Eine LED Matrix ist eine gleichmäßige Gitterform von LEDs. Diese sind in vertikale Spalten und horizontale Zeilen verteilt. Bei der Ws2812b LED Matrix handelt es sich um einzeln adressierbare bunte RGB und seit neuestem sogar RGBW LEDs (Typ SK6812). Gerade diese spezielle Art erfreut sich immer größerer Beliebtheit.
In diesem Beitrag beschäftigen wir uns in erster Linie mit der Ws2812b Matrix. Die beliebtesten Modelle sind hier die 8x8 Ws2812B LED Matrix, 16x16 Ws2812B LED Matrix und die 8x32 Ws2812B LED Matrix. Die LED-Matrix kann zu einem beliebig großen Display mit vergleichsweise niedriger Auflösung aufgebaut werden. Eine LED Matrix eignet sich sowohl für industrielle oder kommerzielle Displays als auch für Hobby-Benutzeroberflächen.
Auf einer Matrix können Informationen angezeigt werden, die statische und animierte Bilder und Texte beinhalten. Hier ist eine LED-Matrix in der Abbildung dargestellt, damit du dir besser Vorstellen kannst, wie so etwas aussieht.
Die Geschichte der Ws2812b LED Matrix - Vom Arduino Tech-Nerd Spielzeug zum Display für LED Fans!
Anfangs wurden die Ws2812b RGB LEDs zumeist von Bastlern verwendet, da die Ws2812b Matrix durch ihre Eigenschaft der Adressierung, einen hohen Grad an individuellen Vorstellungen nachkommt. Hierfür werden noch heute sehr häufig Arduino Mikrocontroller verwendet. Doch die Hemmschwelle für Otto normal-Verbraucher war relativ hoch. Neben der Herausforderung bezüglich der Programmierkenntnisse war auch der Mangel an Endverbraucher freundlichen Controllern ein Faktor, der es einer großen Interessengruppe erschwert hat, sich dieser großartigen adressierbaren Matrix Displays zu bedienen.
Wie funktioniert eine LED Matrix mit Ws2812b LEDs?
In einem früheren Beitrag haben wir uns grundsätzlich mit der Funktionsweise der Ws2812b LED beschäftigt. Hier kannst du nachlesen wie die Ws2812b LED funktioniert. Bei der LED-Matrix sind die Ws2812b LEDs wie bereits erläutert in einem Raster angeordnet. Die Leiterbahnen sind dafür zuständig die einzelnen LEDs auf der Matrix miteinander zu verbinden.
Technisch handelt es sich also um eine 2-D-Diodenmatrix. In dieser LED-Matrix kann jede LED einzeln gesteuert werden. Durch das Senden des Datensignals kannst du theoretisch eine unbegrenzte Anzahl von LEDs steuern. Die PWM (Pulsweitenmodulation) ist in jedem LED-Chip der Ws2812b integriert.
Gibt es noch andere adressierbare LEDs die für Matrix Anzeigen verwendet werden?
Ja es gibt noch andere Arten von Matrix Anzeigen mit anderen adressierbaren LEDs. Wir haben seit kurzem auch Matrix mit SK6812 LEDs. Warum ist das ein Vorteil? Nun ganz einfach, die SK6812 LEDs sind, im Gegensatz zu den Ws2812b die nur RGB Farbkombinationen können, in der Lage, auch RGBW darzustellen. Das bedeutet, dass wir mit den neuen SK6812 LEDs Matrix-Anzeigen produzieren können, die in jeder LED einen separaten Bereich für das Darstellen von weißem Licht haben. Und es gibt noch einen weiteren Vorteil der mit diesem LED Typ realisierbar ist. Was genau das ist? Lies einfach noch ein Stück weiter. Die Auflösung kommt, wenn ich dir erkläre was es mit dem LED Pitch auf sich hat.
Worauf muss ich bei der Wahl der Matrix achten?
Es gibt ein paar Dinge, die du beachten solltest, wenn du ein Matrix-Projekt mit adressierbaren LEDs umsetzt. Für die Planung solltest du dir also einen Moment Zeit nehmen, um grundlegende Fehler zu vermeiden. Gehen wir die wichtigsten Punkte der Reihe nach durch:
Die Größe des Matrix-Displays
Überlege dir am besten vorher ganz genau, welche Fläche du mit der LED-Matrix abdecken möchtest. Es hängt natürlich ganz oft davon ab was man auf dieser LED Fläche überhaupt darstellen möchte. Ein weiterer Faktor der die Größe bestimmt ist auch der vorhandene Platz.
Der Pitch
Der Pitch bestimmt den Abstand zwischen den einzelnen LEDs. Manchmal wird hier als synonym auch der Begriff “Raster” verwendet. Bei den 5050 SMD-LEDs ist der kleinste mögliche Pitch 10 mm. Das liegt schlicht und ergreifend daran, dass man einen Mindestabstand einhalten muss, um zu gewährleisten, dass die Matrix bei voller Auslastung nicht zu heiß wird. Anders ist es bei der SK6812 LED. Diese gibt es schon im 3535 SMD Format. Aufgrund des kleineren Formats ist hier die punktuelle Wärmeentwicklung etwas geringer. Hier ist sogar ein Pitch von 7 mm möglich. Das ist dann aber keine RGBW, sondern nur eine RGB Variante. Auf einem 3535 SMD Format ist bislang noch nicht möglich eine RGBW Variante zu realisieren.
Farbe der Matrix PCB
Du hast die Möglichkeit die Hintergrundfarbe der PCB zu bestimmen. In bestimmten Fällen ist es wichtig diese Möglichkeit zu haben. Manchmal ist es notwendig einen schwarzen Hintergrund zu haben damit die PCB nicht weiter in Erscheinung tritt oder weil die gesamte Installation in einem dunkleren Umfeld angebracht ist. In anderen Projekten ist die Vorgabe einer weißen PCB gegeben da eine schwarze PCB eben zu dunkel wäre. Standard ist bei der Matrix allerdings die schwarze PCB. Wenn du also keine weiteren Angaben machst, dann wirst du in der Regel eine Matrix erhalten die eine schwarze PCB hat.
Der richtige Pixel-LEd-Controller
Bei der Wahl des LED-Controller solltest du dich genau vergewissern die richtige Entscheidung zu treffen. Denn mit dem falschen LED Controller könnte dein Projekt sehr schnell ins Stocken geraten. Der LED Controller sollte also in der Lage sein die Anzahl der Pixel ansteuern zu können und gleichzeitig auch die Funktionen liefern die nötig sind um die gewünschten Bilder und Licht Effekte zu erzeugen. Im Zedfy.shop findest du eine ganze Reihe an Pixel LED Controllern.
Stromversorgung der Matrix
Des Weiteren solltest du dir auch über den Stromverbrauch im Klaren sein. Als Hilfestellung haben wir einen Guide geschrieben, den du als Leitfaden benutzen kannst, wenn du eine LED Installation vorhast. Soviel aber vielleicht schonmal an dieser Stelle. Fast alle Matrix Displays laufen auf 5V Spannung. Nun solltest du in Erfahrung bringen wie viele Watt/Ampere deine Matrix Installation bei voller Auslastung insgesamt verbraucht. Darauf aufbauend kannst du dann nach Trafos schauen, die du für dein Projekt benötigst. Auch hier haben wir natürlich eine Auswahl an hochwertigen Netzteilen in unserem Shop.
Flex Matrix PCB vs. Hard Matrix PCB
Früher waren Leiterplatten oder auch PCBs immer etwas dicker und waren fest bzw. starr. Es gibt aber seit einigen Jahren auch PCBs, die sehr sehr dünn sind. Sie sind so dünn, dass sie sich sogar biegen lassen. Hier spricht man von Flex PCBs. Dabei hat die Flexibilität natürlich ihre Grenzen. Das bedeutet, dass die Leiterplatten zwar gebogen werden können, aber man das ganze nicht zu weit ausreizen sollte. Ab einem gewissen Grad geht man das Risiko ein, die Leiterbahnen zu brechen und somit die Kontakte zwischen den Ws2812b LEDs zu zerstören.
Das bedeutet natürlich auch, dass du die Matrix nicht einfach irgendwie in eine benutzerdefinierte Form schneiden kannst. Die Leiterbahnen laufen durch die gesamte PCB. Wenn du nun willkürlich an der Matrix herumschneidest, wirst du zwangsläufig die Stromleitungen und Datenleitung trennen. Somit unterbrichst du die Verbindung zwischen den einzelnen Ws2812b LEDs. Das führt zwangsläufig zu einem Ausfall aller LEDs die hinter den getrennten Leitungen liegen.
8x8 WS2812B RGB Pixel LED Matrix
Die 8 mal 8 Matrix mit insgesamt also 64 Ws2812b LEDs ist die kleinste verfügbare Matrix im Zedfy LED Shop. Sie befindet sich auf einer biegsamen Leiterplatte. Das bedeutet, dass du sie krümmen und biegen kannst. Wie bereits angesprochen solltest du aber damit vorsichtig sein, damit die PCB nicht beschädigt wird und die Leiterbahnen stabil bleiben. Mit den bewährten JST Steckern kannst du die Matrix modular erweitern. Insgesamt verbraucht diese 64 LED Matrix bei 5V bis zu 4 Ampere Strom, wenn alle LEDs voll weiß leuchten. Achte bei der Wahl des Netzteils darauf, dass du der Pixel Matrix genügend Power zur Verfügung stellst. Stelle jede LED so hell wie du es möchtest und projiziere Logos, Texte und Bilder je nach Belieben. Bei der Ansteuerung ist anzumerken das die LEDs im S Shape also in Schlangen Form angeordnet sind. Wenn du mehr zu genau dieser Matrix wissen möchtest dann schau auf der Produktseite. Sollten danach noch offene Fragen sein dann Kontaktiere uns gerne.
Die nächstgrößere quadratische Pixel LED Matrix ist die 16x16 Matrix. Genauso wie bei der kleinen 8x8 Matrix wird auch hier die komplette Platine über eine einzige Mikrocontroller PIN angesteuert. Die insgesamt 256 LED Pixel bieten eine vierfach so große Fläche, um Animationen jeglicher Art umzusetzen. Auch diese Ws2812b Matrix ist auf einer flexiblen PCB angebracht. Im Durchschnitt verbraucht die Pixel Matrix ca. 5 Ampere. Bei voller Auslastung kann der Verbrauch allerdings bis zu 15 Ampere betragen.
Die Größe von 16x16 cm bietet dir im Gegensatz zur 8x8 Matrix die Möglichkeit schnell größere Flächen abzudecken und dabei nicht nur Zeit, sondern auch Kosten zu sparen. Auch hier sind die LEDs wieder in Schlangen Form (S Shape) angeordnet. Noch mehr Informationen zu dieser Matrix findest du auf der Produktseite.
Wenn du dich für eine Hard PCB Matrix interessierst, die etwas kostengünstiger ist, dann schau mal hier.
Anderes Format, selbes Prinzip. Wer in Mathe aufgepasst hat weiß, dass wir auch bei der 8x32 RGB Matrix 256 LEDs verbaut haben. Aber hier ist die PCB eben nicht quadratisch angelegt wie bei der 16x16 Matrix. Diese Matrix gibt dir die Möglichkeit in eine Richtung richtig Fläche zu machen und dabei aber sehr schmal zu bleiben. Was den verbrauch angeht, unterscheidet sie sich natürlich überhaupt nicht von der quadratischen Variante. Sie gehört in letzter Zeit zu unserem meistverkauften Pixel Matrix Produkt.
