Zelf te programmeren ledstrips installeren: Zo doe je dat

Met ledverlichting en ledstrips kun je vrijwel alle soorten licht maken en je creativiteit de vrije loop laten. In dit artikel kijken we naar ledstrips. Deze kun je flexibel inzetten. Zo kun je ze aan de binnenkant van een koof langs het plafond monteren voor een indirecte verlichting. Omdat het licht mooi wordt verdeeld, kan dit prima als (sfeervolle) basisverlichting dienen. In een koof kun je ook gemakkelijk extra kabels kwijt.

Als alternatief zou je ook een aluminium profiel met kap tegen het plafond kunnen monteren waarin je de ledstrips plaatst. Zo’n profiel is eigenlijk altijd raadzaam: het houdt stof weg en aluminium geleidt warmte, wat de levensduur van de leds ten goede komt. Bij een profiel in het zicht kun je een diffuse kap gebruiken die de elektronica verbergt en het licht mooier verdeeld. Ledstrips worden ook vaak buiten gebruikt.

Voor het monteren van ledstrips kun je doorgaans (bijgeleverde) clipjes gebruiken of dubbelzijdige klevende tape. Dit laatste gaat meestal prima, want het geheel weegt niet veel. De ledstrip zelf heeft ook een kleefzijde, dus die plak je zo in het profiel.

Vele varianten

Ledstrips zijn er in allerlei soorten en maten. Zo varieert de lengte van de strip (veelal 1, 2 of 5 meter), de spanning (doorgaans 5, 12 of 24 volt), de dichtheid van leds op de strip en de waterdichtheid. Bij dit artikel gebruikten we ledstrips met de populaire WS2812B.

Op een ledstrip zijn de componenten, die we pixels noemen, achter elkaar geplaatst, meestal met 30 of 60 per meter. Voor elke component kan de kleur (rgb) en helderheid afzonderlijk worden geregeld. De strip werkt op 5 volt. Je kunt er meerdere achter elkaar gebruiken, maar zeker bij hoge dichtheid van de leds en bij langere lengtes moet je de spanningsvoorziening goed in de gaten houden, waarover later meer.

Wat waterdichtheid betreft heb je bij dit type nog diverse opties. Hiervoor kijk je naar de beschermingsgraad. Bekend zijn vooral IP30 voor gebruik binnenshuis en IP65 of IP67 voor buitenshuis. Voor binnen kun je het beste IP30 kiezen, omdat deze strips gemakkelijker zijn te verwerken; denk aan het doorknippen en aan elkaar solderen van losse eindjes.

Ledstrips aansturen

Om een ledstrip aan te sturen heb je maar één pin van een microcontroller nodig (zie het kader hieronder ‘Hoe werken ledstrips?’). Voor het aansturen kun je een Raspberry Pi of Arduino gebruiken, maar ook een ESP8266- of ESP32-microcontroller. Wij kiezen voor de wat krachtigere ESP32. Daarop installeren we de software WLED. Ook voor een beginner is dat goed te doen. Dankzij WLED hoef je namelijk niet zelf te programmeren.

Na het flashen van de software maakt je microcontroller een wifi-hotspot aan waar je kunt inloggen om de eerste configuratie af te handelen en om verbinding met je eigen wifi-netwerk te maken. Daarna kun je de ledstrips eenvoudig via een browser of app bedienen. Ook is integratie met Home Assistant mogelijk, de bekende software voor thuisautomatisering, waar we al vaker over hebben geschreven. Je hebt dus ook direct slimme verlichting.

Hoe werken ledstrips?

Ledstrips met de WS2812B zijn erg populair en relatief makkelijk te gebruiken. Maar hoe werken ze precies en wat gebeurt er als je deze aanstuurt? Elke component op de strip (of pixel) kan de kleuren rood, groen en blauw weergeven en heeft een ingang en uitgang voor data. Die data wordt binnen de component verwerkt.

Feitelijk stuurt de microcontroller een lange ‘puls-trein’ met voor elke pixel de gewenste kleur en helderheid. Iedere component ‘snoept’ zijn informatie eraf en geeft het restant door. Daarom zul je in WLED het aantal pixels moeten instellen, zodat feitelijk die puls-trein lang genoeg is. De volgorde van de pixels maakt ook niet uit, zolang de uitgang van de ene pixel maar naar de ingang van de volgende gaat. Je mag de strip dus ook tussen iedere pixel losknippen, op de kniplijn, om deze in te korten of aan een tweede strip te koppelen.

Spanningsvoorziening

Zowel de microcontroller als de ledstrips hebben een voeding nodig. Dat mag dezelfde voeding zijn, beide werken namelijk met 5 volt. Gebruik je een aparte voeding, zorg dan dat de ground (gnd) gemeenschappelijk is. Je zou optioneel de voeding voor de leds kunnen aan- en uitschakelen met een relais, via een pin op de microcontroller. WLED biedt daar standaard ondersteuning voor. De WS2812B verbruikt namelijk altijd wat stroom, ook als deze geen licht geeft. Het stand-bygebruik kun je hiermee beperken.

Wat voor voeding je nodig hebt, hangt af van het aantal pixels en de gewenste helderheid. Bij de WS2812B kun je uitgaan van tot 60 milliampère (mA) per pixel. Dat is bij de kleur wit, waarbij alle leds (rood, groen en blauw) zullen branden, en met volledige helderheid. Bij 60 pixels per meter gaat het om 3,6 ampère (A) per meter. Voor 5 meter heb je zodoende een voeding nodig die 18 ampère kan leveren, dus 90 watt in totaal. We raden aan wat extra marge te nemen. Bekend en degelijk zijn bijvoorbeeld de voedingen van Mean Well.

Spanningsval

Een probleem bij het werken met ledstrips, vooral bij 5 volt, is dat er een flinke spanningsval kan optreden, zeker bij grotere lengtes. Hierdoor branden de leds aan het einde van de strip minder fel of met afwijkende kleuren. Een tweede probleem is dat er zeker bij hogere helderheid een relatief grote stroom kan lopen, wat onveilige situaties kan opleveren.

Genoemde problemen kun je oplossen door extra voedingskabels parallel aan te sluiten, bijvoorbeeld elke 2,5 of 5 meter. Een ledstrip van 5 meter heeft aan het einde meestal een extra paar voedingskabeltjes. Je kunt ook altijd zelf snoertjes op de 0 en + van de strip solderen. Zorg dat de kabels dik genoeg zijn, zodat ze de benodigde stroom aan kunnen en de spanningsval beperkt blijft.

Als het voor jouw project heel lastig is om extra kabels naar de ledstrips te brengen, bijvoorbeeld omdat je met hele lange lengtes gaat werken, zou je misschien beter voor 12 volt kunnen kiezen. Heb je alles aangesloten, dan sluit je als laatste de datalijn van de ledstrip aan op de datapin van de microcontroller. Bij de ESP32 is dat D2 (gpio 2). Bij een langere kabel kun je een zogenoemde level shifter nodig hebben (3,3 naar 5 volt), omdat de ESP32 een lagere spanning (3,3 volt) geeft dan de WS2812B verwacht (5 volt).

Installatie van WLED

WLED is een van de populairste pakketten voor het aansturen van ledstrips met bijvoorbeeld de WS2812B. De software biedt ook ondersteuning voor enkele andere types, zoals de WS2811 en WS2815, beide op 12 volt. De eerste stap is het flashen van de software op bijvoorbeeld een ESP32. Daar zijn meerdere methodes voor.

Een eenvoudige methode is het gebruik van de ESP Home Flasher-tool. Dat is een programma voor Windows dat de ESP32 herkent, als de drivers zijn geïnstalleerd, en vervolgens het image-bestand van WLED kan flashen. We raden je aan de instructies op de website van WLED te raadplegen als het niet direct lukt. Via een smartphone of tablet kun je vervolgens inloggen op de hotspot met de naam WLED-AP en het wachtwoord wled1234.

Bezoek dan met een browser het adres 4.3.2.1. Je kunt nu de instellingen van je wifi-netwerk opgeven, zodat de microcontroller voortaan direct verbinding met dat netwerk maakt. Je kunt ook een naam kiezen, bijvoorbeeld wled-kantoor.local. Je kunt dan met een browser op dat adres de ledstrips verder bedienen.

Werken met WLED

Als je de gebruikersinterface van WLED opent, is het handig om eerst onder Config de instellingen voor je leds door te nemen. Vooral het aantal leds is van belang. Is het aantal niet goed ingesteld, dan branden de leds verderop in de strip niet. Je leest op deze configuratiepagina ook wat voor voeding wordt aanbevolen.

Onder Colors kun je een kleur of patroon kiezen en onder Effects een van de meer dan honderd effecten. Interessant is ook dat je onder Segments verschillende segmenten kunt maken die je dan een aparte kleur of helderheid kunt geven. Voor het instellen daarvan is het handig om naar PC Mode te gaan. 

Zorg daarna dat rechts een segment is aangevinkt en kies links de kleur, het patroon en het effect. Je kunt de ledstrips met WLED ook via externe programma’s aansturen. Zo kun je bijvoorbeeld lichtshows geven door de software xLights op je pc te installeren. Die werkt dan samen met WLED.

Andere toepassingen

Naast WLED zijn er nog andere toepassingen voor het aansturen van je ledstrips. Populair is bijvoorbeeld het nabootsen van het bekende Ambilight van Philips (zie het kader hieronder ‘Sfeervolle achtergrondverlichting’). Dit kan prima met ledstrips met de WS2812B. We raden voor een optimale helderheid ledstrips met 60 leds per meter aan. Bereken de wattage voor de voeding die nodig is, met wat marge. Het hangt vooral af van de totale lengte van de strip en daarmee van de grootte van je tv.

Kenmerkend voor Ambilight is dat de leds aan de achterkant van de televisie niet steeds allemaal dezelfde kleur aannemen, maar zich individueel aanpassen aan de kleur die op diezelfde positie op het scherm is te zien. Omdat je voor elke pixel op een ledstrip met WS2812B de kleur en helderheid kunt aanpassen, is dit geen probleem. Het verkrijgen van de beeldinformatie is een grotere uitdaging. Er zijn een paar manieren om dat voor elkaar te krijgen.

Een beproefde methode is het gebruik van een Raspberry Pi Zero W met een hdmi-splitser met één ingang en twee uitgangen. Op de ingang sluit je het signaal van bijvoorbeeld een mediaspeler aan. De eerste uitgang gaat gewoon naar de televisie en de tweede naar een video capture card die hdmi naar usb omzet, aangesloten op de Pi. 

Software, zoals Hyperion, kan die videostream vervolgens gebruiken om een Ambilight-signaal naar de ledstrip te sturen via één van de gpio-pinnen op de Raspberry Pi. Je moet wel wat instellingen invoeren, zodat de software bijvoorbeeld weet waar en hoe de ledstrips zijn geplaatst.

Sfeervolle achtergrondverlichting

Ambilight is een feature op televisies van Philips. Feitelijk gaat het om ledlampjes die aan de achterkant langs de randen van de televisie zijn aangebracht. Hierdoor kleurt de muur achter de televisie mee met de kleur op het scherm. Je kunt het op allerlei manieren naar je smaak afstellen. Het ziet er niet alleen sfeervol uit, maar is ook rustiger voor je ogen. Je Philips Hue-lampen kun je desgewenst ook weer aan je Ambilight koppelen.

Voor televisies zonder Ambilight biedt Philips sinds enige tijd de prijzige Hue Play gradient lightstrip (vanaf 180 euro). Met de ledstrip, voorzien van bevestigingsklemmen en leverbaar in drie formaten, voeg je Ambilight aan elke televisie toe. Met de aanschaf van de ledstrips ben je er nog niet, want je hebt ook een Hue Bridge (60 euro) en Hue sync box (250 euro) nodig. Dat maakt het aantrekkelijk om zelf na te bouwen, zoals kort uitgelegd in het artikel.