Die RGB-LED

Die RGB-LED (Rot-Grün-Blau-LED) ist eine innovative Form der LED-Technologie, die es ermöglicht, Licht in verschiedenen Farben zu erzeugen, indem sie die Intensität der roten, grünen und blauen Lichtstrahlen unabhängig voneinander steuert.

Sie kombiniert drei verschiedene LED-Chips in einem Gehäuse, wodurch sie vier Anschlüsse hat: einen gemeinsamen Minus-Pol (GND) und je einen für Rot, Grün und Blau. Durch die örtliche Nähe der Farb-Chips entstehen unterschiedliche Farben durch additive Farbmischung. Je nach Ansteuerung der Chips können reines Rot, Grün, Blau und Mischfarben erzeugt werden, sogar weißes Licht bei korrektem Mischungsverhältnis. Um eine bessere Lichtmischung zu erzielen, werden optische Komponenten wie ein Diffusor in das Gehäuse integriert. Dadurch können die einzelnen Farben nicht mehr einzeln wahrgenommen werden.

Die Entwicklung der RGB-LED reicht bis in die 1960er Jahre zurück, als sie erstmals eingeführt wurde. Zu dieser Zeit waren sie jedoch noch relativ teuer und ihre Verbreitung war begrenzt. Im Laufe der Jahre hat sich die RGB-LED jedoch weiterentwickelt und ist heute in einer Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet.

Ein wesentlicher Vorteil der RGB-LED ist ihre Energieeffizienz. Im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungstechnologien verbrauchen RGB-LEDs weniger Energie, um das gewünschte Licht zu erzeugen. Dies macht sie zu einer umweltfreundlichen Wahl und ermöglicht Einsparungen bei den Energiekosten.

Darüber hinaus zeichnen sich RGB-LEDs durch ihre Langlebigkeit aus. Sie haben eine lange Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungsoptionen und können viele Betriebsstunden erreichen, bevor sie ausgetauscht werden müssen. Dies ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen eine dauerhafte und zuverlässige Beleuchtung erforderlich ist.

Heutzutage finden RGB-LEDs in vielen verschiedenen Anwendungen Verwendung. Sie werden in der Beleuchtungsindustrie eingesetzt, um eine breite Palette von Lichtstimmungen und Farbwechseln zu erzeugen. Darüber hinaus sind sie auch in der Unterhaltungselektronik weit verbreitet, z.B. in Fernsehern, Monitoren und Smartphones, um visuelle Effekte zu erzeugen. RGB-LEDs finden auch in der Werbe- und Veranstaltungsbranche Anwendung, um auffällige visuelle Effekte und Farbwechsel zu erzeugen.

In unserem Programm möchten wir nun alle LEDs zum Leuchten bringen.

Obwohl die RGB-LED auf den ersten Blick komplex erscheinen mag, ist sie in der praktischen Anwendung sehr einfach zu handhaben.

Aufbau und Verkabelung

Um ein RGB-LED-Modul richtig zu verkabeln, befolge diese Schritte: Verbinde das RGB-LED-Modul mit dem Arduino, indem du den GND-Anschluss des Moduls mit dem GND des Arduino verbindest und die R-, G- und B-Anschlüsse des Moduls mit den digitalen Ausgangspins 10, 11 und 12 des Arduino verbindest.

Der Sketch

Dieser Code lässt die rote, grüne und blaue LED nacheinander aufleuchten und danach alle drei zusammen, was weißes Licht erzeugt. Jede Farbe (und die Mischfarbe Weiß) leuchtet für 500 Millisekunden. Du kannst später die Dauer und die Reihenfolge ändern, um verschiedene Effekte zu erzeugen.

// Hier definierst du die Pins für die RGB-LED
int roteLEDPin = 10; 
int grueneLEDPin = 11; 
int blaueLEDPin = 12;

void setup() {
  // Hier konfigurierst du die Pins als Ausgänge
  pinMode(roteLEDPin, OUTPUT); 
  pinMode(grueneLEDPin, OUTPUT); 
  pinMode(blaueLEDPin, OUTPUT); 
}

void loop() {
  // Hier schaltest du die rote LED ein und die anderen aus
  digitalWrite(roteLEDPin, HIGH); 
  digitalWrite(grueneLEDPin, LOW); 
  digitalWrite(blaueLEDPin, LOW);
  delay(500); // Dann wartest du 500 ms

  // Jetzt schaltest du die grüne LED ein und die anderen aus
  digitalWrite(roteLEDPin, LOW); 
  digitalWrite(grueneLEDPin, HIGH); 
  digitalWrite(blaueLEDPin, LOW);
  delay(500); // Und wartest wieder 500 ms

  // Nun ist die blaue LED dran. Sie wird eingeschaltet und die anderen ausgeschaltet
  digitalWrite(roteLEDPin, LOW); 
  digitalWrite(grueneLEDPin, LOW); 
  digitalWrite(blaueLEDPin, HIGH);
  delay(500); // Nach einer weiteren Pause von 500 ms

  // Für Mischfarben: schaltest du alle LEDs ein
  digitalWrite(roteLEDPin, HIGH); 
  digitalWrite(grueneLEDPin, HIGH); 
  digitalWrite(blaueLEDPin, HIGH);
  delay(500); // Und wartest wieder 500 ms
}

Sketch-Details und Erläuterungen

Jetzt nehmen wir einen detaillierteren Blick auf den Code, der alle drei LEDs auf deinem Arduino gleichzeitig kontrolliert. Die Struktur dieses Sketches ähnelt der des grundlegenden Blink-Sketches, ist aber etwas erweitert. Zu Beginn des Sketches definierst du drei Variablen für die Pins, an die die drei Farben angeschlossen sind. Diese Variablen werden den entsprechenden Pinnummern auf deinem Arduino Board zugewiesen - in diesem Beispiel den Pins 10, 11 und 12.

introteLEDPin = 10; 
intgrueneLEDPin = 11; 
intblaueLEDPin = 12;

Im "setup()" Teil des Codes definierst du diese drei Pins als Ausgänge. Das bedeutet, dass sie Strom an die angeschlossenen LEDs liefern können.

voidsetup(){ 
    pinMode(roteLEDPin, OUTPUT); 
    pinMode(grueneLEDPin, OUTPUT); 
    pinMode(blaueLEDPin, OUTPUT); 
}

Der "loop()" Teil des Codes besteht aus drei Abschnitten, die jeweils die Steuerung einer einzelnen LED übernehmen. Jeder Abschnitt ist durch "delay()" Funktionen getrennt, die dafür sorgen, dass zwischen dem An- und Ausschalten jeder LED eine Pause liegt. Mit der Funktion "digitalWrite()" schaltest du immer eine LED ein (HIGH), während die anderen beiden ausgeschaltet bleiben (LOW).

Zuerst wird die rote LED aktiviert und die anderen beiden LEDs ausgeschaltet:

digitalWrite(roteLEDPin, HIGH); 
digitalWrite(grueneLEDPin, LOW); 
digitalWrite(blaueLEDPin, LOW);

Nach einer Pause von 500 Millisekunden wird die rote LED ausgeschaltet und die grüne LED eingeschaltet:

delay(500); 
digitalWrite(roteLEDPin, LOW); 
digitalWrite(grueneLEDPin, HIGH); 
digitalWrite(blaueLEDPin, LOW);

Danach wiederholst du diesen Prozess mit der blauen LED: Nach weiteren 500 Millisekunden schaltest du die grüne LED aus und die blaue LED ein.

delay(500); 
digitalWrite(roteLEDPin, LOW); 
digitalWrite(grueneLEDPin, LOW); 
digitalWrite(blaueLEDPin, HIGH);

Im letzten Schritt werden alle LEDs gleichzeitig eingeschaltet.

  // Für Mischfarben: schaltest du alle LEDs ein
  digitalWrite(roteLEDPin, HIGH); 
  digitalWrite(grueneLEDPin, HIGH); 
  digitalWrite(blaueLEDPin, HIGH);
  delay(500); // Und wartest wieder 500 ms

Sobald die letzte Zeile dieses Abschnitts ausgeführt wurde, springt das Programm zurück an den Anfang des "loop()" Teils und der Zyklus beginnt von vorne. Dadurch wird sichergestellt, dass die LEDs in einer kontinuierlichen Schleife an- und ausgehen. Mit diesem Wissen bist du in der Lage, deinen eigenen Arduino-Sketch zu schreiben und zu verstehen, wie er funktioniert!

Übungsaufgaben

Dein erstes Experiment besteht darin, mit der RGB-LED verschiedene Mischfarben zu erzeugen. Du erreichst das, indem du die drei LEDs in unterschiedlichen Kombinationen ansteuerst. Hier ist ein Pseudo-Code, der dir als Grundlage für deinen "loop()" Abschnitt im Arduino Sketch dienen kann:

//Schalte die rote und grüne LED ein und die blaue LED aus.
//Warte 500 Millisekunden.
//Schalte die grüne und blaue LED ein und die rote LED aus.
//Warte 500 Millisekunden.
//Schalte die rote und blaue LED ein und die grüne LED aus.
//Warte 500 Millisekunden.
//Schalte alle LEDs ein: rot, grün und blau.
//Warte 500 Millisekunden.

Damit du besser verstehst, wie diese Mischfarben entstehen, ist hier eine kurze Erläuterung der Theorie dahinter. Die additive Farbmischung ist ein Prozess, bei dem unterschiedliche Farben durch das Hinzufügen von Licht verschiedener Farben erzeugt werden. Die Primärfarben bei dieser Art der Farbmischung sind Rot, Grün und Blau. Die dadurch erzeugten Farben sind hell und leuchtend, was gut zu unserem LED-Experiment passt.

Im Gegensatz dazu arbeitet die subtraktive Farbmischung mit dem Absorbieren von Licht. Sie kommt bei Druck- und Maltechniken zum Einsatz, bei denen die Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb zu dunkleren und gedämpften Farben kombiniert werden. Aber für unsere Zwecke hier mit der RGB-LED arbeiten wir mit der additiven Farbmischung. Viel Spaß beim Experimentieren und Erzeugen deiner eigenen Farbmischungen!