Obwody elektroniczne zwykle muszą transmitować swój stan pracy, a lampki kontrolne stają się prostym sposobem na spełnienie tego wymagania. W rozwiązaniach oświetleniowych diody LED zużywają mniej energii niż tradycyjne źródła światła. Niskie zużycie energii przez diody LED jest znaczącą zaletą w instrumentach systemów wbudowanych, w których moc baterii może być bardzo cenna.
Jeśli do pracy potrzebny jest podstawowy system sygnalizacji składający się tylko z trzech kolorów: czerwonego, żółtego i zielonego, wystarczy prosta lampka kontrolna RYG. W takim przypadku czerwone światło oznacza niebezpieczeństwo lub zatrzymanie, natomiast zielone światło wskazuje, że wszystkie systemy działają normalnie. System RYG jest tradycyjnym rozwiązaniem stosowanym w podstawowych tablicach przyrządów i przemysłowych wieżach sygnalizacyjnych.
Czerwone, zielone i niebieskie wskaźniki LED (RGB) świecą w różnych kolorach w zależności od pożądanego stanu, uzyskując w ten sposób funkcję wyświetlania wizualnego. Kontrolki LED RGB zapewniają bogate kolory i bardziej intuicyjne, subtelne informacje. Na przykład zakres temperatur na pasku gradientu wymaga różnych odcieni kolorów reprezentujących poziomy temperatur.
Ponadto lampki kontrolne LED RGB można modulować w celu wyświetlania żądanego koloru, umożliwiając funkcjonalność dwóch lub trzech różnych lampek kontrolnych, a tym samym wymagając mniej miejsca.
Kontrolki LED RGB są szeroko stosowane, w tym na ekranach wyświetlaczy w solidnych maszynach, inteligentnych urządzeniach domowych i systemach wbudowanych w zastosowaniach przemysłowych. Na przykład seria RGB Q10/14/16/19/22 firmy APEM (rysunek 1) może zapewnić niemal nieograniczony wybór kolorów przy żywotności do 100 000 godzin. Dioda LED RGB jest zwykle preferowanym wyborem w przypadku nowoczesnych przyrządów i mierników, ponieważ produkt ten może wytwarzać więcej kolorów przy mniejszym zużyciu energii.
Kontrolki LED RGB serii APEM Q10/14/16/19/22
Kontrolki LED RGB firmy APEM można sterować za pomocą technologii modulacji szerokości impulsu (PWM), aby uzyskać kolorowy wygląd. (Źródło obrazu: DigiKey)
Zasada działania diody RGB
Sterownik steruje kolorowym wyświetlaczem kontrolując prąd wysyłany do diody LED. Wykorzystuje 8 bitów do przedstawienia ilości koloru wymaganej dla każdego kanału (R, G lub B). Na przykład 8-bitowa wartość kanału czerwonego, 00000000, wskazuje, że ostateczna synteza nie zawiera żadnych czerwonych składników. Ponieważ każda wartość 8-bitowa składa się z kombinacji 0 i 1, każdy moduł koloru może prezentować 28 (lub 256) różnych wartości w zakresie od 0 do 255.
Każda z tych 256 wartości reprezentuje subtelną różnicę w intensywności kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego. Dostosowując 256 wartości elementów czerwonego, zielonego i niebieskiego w różnych kombinacjach, projektanci obwodów mogą uzyskać miliony odcieni kolorów, w szczególności 256 x 256 x 256, czyli 16,7 miliona kolorów (rysunek 2).
Model mapowania kostki dla kolorów RGB
Rysunek 2: Model kolorów RGB odwzorowany na kostkę. Pozioma oś x przedstawia wartości koloru czerwonego rosnące w lewo, oś y przedstawia wartości koloru niebieskiego rosnące w prawym dolnym rogu, a pionowa oś z przedstawia wartości koloru zielonego rosnące w prawym górnym rogu. Początek znajdujący się w ukrytym wierzchołku odpowiada czerni. (Źródło obrazu: SharkD, CC BY-SA 4.0); Wikimedia Commons）
Na przykład trzy składowe wartości RGB dla koloru magenta są ustawione w następujący sposób: R: 255, G: 0, B: 255. Jednocześnie wartości RGB jasnofioletowego wynoszą R: 223, G: 255 i B: 0.
Aby wskaźnik LED RGB wyświetlał określony kolor, konieczne jest precyzyjne dostrojenie intensywności składowych czerwonego, zielonego i niebieskiego poprzez regulację mocy dostarczanej do każdego modułu koloru. Istnieją dwie metody dynamicznego ściemniania diod LED: redukcja prądu stałego (CCR) i modulacja szerokości impulsu (PWM).
Metoda CCR zmienia strumień świetlny poprzez zmniejszenie prądu wysyłanego do diody LED. Ta metoda jest prosta i ma pewne zalety. Z drugiej strony metoda PWM utrzymuje stały prąd, ale zamiast ciągłego dostarczania prądu do diody LED, dostarcza go w sposób szybki impuls, włączając i wyłączając diodę LED kilka razy na sekundę. Natężenie światła emitowanego przez diodę LED jest wprost proporcjonalne do czasu włączenia prądu, co nazywa się „cyklem pracy”.
PWM jest szczególnie przydatną techniką sterowania diodami LED RGB, ponieważ pozwala na precyzyjną kontrolę nad ostatecznym kolorem wyjściowym. Dodatkowo, technologia ta umożliwia także łatwe w obsłudze mikrokontrolery cyfrowe sterowanie, przełączanie wyjść pomiędzy poziomem wysokim i niskim.
Estetyczny wygląd wskaźnika LED RGB
Jeżeli na ekranach wyświetlaczy i panelach sterowania przyrządów elektrycznych oraz w interfejsach człowiek-maszyna (HMI) mają być stosowane lampki sygnalizacyjne, muszą one być lepiej zintegrowane ze sprzętem. Tradycyjne dwupinowe diody LED zwykle muszą być zamocowane na solidnej podstawie i zazwyczaj wystają z otworów w panelu. Wyraźne kontrolki LED mogą w opinii projektanta nie odpowiadać estetyce urządzenia. Dodatkowo istnieje ryzyko uszkodzenia wystającej części kierunkowskazu.
Z drugiej strony lampki sygnalizacyjne montowane na panelu można przymocować do panelu, co upraszcza projektowanie i instalację. W tym przypadku listwa pełni funkcję wspornika montażowego, zapewniając jednocześnie estetykę wizualną. Ramka ma wypolerowaną teksturę, która zapobiega odsłanianiu diody LED z panelu i łatwemu uszkodzeniu.
Nawet w schemacie brzegowym można zainstalować lampki sygnalizacyjne LED RGB z wbudowanymi lub wystającymi krawędziami. Ramka zlicowana z panelem nadaje mu stylowy i nowoczesny wygląd. Natomiast abażury LED z podwyższonymi krawędziami będą lekko wystawać z powierzchni panelu, tworząc lekko wypukłą konstrukcję. Jeśli chcesz obserwować wyświetlane kolory pod różnymi kątami, to niewielkie wybrzuszenie jest szczególnie przydatne. Ta podwyższona krawędź jest łatwiejsza do zidentyfikowania, gdy jest zainstalowana w nasłonecznionym środowisku zewnętrznym lub środowisku przemysłowym z oślepiającym światłem. Wybór obramowania ostatecznie zależy od konkretnego zastosowania. W słabo oświetlonych środowiskach wymagane jest, aby kontrolki były wyraźniejsze i bardziej widoczne, dlatego lepszym wyborem są wypukłe kierunkowskazy. Jeśli projektanci biorą pod uwagę wyłącznie estetykę, lepszym wyborem będzie instalacja wbudowana.
Oprócz ramy lampka kontrolna montowana na panelu wymaga od projektanta obwodu określenia otworu w panelu, w którym pod względem mechanicznym można umieścić lampkę kontrolną. Aby przyspieszyć proces montażu, można zastosować montaż zatrzaskowy, jednak ten sposób montażu wymaga bardziej precyzyjnego cięcia. Dodatkowo lampkę kontrolną można wkręcić w panel za pomocą gwintów, co poprawia bezpieczeństwo, szczególnie w środowiskach narażonych na silne wibracje. Rozmiar otworów w panelu może się różnić. Kontrolki LED RGB serii Q firmy APEM oferują otwory o średnicy 10 mm, 14 mm, 16 mm, 19 mm lub 22 mm oraz opcje zlicowanych lub wystających krawędzi.