이 시리즈에 대하여
이 시리즈는 충주고등학교 첨단과학실 1층 벽면에 설치된 작품 Light It Up의 구성 요소 각각들을 설명하여 후배들이 계속해서 작품을 작동시키고 유지/보수하는 것을 돕기 위해 만들어진 시리즈이다. 혹 LED strip를 런치패드와 연동시켜 라이트쇼를 진행하고 싶은 사람이 있다면 이 시리즈를 정독하는 것이 도움이 될 것이다.
이 시리즈는 다음과 같은 순서로 이루어져 있다.
- [Light It Up 1편] 개괄 & 통신을 위한 미디의 기본
- [Light It Up 2편] 하드웨어 구성요소 (1) : 런치패드 커스텀 펌웨어, 커스텀 velocity 팔레트 업로드
- [Light It Up 3편] 하드웨어 구성요소 (2) : WS2812 LED strip과 전원 공급용 SMPS
- [Light It Up 4편] 하드웨어 구성요소 (3) : Teensy 4.0 보드와 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터
- [Light It Up 5편] 소프트웨어 구성요소 (1) : Arduino 스케치
- [Light It Up 6편] 소프트웨어 구성요소 (2) : Ableton Live 10.0.6
- [Light It Up 7편] 소프트웨어 구성요소 (3) : Apollo Studio
이번 글의 주제
이번 글에서는 Light It Up의 핵심이라고 할 수 있는 WS2812 LED Strip의 구조, 사용 방법과 SMPS 전원 공급방법에 대해 다룬다.
- WS2812 LED Strip Schematics와 사용 방법
- SMPS를 이용한 Power Injection
WS2812 사용 방법
시중에 다양한 LED 종류가 있지만 그 중 5V로 제어가 가능한 WS2812 LED Strip( 60leds/m, IP64(미방수) )을 사용하였다.
WS2812를 사용하기 위해서는 3가지 핀을 사용해야한다.
- 전원 공급용 5V핀
- 전원 공급용 GND핀
- 데이터 통신용 DIN핀
WS2812 데이터 전달하기
WS2812는 수십~수백개의 LED가 일렬로 나열되어있는 구조이지만 데이터는 LED Strip 첫 LED의 DIn핀에만 입력해주면 된다. 개별 LED에 들어있는 IC칩이 DO 핀을 통해 다음 LED로 신호를 인가해주기 때문이다.
다만, 5V 데이터 신호를 읽어야 제대로 작동하기 때문에 3.3V Teensy 데이터 출력 신호를 74AHCT125 로직 레벨 쉬프터로 5V로 변환하여 WS2812에 전달할 것이다.
WS2812 전원 공급하기 (Power Injection)
(다음 참고자료 링크를 클릭해 도움을 받을 수 있다.)
https://ko.superlightingled.com/blog/how-to-connect-led-strip-to-the-power-supply/
LED 스트립을 전원 공급 장치에 연결하는 방법은 무엇입니까? – superlightingled.com 블로그
많은 고객은 LED 조명 스트립과 LED 드라이버를 받은 후 이 두 부품을 하나로 작동시키는 방법에 대해 의아해합니다. LED 스트립을 켜려면 전원을 공급해야 합니다. LED 스트립 조명에 전기 에너지
ko.superlightingled.com
https://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide
Adafruit NeoPixel Überguide
NeoPixels are “intelligent” full-color RGB LEDs that can be controlled and chained from a single microcontroller pin. This guide presents an overview of NeoPixel products, along with tips for building and powering projects of all shapes and sizes.
learn.adafruit.com
Led Strip의 시작점 (혹은 끝점)에서만 전원을 공급해줘도 전원은 모든 LED에 공급되지만, 각각의 LED를 지나면서 전압 강하 현상이 일어나 끝부분 LED는 점점 색이 붉어지는 현상이 나타난다. 이런 현상을 막기 위해 중간중간마다 전압을 추가로 공급해줄 수 있는데, 이러한 방법을 'Power Injection'이라고 한다.
Light It Up의 경우에는 약 200개의 LED Strip 6줄을 사용하였는데, 각각의 LED Strip 중간지점에 전원을 공급하여 200개 LED를 직렬로 전압을 공급할때의 전압강하 현상 문제를 해결하였다. (100개, 100개를 각각 직렬로 전압을 공급하니.. 문제 해결!)
[ 나중에 LED Strip의 중간 부분에 전원선 납땜해 연결한 사진 넣기]
LED에 전원을 공급하기 위한 SMPS
전원을 공급할 SMPS를 고르기 위해 먼저 LED가 사용할 전압, 최대전류 등 용량을 알아야한다.
- WS2812의 경우 하얀색 불이 들어올때 1개 LED가 최대 전류 60mA를 사용한다 ( → LED 개당 0.3W)
- 사용할 전체 LED가 하얀색 불을 켜는 것을 상정해 필요한 최소 와트수를 계산한다
- 여유롭게 20%정도 추가로 공급해줄 수 있는 용량의 SMPS를 고른다.
SMPS로 LED Strip에 전원을 공급해주기 위해 전원선을 준비하고 선의 한쪽 끝 피복을 벗긴 후 압착단자를 연결하여 SMPS 단자에 연결해준다. 선의 반대쪽은 선을 벗긴 후 LED Strip의 5V, GND에 각각 +V, -V가 연결되도록 선을 납땜해주었다.
추가로, SMPS는 파워코드 L, N, GND 세가지를 직접 피복을 벗겨 전원 공급 단자에 연결해주어야 전원이 공급된다.
유지보수를 위해 알아야할 Light It Up의 전원선
- Light It Up 벽면의 1, 2, 3, 4, 5, 6번 구멍들은 LED Strip에 전원을 공급해주기 위해 SMPS와 연결된 선들이 빠져나온다. 빨간(갈색)선이 5V선, 검정선이 GND선이며, 나머지 선들은 사용하지 않는다.
추가로, SMPS에서 LED로 높은 와트수의 전기가 흐르므로 굵은 전선을 사용하여야한다. 일반적으로 사용하는 아두이노 점퍼케이블을 사용하면 선이 매우 뜨거워지니 조심해야한다.