Led-nauha portaisiin – osa 1

Tässä ensimmäisessä osassa pähkäillään minkälaiset led-nauhat portaisiin laitetaan ja miten ne mahdollisesti kannattaisi asentaa ja kytkeä.

Valmiit setit vs tee-se-itse led-nauhat?

Esim Aliexpress on väärällään ”hienoja” valmiita portaiden valaisuun tarkoitettuja led-nauha settejä, joita käyttämällä portaiden askelmiin syttyy valot yksi kerrallaan sitä mukaa kun portaissa liikutaan. Nämä ratkaisut näyttävät perustuvan erilliseen kontrolleriin, jossa joka portaan led-nauhalle on oma ”kontrollikanava” ja täten jokaisen led-nauhan voi sytyttää ja sammuttaa erikseen. Pakettiin kuuluu lisäksi liikesensori, jotta järjestelmä osaa sytyttää/sammuttaa oikean portaan led-nauhan.

Tällaiset liikettä seuraavat led-valot voivat tuntua aluksi hienolta, mutta pidemmässä juoksussa ainakin itse kyllästyn nopeasti tämän tyyliseen kikkailuun tai välkkyviin ”disko” -valoihin. Koirakodissa portaiden valot syttyisivät myös turhan taajaan, koira näkee liikkua ilmankin…

Tämän ratkaisun huonona puolena on myös, että portaiden valot ei integroidu kodin muuhun zigbee -pohjaiseen älyvalaistukseen ja portaiden valojen hallinta olisi tavallaan erillinen ”siilo”, erilaisine työkaluineen ja applikaatioineen.

Eli mennään tee-se-itse led-nauhoilla ja kontrolloidaan valoja kodin zigbee -pohjaisen Philips Hue -järjestelmän kautta.

COB vs perinteinen led-nauha

Keittiön kaapiston led-nauhojen uusimisen yhteydessä päädyin käyttämään Chip-on-Board (COB) -tyyppisiä led-nauhoja, joiden yhtenä etuna on, että valojen päällä ollessa ei yksittäisiä led-polttimoita pysty erottamaan paljaalla silmällä. Yhtenäinen valo on hyvä ominaisuus varsinkin portaikossa, jossa ylempien portaiden led-nauha on selkeästi korkeammalla näkökentässä ja perinteistä led-nauhaa käytettäessä yksittäiset led polttimot paistaisivat helposti silmään kun portaissa liikutaan alhaalta ylöspäin.

Eli COB -tyyppinen led-nauha, siis.

RGB vs CCT

Ensimmäiset COB -tyyppiset led-nauhat tuottivat vain valkoista valoa yhdellä kiinteällä värilämpötilalla tai yhdellä kiinteällä RGB värillä. Seuraava edistysaskel oli kyvykkyys säätää valkoisen valon värilämpötilaa, eli markkinoille tuli COB CCT -tyyppisiä led-nauhoja. Viimeisimpänä uutuutena markkinoille on tullut COB RGB led-nauhoja, jossa värin voi valita vapaasti RGB skaalalla. Vielä ei ole tullut vastaan kuitenkaan COB led-nauhaa, jossa olisi RGB+CCT yhdistelmä, eli värien lisäksi voisi valita valkoisen valon värilämpötilan.

Itse tulee harvemmin käytettyä värillisiä valoja. (COB) RGB valoilla toki voi saa aikaan valkoista valoa, siis teoriassa, mutta käytännössä valossa on aina joku virhesävy. Itse arvostan enemmän mahdollisuutta säätää valkoisen valon värilämpötila kohdalleen, joten päädyin valitsemaan COB CCT -tyyppisen led-nauhan.

Kytkentäkaaviot

Ennen kuin tehdään mitään hankintoja tehdään, pitää hetki pähkäillä miten homma toteutetaan käytännössä ja tehdään hankinnat vasta kun suunnitelma on lyöty lukkoon.

Meillä yläkertaan johtavissa portaissa on 14 askelmaa, joissa olevan lipan alle saa kiinnitettyä led-nauhan. Askelmien välissä on peitelevy, johon voi porata pienen reiän, josta led-nauhan piuhat saa pujotettua piiloon portaiden alapuolelle. Portaiden alla on varastotila, jonne voi asentaa katseelta piiloon muut piuhat/tarvittavat härpäkkeet. Varastossa on hyvin tilaa työskennellä ja tehdä portaiden alle tarvittavia asennuksia. Jos portaiden alapuolelle ei olisi helppoa pääsyä, jäisi asennukset tekemättä tai joutuisi keksimään luovia ratkaisuja, jolla saisi piilotettua kaikki tarvittavat piuhat ynnä muut palikat.

Asiaa pohtiessa varsin nopeasti tuli selväksi, että 14 erillisen led-nauhan liittämiseen tulisi menemään piuha jos toinenkin. Piuhoitus kannattaa suunnitella huolella etukäteen, jotta ei joudu tekemään moneen kertaan.

Päädyin piirtämään muutaman vaihtoehtoisen kytkentäkaavion ja miettimään kunkin vaihtoehdon plussia ja miinuksia. Alla näitä pohdintoja kuvilla varustettuna. Blogin asettelusta johtuen kytkentäkaavioiden resoluutio on aika pieni, isomman version saa auki klikkaamalla kuvaa.

Itsellä ei ole sähkömiehen koulutusta, joten käytä alla olevia kytkentäkaavioita omalla vastuulla, turha soitella jos talo palaa…

Vaihtoehto 1: 1x Zigbee kontrolleri / kytketään led-nauhat toisiinsa

Tässä vaihtoehdossa käytetään yhtä Gledopto WWCW Zigbee -kontrolleria ja 24V/5A virtalähdettä, sekä kytketään led-nauhat peräkkäin toisiinsa.

• Muutama ongelma
  • COB CCT led-nauhoille ei ole olemassa puristamalla toimivia ”Led-nauha – piuha” -liittimiä
    • Eli olisi pitänyt liittää led-nauhat toisiinsa suoraan piuhoilla ja kolvilla
    • Omilla erittäin rajallisilla kolvaustaidoilla todennäköisyys sille, että kaikkien useamman kymmenen liitoksen kolvaus olisi onnistunut, on suunnilleen sama kuin että tulevana vuotena voittaisin joka viikko loton päävoiton….
    • Ja liitokset olisi pitänyt kolvata sen jälkeen kun led-nauhat on asennettu paikalleen, välillä lattian/katon rajassa ähräten, ehkä onnistumisen todennäköisyys olisikin sama kuin loton päävoitto joka viikko loppuelämän ajan…
  • Lisäksi tällä tavalla kytkettynä ketjun ensimmäinen led-nauha palaisi todennäköisesti kirkkaampana kuin ketjun viimeinen led-nauha
    • Jokainen led-nauha aiheuttaa vastusta / virran häviötä ja ketjun viimeiselle led-nauhalle ei riitä tarpeeksi puhtia
  • Ei jatkoon

Vaihtoehto 2: 1x Zigbee kontrolleri + wago-liittimet

Hieman parempi versio kuin edellinen. Käytetään ”wago” -vipuliittimiä / -liitäntärasioita piuhojen kytkemiseen.

• Edut edelliseen verrattuna
  • Ei tarvitse kolvia
    • Olettaen että tilaa led-nauhan 2m pätkissä, joissa on molemmissa päissä valmiiksi tehtaalla kolvatut piuhat paikallaan. Katkaistaan led-nauha keskeltä sopivaan mittaan. Yhdellä 2m pätkällä saa näin hoidettua kaksi askelmaa
    • Kuoritaan piuhan pää, piuhan pää vipuliittimen sisälle, painetaan vipu alas ja liitos on valmis
  • Ketjun viimeisellekin led-nauhalle riittää paremmin potkua
    • Sähkö ei kulje muiden led-nauhojen läpi, vaan erillisten piuhojen kautta

• Muutama ongelma
  • Viimeisen led-nauhan ja Zigbee -kontrollerin välissä on 14 wago-liitintä
    • Voi olla, että potku ei riitä vaikka liittimistä / piuhoista aiheutuu vähemmän vastusta / häviötä kuin led-nauhoista
  • Zigbee -kontrollerissa / virtalähteessä ei ole tarpeeksi potkua ajaa led-nauhoja täydellä kirkkaudella
    • Käytössä oleva led-nauha vie täydellä kirkkaudella noin 16W / metri
    • Yhteensä led-nauhaa tulee noin 10 metriä
    • Eli zigbee kontrollerista pitäisi saada ulos 160W
    • Ei onnistu, 24V*5A = 120W
    • Eli voisi maksimissaan käyttää noin 120W/160W = 75% kirkkautta
    • Ja tällöin virtalähdettä ajettaisiin koko ajan 100% kuormituksella, suositus on että jatkuva kuorma ei ylittäisi 80%
    • Tehokkaammasta virtalähteestä ei apua, koska Gledopton Pro Zigbee kontrollerista saa laittaa maksimissaan 5A läpi
• Ei jatkoon

Vaihtoehto 3: Zigbee -kontrollerit (2x) puolivälissä portaita + 4 looppia

Kytkentäkaavio, jonka päätin lopulta ottaa käyttöön.

• Jaetaan led-nauhat kahden Zigbee-kontrollerin taakse
  • 7 led-nauhaa per kontrolleri, noin 5 m
  • 5 m x 16 W = 80 W < 120W, eli ollaan Zigbee-kontrollerin / virtalähteen suhteen turvallisilla vesillä
• Sijoitetaan Zigbee kontrollerit portaiden puoliväliin
  • Tehdään per kontrolleri kaksi looppia, yksi looppi juoksee ylöspäin ja yksi looppi alaspäin
  • Yhteensä siis neljä looppia, kaksi ylös ja kaksi alas
• Näin kauimmaisenkin led-nauhan ja zigbee -kontrollerin välissä on vain 4 wago -liitintä
  • Käytetään lisäksi hieman normaalia paksumpaa piuhaa, eli AWG20, normaalin AWG22 piuhan sijaan
  • Näin minimoidaan potentiaalisesta jänniteen laskusta aiheuvat kirkkauden vaihtelut
• Joka toisen askelman led-nauha Zigbee -kontrolleri #1 takana ja joka toisen askelman led-nauha Zigbee-kontrolleri #2 takana
  • Voi tehdä monipuolisempia valaistusskenaariota, esim joka toinen askelma 4000K värilämpötilalla ja joka toinen 6500K värilämpötilalla
  • tai käyttää valoaniamaatioita, jos haluaa valaistukseen enemmän eloa.
  • Jos esim yksittäinen virtalähde hajoaa, niin jäljelle jää vielä 50% led-nauhoista käyttöön
• Monimutkaisempi kytkentä, vie enemmän aikaa ja mahdollisuus virheisiin kasvaa
• Minimoidaan virheitä piuhojen värikoodauksella ja käyttämällä wago-liittimien portteja loogisessa järjestyksessä
  • Hyllystä löytyi valmiiksi RGBCCT led-nauhoille tarkoitettua piuhaa, josta sai kätevästi käyttöön kuusi eri väristä piuhaa
  • Zigbee -kontrolleri 1:
    • V+ piuha = Vihreä
    • WW piuha = Keltainen
    • CW piuha = Valkoinen
  • Zigbee -kontrolleri 2:
    • V+ piuha = Musta
    • WW piuha = Punainen
    • CW piuha = Sininen
  • 5-pin Wago -liitin
    • Looppien lähtökohta joka on kytketty Zigbee -kontrolleriin
      • 3x 5-pin Wago -liittimiä per Zigbee -kontrolleri, yhteensä 3×2 = 6 kpl
      • Jokaiselle piuhatyypille (V+,WW,CW) oma liitin
    • Lisäksi yksi led-nauha kytketään suoraan tähän liittimeen
    • Portit vasemmalta oikealle
      • 1 = led-nauha
      • 2 = ei käytössä
      • 3 = piuha loopissa alaspäin
      • 4 = piuha loopissa ylöspäin
      • 5 = piuha zigbee -kontrolleriiin
  • 3-pin Wago -liitin
    • Muiden led-nauhojen liitokset
      • 3x 3-pin Wago -liittimiä per led-nauha, yhteensä 3×12 = 36 kpl
      • Jokaiselle piuhatyypille (V+,WW,CW) oma liitin
    • Portit vasemmalta oikealle
      • 1 = led-nauha
      • 2 = piuha loopissa alaspäin
      • 3 = piuha loopissa ylöspäin
• Voi osoittautua reilusti ylimitoitetuksi ratkaisuksi
  • Portaikkoon tulee siis yhteensä noin 10 m COB CCT led-nauhaa, josta valoa piisaa vähintäänkin riittävästi
  • Todennäköisesti tulen käyttämään led-nauhoja noin 20-40% maksimikirkkaudella
    • Kovin pienellä kirkkaudella yksittäiset COB CCT led-nauhan polttimot tulevat näkyviin, joten ei voi ajaa ihan minimikirkkaudella
    • Olen itse aika allerginen silmiin suoraan paistaville yksittäisille led-nauhan polttimoille
  • Vaihtoehtona olisi ollut käyttää vähemmän tehokasta led-nauhaa
    • Ei saatavilla COB CCT tyyppistä led-nauhaa, eli led-nauhassa olisi aina ollut näkyvissä erillisiä ledejä
    • Yksittäiset ledit olisi voinut saada piiloon käyttämällä erillistä diffuusorilla varustettua asennusprofiilia
      • Ei välttämättä toimi portaikossa,riskinä on että ylimmäisten led-nauhojen yksittäiset ledit jää silti näkyviin
    • Jos olisi halunnut asentaa profiilit siististi yhtenä vetona per askelma, olisi pitänyt ostaa noin 7x2m pätkät profiilia, mikä olisi melkein tuplannut kustannukset
    • Askelmien alla ei ole välttämättä joka kohdassa tilaa tarpeeksi leveälle asennusprofiilille
    • Löysin Aliexpressistä tarpeeksi kapeaa alumiiniprofiilia, joka ei maksanut maltaita ja päädyin laittamaan led-nauhat alumiiniprofiilin sisään

Vaihtoehto 4: 1 x Zigbee kontrolleri portaiden puolivälissä + 4 looppia

Jos tarvetta ei ole ajaa led-nauhoja kuin esim maksimissaan 40% kirkkaudella, voisi ratkaisu näyttää myös tältä. Muuten sama kuin edellinen, mutta käytössä on vain yksi Zigbee -kontrolleri.

• 160W * 40% = 64W
• Zigbee -kontrollerin maksimi 120W, eli käyttöaste 64W/120W = 53%
• Kytketään Musta/Sininen/Punainen loopit Vihreä/Keltainen/Valkoinen looppiin 5-pin Wago -liittimien kautta
  • Musta/Sininen/Punainen portti 5 Vihreä/Keltainen/Valkoinen porttiin 2
• Musta / Sininen / Punainen looppeihin yksi ylimääräinen liitos välille led-nauha – zigbee kontrolleri
  • En usko, että näkyy käytännössä kirkkauden vaihteluna
• Tehdään kuitenkin vaihtoehdon 3 mukaan ja otetaan tämä vaihtoehto käyttöön, jos tulee tarve käyttää toinen zigbee-kontrolleri/virtalähde muualla

Mitä seuraavaksi?

Osassa 2:

• Käydään läpi ostoslistalle päätyneitä tarvikkeita ja linkkejä tarvikkeita myyviin verkkokauppoihin
• Asennetaan tarvittavat piuhat ja liittimet paikalleen sillä aikaa kun odotellaan muiden tarvikkeiden saapumista
• Hyllystä löytyi ylimääräisenä pätkä COB CCT led-nauhaa, Gledopto RGB+CCT Zigbee-kontrolleri ja 24V/3A virtalähde, joilla pääsee koeponnistamaan piuhoituksen toimintaa käytännössä