar. Nachteil – zuerst einmal für Laien etwas schwer verständlich, dann der erhöhte Verkabelungsaufwand, es muss für hohen Strom dickes Kabel verlegt werden (1,5m2).
Die Wattzahl ist dabei LED-üblich recht niedrig – für diesen Strip 72W – im Vergleich zur Glühlampe sparsam.
Nimmt man an, dass die WS2812 als Effektbeleuchtung verwendet werden, dann kann man getrost die Extreme vernachlässigen. Für Weißlicht braucht es alle drei Systeme – Rot, Blau und Grün. Für Einzelfarben reicht also ein Drittel der Leistung, Für Mischfarben die Hälfte oder zwei Drittel. Aber das auch nur bei „volle Pulle“ und über den gesamten Strip.
In der Realität ist man mit der Hälfte des Maximalwertes gut im Rennen – also dürften pro 240LEDs ein 8A/5V Netzteil funktionieren.
Schaltet man zwei Strips hintereinander, dann muss man auch zwei solcherart dimensionierte Netzteile verwenden (für jeden Strip eines – Parallelschaltungen sind zu vermeiden). Dann sollte auch ein ordentliches Ergebnis erreicht werden.

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hyperion mit OpenWRT

Bei mir steht ein TP-Link TL-WR1043N (v1) WLAN Router im Wohnzimmer neben dem Fernseher. Er hat einen USB Port und läuft mit OpenWRT – beide waren die Kaufkriterien vor ein paar Jahren für mich und werden wohl auch für künftige Router sein. Am USB Port ist eine 2,5 Zoll Festplatte angeschlossen, welche problemlos vom Router mit Strom versorgt wird und als Netzlaufwerk dient. Seitdem ich mich mit hyperion beschäftigt habe, kam mir immer wieder die Idee in den Sinn, dass der Router auch die Ansteuerung der LEDs übernehmen kann und für Raumbeleuchtung sorgen kann – ist ja sowieso immer an. So ist das Projekt zur Portierung von hyperion auf OpenWRT entstanden…
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Elektor: Alles so schön bunt hier

Im Elektor Heft 2016/Januar/Februar ist nun unser aktuelles Projekt Jinx!-Matrixplayer erschienen.  Ein TPM2-Player, der auf sehr spartanische (Hardware) Weise ermöglicht, eine live am PC erstellte Choreografie auf verschiedenen LED-Panels, Stripes oder eigenen Kreationen abzuspielen. In Kombination mit dem Matrix-Player kann man mit einem Billigst-Tablet, wir haben das TrekStor SurfTab® wintron 7.0 dafür getestet (Reichelt Elektronik für unglaubliche 50 Euro), benutzen und es funktioniert!!! Windows 10 kann man möglicherweise als Quantensprung bezeichnen, zumindest im unteren Low-cost-Bereich. Wer hätte vor einem Jahr vermutet, dass man noch in 2015 für einen Fuffi (das ist echt irre) einen kompletten Win10-PC (ich nenne das Tablet jetzt einfach mal so – weil es ja Tatsache so ist) erhält, der völlig einfach auch Jinx! installiert und ausführt, wunschgemäß alles ausgibt, was auch von einem PC erwartet wird. Das ist für mich persönlich der Technik-Hammer des Jahres 2015.

Leider kein Licht ohne Schatten. Warum in aller Welt sich die Entwickler dieser Tablets nicht durchringen konnten, mehr als eine USB-Schnittstelle zu integrieren, besser gesagt, warum man an USB-Schnittstellen sparen musste, ist nicht nachvollziehbar. Mehr noch, genau dieser Umstand wird das Einsatzgebiet dieser kleinen Kampfzwerge enorm begrenzen. Offenbar schlägt die Hardwareoptimierung an dieser Stelle irre Kapriolen – für etwa 6-8 Dollarcent Sparpotential hat man den allermeisten Win 10 Tablets eine zweite USB-Buchse versagt. Folge ist, dass man die Revolution in Embedded-Anwendungen vollkommen versemmelt hat. Ich brauche die USB-Buchse als Ladebuchse bzw. als permanente Stromversorgung. Nehme ich die USB-Buchse als Ladebuchse bzw. als permanente Stromversorgung, dann geht kein USB mehr. Nehme ich USB als USB, dann läuft alles auf Akku – aber eben nicht ewig – eher nur kurz.

Sicher kann man Umschaltemöglichkeiten nutzen, nichts ist bisher etabliert oder gängig. Keine funktionierenden Adapter in Sicht. Alles nur Bastelkrams und halbgewalkter Murks. Das schöne Gehäuse aufbrechen oder anbohren will auch niemand.

Mein Fazit: dreimal abgeschnitten und immer noch zu kurz – bei solidem high-tech Material besonders ärgerlich…

Was wäre wenn? …man mitgedacht hätte: Ein Raspberry kostet komplett nackig um 30 Euro, das Touchdisplay nochmals etwa 70 Euro. Dazu kommen Netzteil und Gehäuse. Betriebssystem gibts gratis. Win10 ist aber eher ein Spaß für den Raspi, als eine funktionale Oberfläche. Mit dem Tablett habe ich eine rundum fertige Lösung. Microkontroller mit USB sind super ansteuerbar. Der Raspi wäre für mich ab sofort nur, weit abgeschlagen, die Nummer Zwei. Schade eigentlich.

 

 

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Tetris Display mit Handy-Steuerung – Unterbau

Folker hat im ersten Beitrag schon gezeigt, was man aus LED Matrizen und einem passenden LED Controller realisieren kann. Im folgenden Beitrag geht es um den Unterbau, von dem das Display letztendlich angesteuert wird.

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