WS2811-Modul in Master/Slave Anordnung

[raily74]

Hallo zusammen,

immer wenn ich zwei WS2811-Module zu einem Master/Slave-Pärchen verheirate, freue ich mich im Anschluss über den einzigartigen Effekt, den man damit erreichen kann. Ich weiß nicht, ob das jeder auf dem Schirm hat und dachte, ein eigener Beitrag in dieser Kategorie könnte helfen, diese Funktion zu verbreiten.

Gerade bei Eckzimmern macht das richtig Sinn, da beide zu diesem Zimmer gehörenden Fenster niemals zu unterschiedlichen Zeiten leuchten würden.

Zwei WS2811, fünf Fenster aber nur drei Räume

Das Bild oben zeigt drei Räume mit insgesamt fünf Fenstern. Raum 1 ist über zwei rote Kabel angeschlossen, Raum 2 über zwei grüne und Raum 3 über ein blaues. Wie man im Bild gut erkennen kann, ist nur der rechte WS2811 angeschlossen.

Master und Slave teilen sich VCC, Data In und GND

Der linke WS2811 wird lediglich mit Plus, Minus und dem Dateneingangssignal verbunden.

Der große Vorteil: Der zweite WS2811 wird in der Programmierung nicht berücksichtigt. Das belebte Haus besteht hier nur aus drei Räumen, denn die beiden WS2811 sind für den Programm Generator nur einer.

[raily74]

Hallo zusammen,

ich werde nicht müde, dieses Thema immer wieder in den Fokus zu rücken. Ich bin überzeugt, dass dieser geniale Trick den wenigsten von uns bewusst ist und dass die Vorteile nicht stark genug hervorgehoben werden. Daher hänge ich hier ein noch besseres Beispiel als das Eckzimmer an: Meine Burg Falkenstein

Auf Burg Falkenstein war gestern Frühjahrsputz
Die Ausgangssituation:



Die Burgmauer wird von insgesamt 15 WS2812 beleuchtet. Es gibt drei Modi: Konstante Beleuchtung in weiß, Regenbogen und gemeinsamer Farbwechsel
Für den Regenbogen werden nur sechs unterschiedliche Abläufe benötigt, die folgenden neun LEDs sind Kopien.

Anfangs habe ich mit dem Copy LED Befehl gearbeitet und damit einfach eine Referenz zur jeweiligen LED hergestellt, um das Pattern nicht unnötig aufzublähen. Doch der Copy LED Befehl verlor immer wieder den Bezug zu den sechs Master LEDs, wenn man oberhalb der Burg ein Objekt hinzufügte und sich somit die Adresse der ersten LED der Burgmauer änderte. Also fügte ich am Ende die neun Slave-LEDs doch wieder im Pattern Configurator hinzu, was zu einem Muster mit sage und schreibe 565 Bytes führte. Das widerspricht allen Lehrgängen, die Hardi uns je beim Stammtisch gegeben hat.

Jürgen arbeitet bekanntlich an einer Lösung dieses Problems, doch in der Zwischenzeit kam mir die Idee, das Ganze auf Hardwareseite anzugehen. Da das nun ein voller Erfolg war, möchte ich euch das nicht länger vorenthalten.

Das Datensignal durchläuft fortan nur noch die ersten sechs LEDs und geht nach der sechsten LED zurück zum Verteiler. Die folgenden neun LEDs werden daher nur noch mit jeweils drei Kabeln versorgt: Plus, Data In und Minus! Sie geben ihr Signal nicht mehr an andere LEDs weiter, da sie nur noch dazu bestimmt sind, eine der ersten sechs LEDs zu imitieren.

Das vervielfachte Datensignal steuert bis zu 5 LEDs synchron

Das Ergebnis:

• Statt 565 Bytes ist das Pattern nur noch 235 Bytes groß. Das entspricht einer Ersparnis von 330 Bytes. Selbst der Copy LED Befehl belegt etwas Speicher, wenn auch deutlich weniger.
• Im Programm Generator tauchen neun LEDs weniger auf. Wer mit einem Arduino arbeitet, belegt keine unnötigen LEDs der maximal möglichen 256 RGBs. Die neun LEDs sind für das Programm nicht sichtbar und belegen keinen Speicher.
• Die Pflege des Musters ist einfacher. Soll eine der sechs Farben angepasst werden, müssen im Pattern Configurator 60% weniger Anpassungen vorgenommen werden.

Das Ganze setzt selbstverständlich voraus, dass sich am Ablauf nichts ändert. Ich habe mich nach mehreren Versuchen für einen Verlauf entschieden, der von der Mitte nach außen geht. Ich könnte das jetzt nicht mehr auf einen Verlauf von links nach rechts ändern. Das will ich aber auch gar nicht.

[Gasco]

Hallo Michael

danke fürs zeigen, wenn ich das richtig lese ist links die Master Seite , rechts die Slave Seite

theoretisch könnte man es rechts noch unbegrenzt um weitere Slave WS2811 erweitern oder?

[raily74]

Hallo Bodo,

Ja, links sind die „Master“-LEDs, rechts die „Slave“-LEDs. Selbstverständlich lässt sich das unendlich erweitern. Nicht nur rechts sondern auch mittendrin.

Stellt euch mal vor, ich hätte einen gleichmäßigen Verlauf immer von links nach rechts gebaut. Für eine gleichmäßige Lichtverteilung hätte ich weitere sechs Strahler hinzugefügt um auf insgesamt 21 Strahler zu kommen. An beiden Außenseiten soll immer die gleiche Farbe sein (also sieben Gruppen à drei LEDs mit jeweils identischer Farbe. Trotzdem hätte ich im Pattern Configurator nur sechs Master-LEDs.

1M - 1S - 1S - 2M - 2S - 2S - […] - 6M - 6S - 6S - 1S - 1S - 1S

[Gasco]

Hallo Michael

Ich bin mir nicht sicher ob meine Frage blöd ist, aber verschlechtert sich das Signal nicht bei vielen slave WS2811 ?

[raily74]

Hallo Bodo,

die Frage ist nicht blöd. Die ist durchaus berechtigt und ich könnte mir vorstellen, dass du dabei an deine Deckenbeleuchtung denkst.

Ich kann dir dazu nur sagen, dass ich bisher noch keinen Unterschied zwischen geklonten und einzelnen LEDs feststellen konnte. Egal ob es sich dabei um PLCC2-LEDs in Lichtboxen handelt oder eben um die Strahler an der Burg.

Ich bin kein Elektroniker also habe ich mal die KI befragt.
Die Antwort:

Ja, das Datensignal einer WS2812B lässt sich parallel splitten, um mehrere LED-Streifen gleichzeitig mit dem identischen Signal anzusteuern. Da die Dateneingänge der LEDs hochohmig sind, fließt dort kaum Strom, was eine parallele Verteilung prinzipiell ermöglicht.
Dabei sind jedoch technische Grenzen und Best Practices zu beachten:

1. Kapazitive Last & Signalqualität
Jeder zusätzliche Anschluss und jeder Meter Kabel erhöht die Kapazität der Leitung. Zu viele parallele Zweige verschleifen die steilen Flanken des digitalen 800-kHz-Signals, was zu Fehlfarben oder Flackern führen kann.

• Fan-Out: Ein Split auf 2 bis 3 Wege ist meist direkt am Mikrocontroller-Pin ohne zusätzliche Bauteile problemlos möglich.
• Widerstand: Ein Serienwiderstand (ca. 330–470 Ohm) direkt vor dem ersten Pixel jedes Zweigs hilft, Signalreflexionen zu minimieren.

2. Lösungen für größere Splits
Wenn Sie das Signal auf viele Streifen (z. B. > 4) verteilen wollen, sollten Sie aktive Komponenten nutzen:

• Pegelwandler/Buffer: Ein IC wie der SN74AHCT125 fungiert als Signalverstärker. Er kann ein 3,3V-Signal sauber auf 5V heben und bietet genug Kraft (Drive), um mehrere Leitungen parallel zu treiben.
• Sacrificial LED: Eine einzelne WS2812B-LED, die direkt hinter dem Split platziert wird, regeneriert das Signal für den nachfolgenden Strang.

Mein Fazit:

• Die Aufteilung auf 3 parallele Stränge mit kurzer Distanz ist unkritisch.
• Die Aufteilung auf 4 oder 5 parallele Stränge ist kein Problem, solange kurz nach dem Split eine WS2812 als Verstärker sitzt.

[Gasco]

Hallo Michael

soweit hab ich gar nicht gedacht, aber da du es erwähnst, bei mir sieht das fogender Maßen aus

Der ganze Programmablauf sieht bis dato so aus, alles auf einem Nano, über den Ausgang D6 zu einem WS 2811 der als Verstärker dient.

Weiter zu den 9 Strängen die parallel je mit einem Widerstand versehen sind. Dann folgen 9 Stränge mit 140 RGB WS2812

Noch nicht eingearbeitet sind die 3200 weißen Leds aufgeteilt in 8 Strange immer 9 Leds an einem WS2811, die später an sonnigen Tagen zugschaltet werden um die richtige Helligkeit zu erzeugen.
Dazu wird auch ein weiterer Nano erforderlich sein.

Dies wird in den nächsten Wochenenden geschehen, da Gerd mit der Software fertig ist

[Jungle]

Hallo Kollegen des Lichtwahnsinns,
Das Thema von Michal mit den parallelen WS2811 passt ganz gut zu meinem Projekt, dass ich grad bearbeite. Und zwar handelt es sich um den Bahnhof „Berg“ 43526 von Vollmer.

Bild Bahnhof.jpg (11.59 KiB) 116 mal betrachtet

Im Gebäude werde ich 16 Stck. 5050er LED`s in verschiedenen Weiss-tönen in Lichtkästen verbauen und noch zwei Aussenlampen und eine beleuchtete Bahnhofsuhr. Ich arbeite hier nicht mit RGB`s.

Einiges ist nur so zum ein- und ausschalten, wie z. B. der halbe Innenraum unten, die Aussenlampen und die Uhr. Andere Beleuchtungen funktionieren mit zwei Haus-Makros.

Das Problem sind die 7 WS2811, die ich für die 19 LED`s brauche. Ich kann ja weisse LED`s nicht parallel schalten wegen des hohen Stromes, den sie brauchen. Hab mir jetzt auch extra eine Streifenplatine besorgt, wobei darauf dann in Reihe 4 Module und parallel 3 Module gelötet sind.

Allerdings ist das eine extreme Fummelei, hier überall die Verkabelung parallel, bzw die ganzen Ausgangskabel anzubringen. Die Parallel-Verknüpfungen habe ich mit kurzen Drahtstücken gemacht.
Ihr seht schon, dass das ein ziemliches Gewirre ist. Hoffentlich bring ich das beim Verkabeln in die richtige Reihenfolge und hoffentlich löst sich kein Kabel...
Ich hätte hierzu auch noch eine Frage. Muss ich denn das Plus von jeder LED an seinen entsprechenden WS2811 zurückführen oder kann ich alle Plus-leitungen zusammenfahren und an die gemeinsame Plusleitung auf der Streifenplatine löten? Sind ja immerhin 19 x 20 mA, also knapp 0,4A.
Der Verteiler 200, an dem das Ganze hängt, hat eine eigene Versorgung mit 1A.
Oder hat noch irgendwer eine Idee, wie ich das Ganze etwas schöner gestalten kann mit der Reihen- und Parallelschaltung der WS2811?? Vielleicht "erfindet" ja jemand von euch eine Platine, auf die man z. B. bis zu 4x4 WS2811 drauflöten kann....
Wenn ich fertig bin, stell ich mal ein paar Bilder hier rein.... oder Bilder von der Feuerwehr, die grad meine Anlage löscht....

Grüße, Günter

[raily74]

Moin Günter,

vielen Dank für deinen Beitrag. Es freut mich wirklich zu sehen, dass auch andere sich mit der Parallelschaltung von WS2811 beschäftigen.

kann ich alle Plusleitungen zusammenfahren und an die gemeinsame Plusleitung auf der Streifenplatine löten?

Wenn dein Kabel dafür ausgelegt ist (400 mA), dann kannst du selbstverständlich alles über eine Plusleitung zusammenführen. Das mache ich immer so, weil es auch unendlich viel weißes Kabel spart. Aber man muss ja auch nicht alle 19 Lampen auf eine Plusleitung legen. Man kann das ja auch auf drei Litzen verteilen.

In allen folgenden Bildern ist das weiße Kabel Plus:

eine Platine, auf die man z. B. bis zu 4x4 WS2811

Was soll ich sagen...? Sowas in der Art gibt es bereits. Die MultiUse Micro ist auf eine etwas einfachere Art zu löten.
Aber weil man nie weiß, wie viele LEDs parallel geschaltet werden sollen, ist es eher eine 2x2, 3x2 oder 4x2 WS2811-Platine.

[Jungle]

Hallo Michael,
ich hab jetzt mal die Ausgänge von deinem Bild nummeriert.

Verstehe ich das richtig, dass 5 der Klon von 1 ist und 6 ist der Klon von 2.
Wenn ich dann noch einen Klon von nur 3 brauche, kann ich eine WS 2811 zwischen 2 und 3 parallel reinhängen. Oder eben noch eine 504 bei der dann die zweite WS2811 leer bleibt.
Und wenn ich z. B. nur 1, 2, 3, 4 habe und einen Klon von 2 brauche, also die 6, habe ich nur die Möglichkeit, das wie im Bild gezeigt zu verdrahten und dann die 5 zu überspringen. Oder ich muss die komplette Beleuchtungsreihenfolge überdenken, damit nix leer bleibt.
Denke ich da richtig? Naja, ist zwar immer noch eine ziemliche Kabelzieherei, aber immerhin seeehr viel weniger als bei meinem Verhau, also weniger fehleranfällig.
Vielleicht wäre es eine Idee, so als Anordnung 4 x 4 oder nur 4 x 2 oder auch nur 2 x 2 von den 504ern in einer Platine zu vereinen und dann kannst du, wenn du das willst, der länge nach abbrechen und hast eine Reihe. Oder du brichst dir zwei nebeneinander aus der Anordnung und hast dann einen mit seinem Klon, nachdem man vielleicht noch irgendeinen Jumper gesetzt hat oder einen Lötpunkt.
Aber da bin ich raus. So weit reichen meine Kenntnisse nicht. ich hab nur Ideen und Spinnereien. Auf jeden Fall werde ich bei der nächsten Bestellung im Shop mir mal einige von den 504ern zulegen und testen.
Grüße, Günter