LED RGB Strip: wie arbeitet die daylite-Steuerung?

2 RGB-LED-Strips von daylite sind es derzeit, die ich besser steuern möchte. Dafür ist es natürlich schön zu wissen, wie die Original-Hardware das macht. Also habe ich die an mein Oszilloskop gehangen, und mal gemessen. Prinzipiell funktioniert das Dimmen bei dem Controller sehr simpel: volle Helligkeit ist durchgehend Strom, dann wird das ganze gepulst, und der Tastgrad wird dadurch eingestellt, dass die Aus-Zeiten länger werden, die An-Zeit bleibt gleich. Dadurch ändert sich auch die Frequenz, von ~470 Hz bis ~88 Hz, was dann auch erklärt, warum bei sehr niedrigen Helligkeiten das Licht sehr flackerig erscheint.

Ich war allerdings sehr erstaunt, als ich auf dem roten Kanal bei Einstellung „weiß“ folgendes Bild zu sehen bekam (hoher Pegel = aus, ich musste die Sonde verpolen…):

FHE_1164

Wenn die Farbe nur auf „rot“ (oder Mischungen mit „grün“ bis hin zu „gelb“) steht, ist bei 100% Helligkeit ein durchgehender Strom vorhanden, beim Dimmen dann entsprechende Aus-Zeiten. Aber wenn ich den roten Kanal bei „weiß“ messe, erscheint das Bild oben. Interessanterweise sind die hohen Pegel aber auch kein vollständiges Ausschalten, denn wenn eine Helligkeitsstufe niedriger geschaltet wird, passiert folgendes:

FHE_1165Da kommt neben dem reduzierten Signal noch ein volles „Aus“-Signal. Der grüne Kanal ist dabei übrigens Dauer-An (bei 100%) bzw. hat die gleichen vollen „Aus“-Zustände. Weiter runter gedimmt sieht das dann so aus auf dem roten:

FHE_1166FHE_1167
FHE_1168FHE_1169Ist dieses kurzzeitige Runterschalten dafür da, um die relative Helligkeit von rot gegenüber grün zu reduzieren? Wenn ja, dann ist das eine dämliche Idee, rot sieht bei dem Strip in der Mischung unterrepräsentiert aus.

So sieht der rote Kanal alleine aus, wenn er auf niedrigster Helligkeit läuft:

FHE_1149

 

Der lange Weg zur eigenen RGB-LED-Ansteuerung, Teil 1

Wahrscheinlich ist das meiste, was ich lösen möchte und muss, um meine persönliche Ansteuerung für RGB-LED-Strips zu bekommen, schon kompakt irgendwo zusammen gefasst. Ebenso wahrscheinlich gibt es schon alles fertig zu kaufen, ich vermute aber, dass mir dann der Preis nicht gefallen würde. Außerdem: warum einfach, wenn es auch kompliziert geht.

Ich habe ein wenig Grundahnung von elektronischen Schaltungen, aber das war es auch schon. Im Zuge meiner Beleuchtungswünsche kam und kommt einiges hinzu, und wenn jemand von meinen Erfahrungen profitieren kann, dann würde mich das freuen.

Arduino Leonardo

Netterweise hat mir mein Haus- und Hofelektroniker zu Weihnachten einen Arduino Leonardo geschenkt, der für die ersten Versuche hier gute Dienste leisten kann. Bei der Entwicklungsumgebung ist direkt ein Beispiel, das die LED blinken lässt:

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin 13 as an output.
  pinMode(13, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);              // wait for a second
  digitalWrite(13, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);              // wait for a second
}

Pin 13 wurde deshalb gewählt, weil der nicht nur direkt neben GND (Ground, bzw. Masse) liegt, und die LED einfach in die Buchsen gesteckt werden kann, sondern auch, weil die LED „L“ auf dem Board damit parallel geschaltet ist.

Arduino Leonardo with green LED

Der Arduino kann eine LED direkt antreiben. Die Pins liefern 3,3 Volt und 40 mA. Für erste Versuche sehr nett, aber ein wenig viel für eine LED. Außerdem sollten die Ausgänge natürlich nicht über Gebühr belastet werden.

RGB-LED Strips, und was ich mit ihnen vor hab

Überall kann man RGB-LED-Strips kaufen, bzw. andere RGB-LED Anwendungen, sie sehen nett aus und könnten ein paar meiner Beleuchtungswünsche erfüllen. Leider natürlich erfüllen sie alle miteinander nicht alle meine Wünsche, deshalb seh ich mir im Moment an, wie ich das selber lösen kann.

Viele Anwendungen bieten recht nette Möglichkeiten, um die Farbe und Helligkeit zu wählen, die man möchte, aber für mich haben alle einige Schwächen, was die Bedienung und die eigentliche Funktion angeht. Ich sehe RGB-LED-Leuchten als eine nette Möglichkeit, ein wenig Farbe ins Leben zu bringen; bisher habe ich noch nichts gefunden, was wirklich die Funktion der Beleuchtung übernehmen kann und sollte. Ich empfinde immer noch das Licht, insbesondere die Lichtfarbe, einer 100 Watt-Glühfadenlampe als sehr angenehm, 40 Watt ist für mich das untere Ende, da wird es langsam zu gelb. Dazu kommt auch, dass Glühfadenlampen ein kontinuierliches Licht liefern, eines, das nicht flackert. Darüber hinaus aber hätte ich gerne die Möglichkeit, die Farbe des Lichts mindestens puntkuell zu ändern sowie die Helligkeit anzupassen. Außerdem natürlich sollte alle Energie, die in das Leuchtmittel geht, in Licht umgewandelt werden.

Eigentlich ein perfekter Job für LEDs. Für warm-weißes Licht gibt es inzwischen auch endlich genügend Auswahlen, Farb-LEDs gibt es schon seit längerer Zeit, aber ein wirklich schönes Licht ist bei all den Möglichkeiten immer noch recht teuer. E14 und E27 Leuchtmittelt mit LEDs drin sind meistens nicht steuerbar und verbraten recht viel Energie und Lebenszeit in den oft billig gemachten Vorschaltungen. Eigentlich sollten RGB-Strips genau das liefern können, was ich gerne hätte, aber auch hier sind die Vorschaltungen weit schlechter, als ich es erhoffe.

Ich möchte gerne:

  • Günstige Technik
  • Jede Farbkombination
  • Freies Dimmen
  • Flackerfreies Licht
  • Langsam(!) wechselnde Lichtfarbe
  • Einstellbare Farbsättigung bei wechselnder Lichtfarbe
  • Dimmbarkeit von wechselnder Lichtfarbe
  • Alles das erreichbar mit möglichst wenigen Einstelleingriffen

Punkt 1 ist heutzutage dank chinesischer Produktion eigentlich erreichbar.

Der zweite Punkt sollte auch einfach erreichbar sein. Nach additiver Farbmischung sollten alle (ja, ich weiß, dass es aus gutem Grund verschiedene Farbräume gibt, und RGB faktisch nur eine Submenge darstellt…) Farben mit roten, grünen und blauen LEDs darstellbar sein. Perfekt also für RGB-Strips.

Punkt 3 scheint etwas schwieriger, ist aber eng mit Punkt 2 verwandt. Um jede Farbkombination erzeugen zu können, muss man letztlich jeden Farbkanal relativ zueinander dimmen können. Wenn das möglich ist, muss auch die Kombination dimmbar sein. Leider sind günstige Ansteuerungen aber digital, wodurch es schwierig wird, das Dimmen über die Reduktion von Energie zu erreichen. Mit genügend Aufwand möglich, aber dann wird Punkt 1 verletzt. Simpel ist bei digitalen Steuerungen eine Helligkeitsanpassung über den Tastgrad, was auch Stand der Technik ist.

Aber gerade die Anpassung über Tastgrad verletzt bei den üblicherweise beigelegten Ansteuerungen Punkt 4. Zwar funktioniert die Illusion von gedimmtem Licht dank der Nachbildwirkung durchaus gut, allerdings nur, wenn die Frequenz durchaus hoch ist. Ansonsten merkt man das gerade bei Augenbewegungen sehr schnell, im Augenwinkel noch viel schneller, dass das Licht in Wirklichkeit gepulst ist. Insbesondere wenn man bei solchem Licht versucht, zu lesen, wird es schwierig. Gerade habe ich heraus gefunden, dass es dafür einen Fachbegriff gibt: Mikrosakkade.

Punkt 5 hängt stark davon ab, wieviele Helligkeitsstufen die Ansteuerung pro Kanal hat, hängt damit auch direkt mit Punkt 2 zusammen. Wird die Wechselgeschwindigkeit sehr niedrig, sieht es bei den meisten Ansteuerung sehr ruckelig aus. Wenn ich aber langsame Farbwechsel als Hintergrundbeleuchtung nutze, sollen die Wechsel eben nicht die Aufmerksamkeit auf sich ziehen, also langsam und flüssig passieren.

daylite RGB strip remote controllerNummer 6 wird mindestens von den billigen Steuerungen nicht erfüllt. Da gibt es nur „weiß“, sowie Kombinationen aus 2 Farben (also von rot nach grün über gelb, von grün nach blau über türkis, und von blau nach rot über violett), und von denen auch längst nicht alle. Die Abstimmungen der Kanäle untereinander sind zudem auch nicht besonders gut gemacht.

 

Sieben sollte nun gar kein Problem sein, wenn die vorhergehenden Punkte erfüllt sind. Leider kann keine billige Ansteuerung das. Feste Farben sind dimmbar, Farbwechsel erfolgen immer über die maximale Helligkeit.

Der achte und letzte Punkt ist natürlich eine Frage der persönlichen Präferenzen, was Benutzeroberflächen angeht. Je mehr man machen kann, desto mehr muss man auch machen. Eine Ein-Knopf-Bedienung wird bei all meinen Wünschen eher unwahrscheinlich sein.

Zusammenfassung: Ich will, ich will, ich will!