Электронным схемам обычно необходимо передавать свое рабочее состояние, и световые индикаторы становятся простым способом удовлетворить это требование. В осветительных решениях светодиодные светильники потребляют меньше энергии, чем традиционные источники света. Низкое энергопотребление светодиодных фонарей является существенным преимуществом во встраиваемых системных приборах, где заряд батареи может быть очень ценным.
Если для работы необходима базовая сигнальная система, состоящая всего из трех цветов: красного, желтого и зеленого, то простой индикатор RYG может удовлетворить эти требования. В этом случае красный свет указывает на опасность или остановку, а зеленый свет указывает на то, что все системы работают нормально. Система RYG является традиционным решением, используемым для базовых приборных панелей и промышленных сигнальных вышек.
Красный, зеленый и синий (RGB) светодиодные индикаторы загораются разными цветами в зависимости от желаемого состояния, обеспечивая тем самым функцию визуального отображения. Светодиодные индикаторы RGB обеспечивают насыщенные цвета и более интуитивно понятную информацию. Например, диапазон температур на шкале градиента требует разных оттенков цвета для обозначения уровней температуры.
Кроме того, светодиодные индикаторы RGB можно модулировать для отображения желаемого цвета, обеспечивая функциональность двух или трех разных индикаторных ламп, что требует меньше места.
Светодиодные индикаторы RGB широко используются, в том числе на экранах дисплеев в прочном оборудовании, устройствах «умный дом» и встроенных системах промышленного применения. Например, RGB серии APEM Q10/14/16/19/22 (рис. 1) может обеспечить практически неограниченный выбор цветов со сроком службы до 100 000 часов. Светодиод RGB обычно является предпочтительным выбором для современных приборов и измерителей, поскольку этот продукт может воспроизводить больше цветов, потребляя при этом меньше энергии.
Светодиодные индикаторы RGB серии APEM Q10/14/16/19/22
Светодиодными индикаторами RGB APEM можно управлять с помощью технологии широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для достижения красочного внешнего вида. (Источник изображения: DigiKey)
Принцип работы RGB светодиода
Драйвер управляет цветным дисплеем, управляя током, подаваемым на светодиод. Он использует 8 бит для представления количества цвета, необходимого для каждого канала (R, G или B). Например, 8-битное значение красного канала 00000000 указывает на то, что окончательный синтез не содержит красных компонентов. Поскольку каждое 8-битное значение состоит из комбинации 0 и 1, каждый цветовой модуль может представлять 28 (или 256) различных значений в диапазоне от 0 до 255.
Каждое из этих 256 значений представляет собой небольшое изменение интенсивности красного, зеленого и синего цветов. Регулируя 256 значений красного, зеленого и синего элементов в различных комбинациях, разработчики схем могут получить миллионы цветовых тонов, а именно 256 x 256 x 256, или 16,7 миллионов цветов (рис. 2).
Модель отображения куба для цветов RGB
Рисунок 2: Цветовая модель RGB, сопоставленная с кубом. Горизонтальная ось X представляет красные значения, увеличивающиеся влево, ось Y представляет синие значения, увеличивающиеся в правом нижнем углу, а вертикальная ось Z представляет зеленые значения, увеличивающиеся в верхнем правом углу. Начало координат, расположенное в скрытой вершине, соответствует черному цвету. (Источник изображения: SharkD, CC BY-SA 4.0); Викисклад)
Например, три компонента значений RGB для пурпурного цвета задаются следующим образом: R: 255, G: 0, B: 255. В то же время значения RGB светло-фиолетового цвета составляют R: 223, G: 255 и B: 0.
Чтобы светодиодный индикатор RGB отображал определенный цвет, необходимо точно настроить интенсивность красного, зеленого и синего компонентов, регулируя мощность, подаваемую на каждый цветовой модуль. Существует два метода динамического затемнения светодиодов: уменьшение постоянного тока (CCR) и широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
Метод CCR изменяет светоотдачу за счет уменьшения тока, подаваемого на светодиод. Этот метод одновременно прост и имеет некоторые преимущества. С другой стороны, метод ШИМ поддерживает постоянный ток, но вместо постоянной подачи тока на светодиод он подает его быстрым импульсным способом, включая и выключая светодиод несколько раз в секунду. Интенсивность света, излучаемого светодиодом, прямо пропорциональна времени включения тока, которое называется «скважностью».
ШИМ — особенно полезный метод управления светодиодными индикаторами RGB, поскольку он позволяет точно контролировать конечный цветопередачу. Кроме того, эту технологию также легко использовать микроконтроллерами для цифрового управления, переключая выходы между высоким и низким уровнями.
Эстетичный дизайн светодиодного индикатора RGB
Если индикаторные лампы будут использоваться на экранах дисплеев и панелях управления электроприборами и человеко-машинными интерфейсами (HMI), их необходимо более полно интегрировать с оборудованием. Традиционные двухконтактные светодиоды обычно необходимо закреплять на прочном основании и обычно они выступают из отверстий на панели. Выдающиеся светодиодные индикаторы могут не соответствовать эстетической привлекательности устройства в представлении дизайнера. Кроме того, существует риск повреждения выступающей части индикаторной лампы.
С другой стороны, индикаторные лампы, монтируемые на панели, можно закрепить на панели, что упрощает проектирование и установку. В этом случае бордюр выполняет роль монтажного кронштейна, обеспечивая при этом визуальную эстетику. Рамка имеет полированную текстуру, которая предотвращает выступание светодиода за пределы панели и его легкое повреждение.
Даже в бордюрной схеме светодиодные индикаторы RGB могут быть установлены со встроенными или выступающими границами. Рамка заподлицо с панелью, что придает ей стильный и современный вид. Напротив, светодиодные абажуры с приподнятыми краями будут слегка выступать за поверхность панели, образуя слегка приподнятую конструкцию. Если вам нужно наблюдать отображаемые цвета под разными углами, эта небольшая выпуклость особенно полезна. Эту приподнятую рамку легче обнаружить при установке на солнечном открытом воздухе или в промышленных помещениях с ярким светом. Выбор границы в конечном итоге зависит от конкретного приложения. В условиях плохого освещения необходимо, чтобы индикаторы были более четкими и заметными, поэтому лучшим выбором являются поднятые индикаторные лампы. Если инженеры-проектировщики учитывают только эстетику, то лучшим выбором будет встраиваемая установка.
Помимо рамы, индикаторная лампа, монтируемая на панели, требует, чтобы разработчик схемы определил отверстие в панели, в котором можно разместить индикаторную лампу с точки зрения механики. Для ускорения процесса установки можно использовать установку с защелкиванием, но этот способ установки требует более точной резки. Кроме того, световой индикатор можно прикрутить к панели через резьбу для повышения безопасности, особенно в условиях сильной вибрации. Размер проемов в панелях может быть разным. Светодиодные индикаторы RGB серии Q компании APEM имеют отверстия диаметром 10 мм, 14 мм, 16 мм, 19 мм или 22 мм, а также возможность установки заподлицо или выступающих границ.