Selbstbau eines RGB LED Controllers

Im folgenden beschreibe ich wie ich einen mit RGB-LEDs hinterleuchteten Bilderrahmen für das Wohnzimmer realisiert habe. Die Bilder unten zeigen den Rahmen.

Neben festen Farben können auch zufällige Farben und Farbverläufe per Fernbedienung gewählt werden.

Bau- und Schaltungsbeschreibung:

Eine (silikonvergossene) RGB-LED Leiste wurde in 9 Teilstücke a 3 LEDs (in Serie geschaltet ) zerteilt, und diese (parallel geschaltet) in regelmäßigen Abständen an der Rückseite eines Bilderrahmens angebracht.

 

Als Versorgungsspannung der LEDs dient ein stabilisiertes 12V Steckernetzteil (4.8W). Für jeden 'Farbkanal' ist zusätzlich ein Vorwiderstand in den Teilstücken der RGB-Leiste vergossen. 331 Ohm für rot, und 133 Ohm für grün und blau, um die unterschliedlichen Flußspannungen der LEDs zu kompensieren  (ca. 1.8V für rot, 2,8V für grün und 2,9V für blau).  Die Stromaufnahme eines Teilstücks der Leiste liegt damit bei ca 20mA für jeden Farbkanal, und die gesamte maximale Stromaufnahme bei 9 x 3 x 20mA = 540mA (wenn alle Kanäle voll ausgesteuert sind). Die Ansteuerung der RGB-Kanäle erfolgt in  Pulsbreitenmodulation (PWM) bei einer Auflösung von 8 bit. Hierfür werden die Timer (1A, 1B und 2) eines ATMega8 controllers von Atmel verwendet. Das Programm wurde vollständig in BASCOM geschrieben. Der Code ist im Anhang aufgeführt. Das Bild unten zeigt die Belegung des controllers.

Die PWM Signale an den Augängen PB3, PB2 und PB1 sind über 10 kOhm Widerstande an die Gatekontakte von N-Kanal PowerMos-FETs gelegt. Die MOS-FETs schalten die Kathode der  RGB-LEDs (common anode)  gegen Masse (source) durch. Die Versorgung des controllers erfolgt über einen Festspannungsregler mit Siebkondensatoren von 0.22µF und 0.1µF. Das LCD Display hängt an den Datenleitungen PD4-7 sowie PB0. Über ein IR Empfängermodul (TSOP 1836) können an PD2 Signale im Philipsstandard RC5 von einer Fernbedienung empfangen werden (der Empfänger ist im Bild oben zu sehen). Desweiteren sind die Anschlüsse der ISP Schnittstelle (In System Programmable) nach Außen geführt. 

Das geöffnete Modul ohne controller:

  Das fertige Modul:

Beschreibung der Displayanzeige:

• A = Adresscode der Fernbedienung
• C = letzter Kommandocode der Fernbedienung
• V = eingestellte Helligkeit
• S = eigestellte Geschwindigkeit
• R = PWM Ausgabewert Rot
• G = PWM Ausgabewert Grün
• B = PWM Ausgabewert Blau

Belegung der Fernbedienung:

Taste Power: Alle Ausgänge auf Null setzen Taste 1: rote LEDs einschalten Taste 2: grüne LEDs einschalten Taste 3: blaue LEDs einschalten Taste 4: Hellviolett mischen (162, 65, 106) Taste 5: Cyan mischen (48, 136, 122) Taste 6: Weiss mischen Taste 7 (Programm 1): Farbverlauf im RGB Raum anzeigen Taste 8 (Programm 2): Zufallsfarben aus einer Tabelle 'satter' Farben anzeigen Taste 9 (Programm 3): Farbverlauf von in der Helligkeit an- und abschwellenden 'leichten' Farben anzeigen Taste Menue (Programm 4): Farbton einstellen, Taste F1: R verringern, Taste F3: R erhöhen, Taste Punkt: G verringern, Taste Exit: G erhöhen, Taste Rückwärts: B verringern, Taste Vorwärts: B erhöhen Ch. + Taste: Geschwindigkeit der Programme erhöhen (funktioniert noch nicht richtig) Ch. - Taste: Geschwindigkeit der Programme vermindern (funktioniert noch nicht richtig) Vol. + Taste: Helligkeit erhöhen Vol. - Taste: Helligkeit verringern

Bauteilliste:

Bauteil	Typ
Controller	Atmega8, 28 DIL
Festspannungswandler 5V	LM7805CT
Kondensator (lt. Datenblatt für 78xx)	0.22 µF
Kondensator (lt. Datenblatt für 78xx)	0,1 µF
IR Empfänger Modul  (36kHz)	TSOP 1836
LCD Display	16*2 HDD44780 kompatibel
Kondensator (lt. Datenblatt IR Modul)	4,7µF
Widerstand (lt. Datenblatt IR Modul)	100 Ohm
IR Universal Fernbedienung RC5 fähig (Phillips)	Vivanco UR12
Power MOS FET	IRF520N
Vorwiderstand MOS FET	10k Ohm
RGB Strip	12V, 30 LEDs, ca.1m
DIL Sockel	28 pin

Der Programmcode:

'******************************************************************************

'*

'* Programm Titel rgb_ir_fader_ATmega8.bas

'* Compiler: BASCOM-AVR v1.11.9.0

'* Processor: Atmel ATmega8

'* Programm Funktion: RGB Fader mittels IR RC5 Fernbedienung

'*

'******************************************************************************

'*

'* Komponenten:

'* ATmega8

'* TSOP 1136 IR Empfangsdiode

'* IR Universal Fernbedienung RC5 fähig (Philips TV)

'* 5V Festspannungswandler 78L05

'* optional LCD Display (HDD44780 kompatibel)

'* RGB LED's

'*

'******************************************************************************

$regfile = "m8def.dat"

$lib "mcsbyte.lbx"

$crystal = 8000000

$hwstack = 64

$swstack = 16

$framesize = 21

'LCD einbinden

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portd.5 , Db5 = Portd.6 , Db6 = Portd.7 , Db7 = Portb.0 , E = Portd.3 , Rs = Portd.4

Config Lcd = 16 * 2

'RC5 (TSOP1836) auf PIN D2 (INT0, Timer0)

Config Rc5 = Pind.2

Enable Interrupts

'Timer1 und Timer2 für PWM Betrieb initialisieren

Config Timer1 = Pwm , Pwm = 8 , Compare A Pwm = Clear Down , Compare B Pwm = Clear Down , Prescale = 1

Config Timer2 = Pwm , Pwm = On , Compare Pwm = Clear Up , Prescale = 1

Config Pinb.3 = Output                                      'PWM Output rot Timer2

Config Pinb.2 = Output                                      'PWM Output grün Timer1

Config Pinb.1 = Output                                      'PWM Output blau Timer1

Enable Timer1

Enable Timer2

Start Timer1

Start Timer2

Out_red Alias Ocr2                                          'PIN 17 PB3

Out_green Alias Ocr1bl                                      'PIN 16 PB2

Out_blue Alias Ocr1al                                       'PIN 15 PB1

Out_red = 0                                                 'Pulsbreite rot = 0

Out_green = 0                                               'Pulsbreite grün = 0

Out_blue = 0                                                'Pulsbreite blau = 0

Dim i As Word , j As Word , k As Word , l as Word , m as word , Vol_table2 as Word , Color As Word , prog as Word , red as word , green as word , blue as word , hold as Word

Dim vol_fader_1 as Word , vol_fader_2 as Word , vol_fader_3 as Word , vol_fader_4 as Word , vol_fader_5 as Word , vol_fader_6 as Word

Dim Address As Byte , Command As Byte , Vol As Byte , Speed as Byte

Dim S1 As String * 74 , S_out as String * 16 , S2 as String * 64

Dim Table1(42) as Word

Dim Table2(180) as Word

dim pow(70) as word

dim waiting(10) as word

Declare Sub Color_set_fader(byval Hue As Word)

Declare Sub Check_input

Declare Sub pwm_out_table1

Declare Sub pwm_out_table2

Declare Sub LCD_out

Color = 0

speed = 5

Vol = 40

for k = 0 to 41

    Table1(k + 1) = Lookup(k , Table1)

next k

for k = 0 to 14

    Table2(k + 1) = Lookup(k , Table2)

next k

for k = 0 to 69

    pow(k + 1) = Lookup(k , pow)

next k

for k = 0 to 5

    pow(k + 1) = Lookup(k , waiting)

next k

k = 0

Cursor off noblink

Cls

locate 1 , 1

lcd "Dr. Lermer"

locate 2 , 1

lcd "electronics"

wait 2

cls

locate 1 , 1

lcd "presents: remote"

locate 2 , 1

lcd "RGB-Fader"

'Hauptroutine

Do

 Getrc5(address , Command)

  If address = 8 Then                                       'Code 316 von Universal Fernbedienung UR12 auf AUX1 (Sat Receiver nach RC5 Protokoll)

    Command = Command And &B01111111                        'toggle bit löschen

    Check_input

    'LCD_out

  end if

  'Programm 1 - Hue fader

  S1 = "Take a walk through RGB space by cross fading hue values                  "

  i = 0 : l = 1

  If prog = 1 Then

  do

    vol_fader_1 = 255 * pow(vol + 1) : vol_fader_1 = vol_fader_1 \ 100

    vol_fader_2 = 2 * vol_fader_1                           'Stützstellen berechnen

    vol_fader_3 = 3 * vol_fader_1

    vol_fader_4 = 4 * vol_fader_1

    vol_fader_5 = 5 * vol_fader_1

    vol_fader_6 = 6 * vol_fader_1

    k = 1530 \ vol_fader_6

    j = i \ k                                               'bei kleiner Vol gleiche Hue Werte öfter aufrufen

    Call Color_set_fader(j)

    Incr i

    j = i Mod 3                                             'Fernbedienung bei jedem dritten Durchlauf abfragen

    If j = 0 Then

      Getrc5(address , Command) : Command = Command And &B01111111

      Check_input

    End If

    j = i mod 12                                            'nach jedem 12ten Durchlauf Laufschrift weiterschieben

    if j = 0 then

      if l > 58 then : l = 1 : end if

      cls

      Locate 1 , 1

      Lcd "V" ; Vol ; " S" ; Speed

      Locate 2 , 1

      S_out = mid(S1 , l , 16) : LCD S_out

      incr l

    end if

    waitus waiting(speed)

  Loop Until i = 1530 Or prog <> 1

  End If

  'Programm 2 - Zufallszahlen aus Tabelle anzeigen

  if prog = 2 then

  color = rnd(13) : pwm_out_table1

  i = 0

  do

  incr i

  j = i Mod 3

  If j = 0 Then

    Getrc5(address , Command) : Command = Command And &B01111111

    Check_input

  End If

  waitus waiting(speed)

  loop until i = 300 or prog <> 2

  end if

  'Programm 3 - An- und abschwellende leichte Farben anzeigen

  S2 = "Enjoy the change in brightness of light colors                  "

  if prog = 3 then

  Color = 0 : m = 1

  do

    i = 0

    do

    vol_fader_1 = 255 * pow(vol + 1) : vol_fader_1 = vol_fader_1 \ 100

    k = 255 \ vol_fader_1

    j = i \ k

    if i = 255 then

    incr color

    end if

    if j < vol_fader_1 then

    vol_table2 = vol_fader_1 - j

    pwm_out_table2

    elseif j > vol_fader_1 then

    vol_table2 = j - vol_fader_1

    pwm_out_table2

    end if

    k = i Mod 3                                             'Fernbedienung bei jedem dritten Durchlauf abfragen

    If k = 0 Then

      Getrc5(address , Command) : Command = Command And &B01111111

      Check_input

    End If

    k = i mod 12                                            'nach jedem 12ten Durchlauf Laufschrift weiterschieben

    if k = 0 then

      if m > 48 then : m = 1 : end if

      cls

      Locate 1 , 1

      Lcd "V" ; Vol ; " S" ; Speed

      Locate 2 , 1

      S_out = mid(S2 , m , 16) : LCD S_out

      incr m

    end if

    incr i

    waitus waiting(speed)

    loop until i = 510 OR prog <> 3

  loop until Color = 4 or prog <> 3

  end if

  'Programm 4 - Farbton einstellen

  if prog = 4 then

  Getrc5(address , Command) : Command = Command And &B01111111

  Check_input

  if command = 85 and out_red > 1 then                      'Taste F1 - out_red verringern

  out_red = out_red -2 : LCD_out

  end if

  if command = 86 and out_red < 254 then                    'Taste F3 - out_red erhöhen

  out_red = out_red + 2 : LCD_out

  end if

  if command = 60 and out_green > 1 then                    'Taste Punkt - out_green verringern

  out_green = out_green -2 : LCD_out

  end if

  if command = 56 and out_red < 255 then                    'Taste Exit - out_green erhöhen

  out_green = out_green + 1 : LCD_out

  end if

  if command = 46 and out_blue > 1 then                     'Taste Rueckwärts - out_blue verringern

  out_blue = out_blue -2 : LCD_out

  end if

  if command = 42 and out_red < 254 then                    'Taste Vorwärts - out_blue erhöhen

  out_blue = out_blue + 2 : LCD_out

  end if

  end IF

Loop

end                                                         'Ende Hauptprogramm

Sub Color_set_fader(byval Hue As Word)

    If Hue < vol_fader_1 Then

    Out_red = vol_fader_1

    Out_green = Hue

    Out_blue = 0

    Elseif Hue < vol_fader_2 Then

    Out_red = vol_fader_2 - Hue

    Out_green = vol_fader_1

    Out_blue = 0

    Elseif Hue < vol_fader_3 Then

    Out_red = 0

    Out_green = vol_fader_1

    Out_blue = Hue - vol_fader_2

    Elseif Hue < vol_fader_4 Then

    Out_red = 0

    Out_green = vol_fader_4 - Hue

    Out_blue = vol_fader_1

    Elseif Hue < vol_fader_5 Then

    Out_red = Hue - vol_fader_4

    Out_green = 0

    Out_blue = vol_fader_1

    Elseif Hue < vol_fader_6 Then

    Out_red = vol_fader_1

    Out_green = 0

    Out_blue = vol_fader_6 - Hue

    End If

End Sub

Sub Check_input()

If Command = 12 Then

prog = 0                                                    ' Power Taste - alles auf 0

Out_red = 0

Out_blue = 0

Out_green = 0

LCD_out

End If

If Command = 1 Then                                         ' Taste 1 - rote LED einschalten

prog = 0 : Color = 0 : pwm_out_table1

End If

If Command = 2 Then

prog = 0 : Color = 1 : pwm_out_table1                       ' Taste 2 - grüne LED einschalten

End If

If Command = 3 Then                                         ' Taste 3 - blaue LED einschalten

prog = 0 : Color = 2 : pwm_out_table1

End If

If Command = 4 Then                                         ' Taste 4 - Farbe Hellviolett mischen [162, 65, 106]

prog = 0 : Color = 3 : pwm_out_table1

End If

If Command = 5 Then                                         ' Taste 5 - Farbe Cyan mischen [48, 136 , 122]

prog = 0 : Color = 4 : pwm_out_table1

End If

If Command = 6 Then                                         ' Taste 6 - Farbe weiß mischen

prog = 0 : Color = 5 : pwm_out_table1

End If

If Command = 7 Then                                         ' Taste 7 - Fader

prog = 1

End If

If Command = 8 Then                                         ' Taste 8 - Zufallsfarben

prog = 2

End If

If Command = 9 Then                                         ' Taste 9 - Abfolge leichter Farben

prog = 3

End If

If Command = 82 Then                                        ' Taste Menu - Farben mit Funktionstasten einstellen

prog = 4

Out_red = 127

Out_blue = 127

Out_green = 127

End If

If Command = 16 And Vol < 70 Then                           ' Vol.+ Taste gedrückt - Helligkeit rauf

   Vol = vol + 1

   select case prog

   case 0 : pwm_out_table1

   case 1 : i = 1530

   case 2 : pwm_out_table1

   case 3 : j = 510

   end SELECT

End If

If Command = 17 And Vol > 0 Then                            ' Vol.- Taste gedrückt - Helligkeit runter

   Vol = vol - 1

   select case prog

   case 0 : pwm_out_table1

   case 1 : i = 1530

   case 2 : pwm_out_table1

   case 3 : j = 510

   end SELECT

End If

If Command = 32 And speed < 10 Then

speed = speed + 1                                           ' Ch. + Taste - Geschwindigkeit erhöhen

End If

If Command = 33 And speed > 0 Then

speed = speed - 1                                           ' Ch. - Taste - Geschwindigkeit vermindern

End If

End Sub

sub pwm_out_table1()

  l = Color * 3

  red = Table1(l + 1) * pow(vol + 1) : red = red \ 100 : Out_red = red

  green = Table1(l + 2) * pow(vol + 1) : green = green \ 100 : Out_green = green

  blue = Table1(l + 3) * pow(vol + 1) : blue = blue \ 100 : Out_blue = blue

  LCD_out

end sub

sub pwm_out_table2()

  l = Color * 3

  red = Table2(l + 1) * vol_table2 : red = red \ 255 : Out_red = red

  green = Table2(l + 2) * vol_table2 : green = green \ 255 : Out_green = green

  blue = Table2(l + 3) * vol_table2 : blue = blue \ 255 : Out_blue = blue

end sub

sub LCD_out

    cls

    Locate 1 , 1

    Lcd "A" ; Address ; " C" ; Command ; " V" ; Vol ; " S" ; Speed

    Locate 2 , 1

    Lcd "R" ; out_red ; " G" ; Out_green ; " B" ; Out_blue

end sub

Table1:

data 255% , 0% , 0% , 0% , 255% , 0% , 0% , 0% , 255% , 162% , 65% , 106% , 48% , 136% , 122% , 255% , 255% , 255%

data 154% , 94% , 56% , 142% , 109% , 46% , 113% , 128% , 53% , 61% , 141% , 52% , 43% , 138% , 111% , 80% , 97%

data 204% , 132% , 49% , 194% , 162% , 65% , 106%

Table2:

data 225% , 139% , 156% , 198% , 174% , 114% , 144% , 199% , 118% , 115% , 199% , 175% , 151% , 162% , 255%

pow:

data 12% , 13% , 13% , 13% , 14% , 14% , 15% , 15% , 16% , 16% , 17% , 17% , 18% , 18% , 19% , 19% , 20% , 21% , 21% , 22% , 22%

data 23% , 24% , 25% , 25% , 26% , 27% , 28% , 29% , 30% , 30% , 31% , 32% , 33% , 34% , 36% , 37% , 38% , 39% , 40% , 41% , 43%

data 44% , 45% , 47% , 48% , 50% , 51% , 53% , 54% , 56% , 58% , 60% , 61% , 63% , 65% , 67% , 69% , 72% , 74% , 76% , 78% , 81%

data 83% , 86% , 89% , 91% , 94% , 97% , 100%

waiting:

data 5000% , 4000% , 3000% , 1000% , 1000% , 500% , 300% , 100% , 50% , 10%