I circuiti elettronici solitamente necessitano di trasmettere il loro stato di funzionamento e le spie luminose diventano un modo semplice per soddisfare questo requisito. Nelle soluzioni di illuminazione, le luci a LED consumano meno energia rispetto alle sorgenti luminose tradizionali. Il basso consumo energetico delle luci a LED rappresenta un vantaggio significativo negli strumenti dei sistemi integrati in cui la carica della batteria può essere molto preziosa.
Se per il lavoro è necessario un sistema di segnalazione di base con solo tre colori (rosso, giallo e verde), un semplice indicatore luminoso RYG può soddisfare i requisiti. In questo caso, una luce rossa indica pericolo o arresto, mentre una luce verde indica che tutti i sistemi funzionano normalmente. Il sistema RYG è una soluzione tradizionale utilizzata per quadri strumenti di base e torrette di segnalazione industriali.
Gli indicatori LED rosso, verde e blu (RGB) si illuminano in diversi colori a seconda dello stato desiderato, ottenendo così la funzione di visualizzazione visiva. Gli indicatori LED RGB forniscono colori intensi e informazioni sottili più intuitive. Ad esempio, l'intervallo di temperatura nella barra del gradiente richiede diverse tonalità di colore per rappresentare i livelli di temperatura.
Inoltre, gli indicatori luminosi LED RGB possono essere modulati per visualizzare il colore desiderato, consentendo la funzionalità di due o tre indicatori luminosi diversi, richiedendo così meno spazio.
Gli indicatori luminosi LED RGB sono ampiamente utilizzati, inclusi gli schermi di visualizzazione in macchinari robusti, dispositivi domestici intelligenti e sistemi integrati in applicazioni industriali. Ad esempio, la serie RGB Q10/14/16/19/22 di APEM (Figura 1) può fornire una scelta di colori quasi illimitata con una durata fino a 100.000 ore. Il LED RGB è solitamente la scelta preferita per strumenti e misuratori moderni perché questo prodotto può produrre più colori consumando meno energia.
Indicatori LED RGB serie APEM Q10/14/16/19/22
Gli indicatori luminosi LED RGB di APEM possono essere controllati utilizzando la tecnologia PWM (modulazione di larghezza di impulso) per ottenere un aspetto colorato. (Fonte immagine: DigiKey)
Il principio di funzionamento del LED RGB
Il driver controlla il display a colori controllando la corrente inviata al LED. Utilizza 8 bit per rappresentare la quantità di colore richiesta per ciascun canale (R, G o B). Ad esempio, il valore a 8 bit del canale rosso, 00000000, indica che la sintesi finale non contiene alcun componente rosso. Poiché ciascun valore a 8 bit è composto da una combinazione di 0 e 1, ciascun modulo colore può presentare 28 (o 256) valori diversi compresi tra 0 e 255.
Ciascuno di questi 256 valori rappresenta una sottile variazione nell'intensità dei colori rosso, verde e blu. Regolando i 256 valori degli elementi rosso, verde e blu in diverse combinazioni, i progettisti di circuiti possono ottenere milioni di tonalità di colore, in particolare 256 x 256 x 256, ovvero 16,7 milioni di colori (Figura 2).
Modello di mappatura del cubo per i colori RGB
Figura 2: modello di colore RGB mappato sul cubo. L'asse x orizzontale rappresenta i valori del rosso che aumentano verso sinistra, l'asse y rappresenta i valori del blu che aumentano in basso a destra e l'asse z verticale rappresenta i valori del verde che aumentano in alto a destra. L'origine situata nel vertice nascosto corrisponde al nero. (Fonte immagine: SharkD, CC BY-SA 4.0); Wikimedia Commons）
Ad esempio, i tre componenti dei valori RGB per il magenta sono impostati come segue: R: 255, G: 0, B: 255. Allo stesso tempo, i valori RGB del viola chiaro sono R: 223, G: 255 e B: 0.
Per fare in modo che l'indicatore LED RGB visualizzi un colore specifico, è necessario ottimizzare l'intensità dei componenti rosso, verde e blu regolando la potenza erogata a ciascun modulo colore. Esistono due metodi per l'oscuramento dinamico dei LED: riduzione della corrente costante (CCR) e modulazione della larghezza dell'impulso (PWM).
Il metodo CCR modifica l'emissione luminosa riducendo la corrente inviata al LED. Questo metodo è semplice e presenta alcuni vantaggi. D'altro canto, il metodo PWM mantiene una corrente costante, ma invece di fornire corrente continua al LED, la eroga con impulsi rapidi, accendendo e spegnendo il LED più volte al secondo. L'intensità della luce emessa da un LED è direttamente proporzionale al tempo di accensione della corrente, chiamato "duty cycle".
PWM è una tecnica particolarmente utile per il controllo degli indicatori LED RGB, poiché consente un controllo preciso sull'output del colore finale. Inoltre, questa tecnologia offre anche microcontrollori facili da usare per il controllo digitale, commutando le uscite tra i livelli alto e basso.
Design estetico dell'indicatore LED RGB
Se gli indicatori luminosi devono essere utilizzati negli schermi e nei pannelli di controllo degli strumenti elettrici e delle interfacce uomo-macchina (HMI), devono essere più completamente integrati con l'apparecchiatura. I tradizionali LED a doppio pin di solito devono essere fissati su una base robusta e in genere sporgono dai fori sul pannello. Gli indicatori LED prominenti potrebbero non corrispondere all'aspetto estetico del dispositivo nella mente del progettista. Inoltre sussiste il rischio di danneggiare la parte sporgente dell'indicatore luminoso.
D'altro canto, gli indicatori luminosi montati su pannello possono essere fissati sul pannello, semplificando la progettazione e l'installazione. In questo caso il bordo funge da staffa di installazione garantendo al tempo stesso l'estetica visiva. Lo schema dei bordi ha una struttura lucida per evitare che il LED venga esposto dal pannello e venga facilmente danneggiato.
Anche nello schema a bordatura è possibile installare indicatori luminosi LED RGB con bordi incassati o sporgenti. La cornice a filo è a filo con il pannello, conferendogli un aspetto elegante e moderno. Al contrario, i paralumi LED con bordi rialzati sporgono leggermente dalla superficie del pannello, formando una struttura leggermente rialzata. Se è necessario osservare i colori visualizzati da diverse angolazioni, questo leggero rigonfiamento è particolarmente utile. Questo bordo rialzato è più facile da identificare se installato in ambienti esterni soleggiati o ambienti industriali con luce abbagliante. La scelta del bordo dipende in ultima analisi dall'applicazione specifica. In ambienti scarsamente illuminati, è necessario che gli indicatori luminosi siano più chiari e più visibili, quindi gli indicatori luminosi rialzati sono una scelta migliore. Se i progettisti considerano solo l’estetica, l’installazione integrata è una scelta migliore.
Oltre al telaio, l'indicatore luminoso montato su pannello richiede che il progettista del circuito determini l'apertura del pannello che può accogliere l'indicatore luminoso in termini meccanici. Per accelerare il processo di installazione, è possibile utilizzare un'installazione a scatto, ma questo metodo di installazione richiede un taglio più preciso. Inoltre, la spia può essere avvitata al pannello tramite filettatura per migliorare la sicurezza, soprattutto in ambienti soggetti a forti vibrazioni. La dimensione delle aperture del pannello può variare. Gli indicatori luminosi LED RGB della serie Q di APEM offrono aperture da 10 mm, 14 mm, 16 mm, 19 mm o 22 mm e opzioni per bordi a filo o sporgenti.