Door Gertjan
Spelen met licht: programmeerbare led-strips
Led-verlichting heeft een beetje een valse start gemaakt. De eerste generaties gaven niet zo’n mooi licht. Dat was vooral erg koel, zelfs blauw. Inmiddels is led-verlichting in allerlei mooie warme tinten verkrijgbaar. Ook het dimmen, soms nog een struikelblok, gaat tegenwoordig beter. Daar komt bij dat een led heel zuinig is en, mede dankzij de lange levensduur, meestal ook goedkoper op de langere termijn. De led maakt bovendien diverse nieuwe soorten verlichting mogelijk. Onze favoriet, je raad het al, is de led-strip. Daarmee kun je op een hele mooie en gelijkmatige manier je huis verlichten of accenten aanbrengen.
Met led-strips kun je veel kanten op. Je kunt ze bijvoorbeeld in een nis of koof wegwerken, achter een dressoir of kastje, langs de rand van je bureau, onder je keukenkastjes, of in het zicht in een strak profiel. Bij ‘analoge’ led-strips heeft elke led dezelfde kleur. Daarnaast zijn er led-strips die je kunt programmeren waarbij je elke led een andere helderheid en kleur kunt geven. Ze zijn, in technische termen, individueel te adresseren. Hierdoor zijn allerlei patronen en effecten mogelijk alsmede het opdelen van de strip in segmenten. Deze variant staat in dit artikel centraal!
Welke led-strips zijn er?
Er zijn talloze webshops die losse led-strips aanbieden of complete sets. Ook bekende merken als Philips Hue geven je best wat keuze. Wij richten ons echter op zelfbouwoplossingen. Dit vraagt uiteraard wat meer tijd en aandacht maar het is meestal een stuk goedkoper en je bent veel flexibeler. Je hebt om te beginnen heel veel keuze in led-strips. Er zijn rgb led-strips (rood, groen en blauw) zoals de bekende WS2812b die alle kleuren kunnen maken, en ook wit door te mengen. Daarnaast zijn er rgbw led-strips die een extra witte led hebben waarmee een veel mooier wit licht kan worden gemaakt, met een keuze tussen koel, neutraal en warm wit. De SK6812 is bijvoorbeeld leverbaar in rgbw-variant.
Je kunt led-strips in in diverse lengtes aanschaffen, meestal per 1, 2 of 5 meter. Je kunt ze altijd inkorten, door de led-strips op de stippellijn door te knippen, of verlengen door er meerdere te koppelen. Kies in het laatste geval voor strips van dezelfde fabrikant, anders kunnen er mogelijk kleurverschillen zijn (die je overigens met wat moeite ook kunt corrigeren). Verder heb je nog keuze in het aantal led’s per meter, zeg maar de dichtheid van de led’s. Het meest gangbaar zijn 30 en 60 led’s per meter, maar méér kan ook. De spanning van de meeste led-strips die we gebruiken is 5 of 12 volt. Wat voor voeding je nodig hebt behandelen we hierna.
Waterdichte led-strips?
Ook qua waterdichtheid heb je keuze. Kijk hiervoor naar de beschermingsgraad. Binnenhuis, in droge ruimtes, krijgt IP20 de voorkeur. Deze voeren hitte het beste af. Ze hebben geen beschermde laag maar zijn veilig om aan te raken. Bovendien zijn ze gemakkelijker te verwerken, denk aan het doorknippen en aan elkaar solderen van losse eindjes. In de badkamer kun je IP65 kiezen, deze is spatwaterdicht. Buitenshuis kies je bijvoorbeeld IP65 voor onder een afkapping, zoals een dakrand of je veranda, of IP67 als het toch echt waterdicht moet zijn. Kies je IP68 dan mag je de led-strip zelfs onder water gebruiken. Overigens, als een led-strip waterdicht is, geldt dat niet automatisch voor de aansluitingen!
Zo werken adresseerbare led-strips
Bij adresseerbare led-strips bestaat elke pixel uit drie led’s voor de primaire kleuren rood, groen en blauw. Hiermee kan elke kleur worden gemaakt, inclusief wit. Soms is er een extra witte led voor mooier wit licht. Iedere pixel heeft een ingang en uitgang voor data. Feitelijk stuurt een controller een lange ‘puls-trein’ met voor elke pixel de gewenste kleur en helderheid. Iedere pixel ‘snoept’ zijn informatiepakketje er af en geeft de rest door. Daarom stel je in een controller het aantal pixels in, zodat de puls-trein lang genoeg is. De volgorde van de pixels in een strip maakt niet uit, zolang de uitgang van de ene pixel maar naar de ingang van de volgende gaat. Daarom mag je elke strip zoals gezegd dus ook inkorten of aan een tweede strip koppelen. Als je maar wel let op de richting van de data, veelal aangegeven door pijltjes.
Voeding voor je led’s
Je moet je led-strips uiteraard van voeding voorzien. Zoals gezegd werken de led-strips waar we bij onze workshops mee werken meestal op 5 of 12 volt. Het voordeel van 5 volt led-strips is dat ze efficiënter zijn dan de 12 volt varianten. Bovendien kun je (meestal) die voeding óók gebruiken voor de controller. Dat geldt in ieder geval als je een Raspberry Pi, Arduino, ESP8266 of ESP32 gebruikt, die alle op 5 volt kunnen werken, waarover straks meer. Gebruik je een aparte voeding voor je controller, zorg dan dat de ground (gnd) gemeenschappelijk is, door de ground van je controllervoeding te verbinden met de ground van de voeding voor je led-strips. Anders kun je aansturingsproblemen krijgen.
Uiteraard is het wattage van de voeding nog van belang. Dit hangt af van de gebruikte led’s maar ook het aantal pixels en de gewenste helderheid. Bij de WS2812B en SK6812 kun je grofweg uitgaan van 40 tot 60 mA (milliampère) per pixel. Dat is bij gebruik van alle leds (rood, groen en blauw) en volledige helderheid. Bij 30 pixels per meter gaat het om tot 1,8A (ampère) ofwel 9 watt per meter. Heeft de led-strip echter 60 pixels per meter dan is het dubbele nodig (3,6A ofwel 18 watt per meter). Kies bij voorkeur een voeding die minimaal de vereiste stroom kan leveren. Eventueel kun je, afhankelijk van je controller, de stroom soms softwarematig beperken, mocht je voeding niet toereikend zijn. Verder is het slim om zekeringen te gebruiken.
Een profiel gebruiken
Een led-strip heeft in de meeste gevallen een plakstrip, en zou je dus direct ergens op of onder kunnen plakken. Dat doe je bij voorkeur alleen als de led-strip uit het zicht is. Denk aan bijvoorbeeld een koof, voor een indirecte verlichting. In de koof kun je ook meteen heel makkelijk extra kabels kwijt. Omdat het licht mooi wordt verdeeld kan dit prima als (sfeervolle) basisverlichting dienen. Ga je de led-strip wel in het zicht plaatsen, dan gebruik je liefst een aluminium profiel met een kap. Zo’n profiel monteer je meestal met klemmetjes (die je in de muur schroeft) of met een plakstrip op zijn plek. Dat laatste gaat meestal prima vanwege het lage gewicht. Bevestigingsmiddelen worden meestal bijgeleverd. De led-strip zelf plak je vervolgens in het profiel.
Een profiel heeft meestal een diffuse kap. Het voordeel is dat je de individuele led’s niet meer kunt zien. Hoe goed de kap zijn werk doet verschilt van model tot model. Een profiel heeft meer voordelen. Zo houdt deze het stof weg, en geleidt het aluminium de warmte. Dat komt de levensduur van de led’s ten goede. Bovendien zijn profielen veel makkelijker strak in een rechte lijn aan te brengen dan de led-strips zelf. Als je de keuze hebt, kies dan led-strips met een witgekleurde strip. Die verspreiden het licht beter dan de strips met zwartgekleurde strip.
Led-strips aansturen
Voor de aansturing van je ‘programmeerbare’ led-strips is een zogeheten controller nodig. Er zijn kant-en-klare controllers te koop. Sommige werken met het ZigBee-protocol en integreren met Philips Hue, handig als je je hele huis daar al mee hebt ingericht. In dit artikel en op deze website staan echter voordelige zelfbouwoplossingen centraal. Als controller dient bijvoorbeeld een Raspberry Pi, Arduino of microcontroller als de ESP8266 of ESP32. Wij kiezen steeds de ESP8266 of ESP32. Daar zijn meerdere redenen voor. Ten eerste is deze microcontroller erg goedkoop (tot zo’n €6). Bovendien bestaat er een heel mooi pakket voor genaamd WLED dat met wat aanwijzingen ook nog relatief eenvoudig is te installeren en gebruiken (zie kader).
Als je WLED hebt geïnstalleerd kun je de op de microcontroller aangesloten led-strips aansturen via een browser of app. Je maakt dus ook meteen je led-strips ‘slim’. Bovendien bestaat er een uitstekende integratie met Home Assistant, zodat je allerlei automatiseringen kunt maken. Met WLED kun je volop experimenteren met kleur, patronen, effecten en segmenten. Je hoeft hierbij helemaal niet te programmeren. Kies je 5v led-strips dan kun je bovendien dezelfde voeding gebruiken voor de led-strips zelf als voor de microcontroller. Niet alleen de controller zelf is voordelig, je kunt ook nog relatief voordelige led-strips gebruiken.
De installatie van WLED op een microcontroller
WLED is software voor het aansturen van adresseerbare led-strips. Je kunt deze software relatief eenvoudig op een microcontroller als de ESP8266 of ESP32 flashen met een programma op je pc. Als je daarna de microcontroller aanzet, maakt deze automatisch een wifi-hotspot aan. Daar kun je op inloggen om de eerste configuratie af te handelen. Stel dan in dat de microcontroller voortaan direct verbinding met je wifi-netwerk thuis maakt. Hierna kun je de led-strips eenvoudig via een browser of de app van WLED bedienen. Je kunt bijvoorbeeld de helderheid of kleur regelen, één van de vele effecten kiezen, of de led-strip in segmenten opdelen.
Tips voor het aansluiten
Bij het werken met langere led-strips moet je er vooral bij 5 volt rekening mee houden dat de spanning terug kan lopen. De led’s aan het einde van de strip zullen hierdoor minder fel of met afwijkende kleuren branden. Bij hoge helderheid kan bovendien een vrij grote stroom nodig zijn. Deze problemen kun je oplossen door extra voedingskabels aan te sluiten, bijvoorbeeld elke 2,5 of 5 meter. Een led-strip van 5 meter heeft hier aan het einde meestal een extra paar voedingskabeltjes voor. Je kunt ook altijd zelf extra voedingskabels op de 0 en + van de strip solderen.
Zorg dat ook de voedingskabels voor de led-strip dik genoeg zijn zodat ze de benodigde stroom aan kunnen en het spanningsverlies daar beperkt blijft. Als het voor jouw project heel lastig is om extra kabels naar de led-strips te brengen, bijvoorbeeld omdat je met hele lange lengtes gaat werken, zou je wellicht beter voor 12 volt kunnen kiezen.
Buiten moet je uiteraard rekening met de weersomstandigheden houden. Een led-strip kan waterdicht zijn maar dat geldt niet altijd voor de aansluitingen. Als je de mogelijkheid hebt, is het slim om randapparatuur zoals de voeding en controller binnen aan te sluiten, door de kabels naar binnen te voeren. Als dat niet lukt kun je een waterdichte montagedoos gebruiken.
