In diesem Beitrag wollen wir Dir zeigen, wie du die Software WLED auf einem ESP (bspw. Wemos D1 mini) installierst und anschließend einrichtest. WLED ist eine Software für den ESP, mit welcher es einfach möglich ist LED-Stripes vom Typ WS2812B über WLAN zu steuern. WLED bietet hierbei auch ein paar vordefinierte Effekte an, welche teilweise sehr schön aussehen.
Du benötigst für die Durchführung der Anleitung mindestens:
- einen ESP (ESP-8266, ESP-32, Wemos D1 Mini)
- einen Computer zum programmieren des ESPs
- einen LED-Stripe vom Typ WS2812B
- ein Netzteil mit ausreichender Leistung
Idealerweise sollten auch die folgenden Gegenstände vorhanden sein, um eine Beschädigung der verwendeten Hardware zu verhindern.
- 470 Ω Widerstand
- 1000 µF Kondensator (WS2812B mindestens 5V, WS2811 mindestens 12V)
Des Weiteren kann es nicht schaden einen LevelShifter (3.3V zu 5V) einzusetzen. Dieser kann besonders bei Problemen mit den Farben des LED-Stripes helfen. Es kann in einigen Fällen allerdings auch ohne LevelShifter funktionieren. Lese Dir am besten den Abschnitt Einsatz eines LevelShifters durch und entscheide anschließend selber, ob Du einen einsetzen möchtest oder nicht.
Download der benötigten Software
Da sich dieser Beitrag nur mit der Installation und nicht der Anpassung der WLED-Software beschäftigt, reicht es wenn wir nur zeigen, wie man die WLED-Firmware auf den ESP flasht. Das Kompilieren dieser Firmware wird nicht behandelt.
Lad dir zunächst den ESPHome – Flasher von der GitHub Release-Seite herunter. Diese Seite findest Du unter https://github.com/esphome/esphome-flasher/releases.
Verwende, wenn möglich, den Latest release. Downloade Dir die entsprechende Datei für dein Betriebssystem. Unter Windows musst Du je nachdem, welche Version des Betriebssystems du installiert hast, entweder die 32bit oder 64bit Version herunterladen.
Anschließend solltest du dir direkt die WLED-Firmware für deinen ESP herunterladen. Auch hierfür öffnest Du die GitHub-Downloadseite des Projektes. Diese findest Du unter der URL https://github.com/Aircoookie/WLED/releases.
Für den ESP8266 (auch NodeMCU, Wemos D1 mini, ESP-12) kannst Du einfach die WLED_x.x.x_ESP8266.bin-Datei herunterladen. Für die meisten Versionen des ESP32 sollte die Version WLED_x.x.x_ESP32.bin die Passende sein.
Flashen der WLED-Firmware auf den ESP
Nachdem Du alle benötigten Dateien heruntergeladen hast, kannst du nun mit dem Flashen der WLED-Firmware starten. Starte dafür zunächst den ESPHome-Flasher.
Wenn Du den ESPHome-Flasher startest, könnte es sein, dass sich der Windows Defender SmartScreen meldet. Dies hängt damit zusammen, dass der ESPHome-Flasher nicht vom Entwickler signiert wird. Du kannst die Software trotzdem ausführen, indem du zunächst auf Weitere Informationen und anschließend auf Trotzdem ausführen klickst.
Anschließend öffnet sich der ESPHome-Flasher. Hier musst Du zunächst den passenden COM-Port auswählen. Für gewöhnlich wird in der Liste der seriellen Schnittstellen nur eine Option zur Auswahl angeboten. Wenn dies bei Dir nicht der Fall ist und du den richtigen Port nicht kennst, kannst du diese auch nach und nach durchtesten. Achte hierbei allerdings darauf, dass du keine weiteren ESPs mit dem Computer verbunden hast um eine ungewollte Überschreibung deiner anderen ESPs zu verhindern.
Wähle anschließend unter dem Punkt Firmware über die Browse-Schaltfläche am rechten Rand die heruntergeladene Binär-Datei des WLED-Projektes aus.
Durch einen Klick auf die Schaltfläche Flash-ESP wird die Firmware auf den ESP übertragen. Der Prozess ist abgeschlossen, wenn du im schwarzen Fenster die Zeile Done! Flashing is complete! sehen kannst.
Anschließen des LED-Stripes
Als nächstes verbinden wir den LED-Stripe mit dem ESP und dem Netzteil. Da wir in diesem Beitrag einen LED-Stripe vom Typ WS2812B benutzen, welcher eine Betriebsspannung von 5V besitzt, verwenden wir das Netzteil auch direkt um den Wemos D1 mini bzw. ESP-8266 mit Strom zu versorgen.
Verbinde die Datenleitung des LED-Stripes (meistens am Stripe mit Din gekennzeichnet) mit dem PIN D4 des ESP-8266. Dieser Verbindung kannst du noch einen Widerstand mit wenig Ohm hinzufügen (im Bereich zwischen 300 und 500 Ω). Der Widerstand soll verhindern, dass Spannungsspitzen auf der Datenleitung den LED-Stripe beschädigen.
Die 5V und Ground-Leitungen können direkt mit dem ESP verbunden werden. Wenn der Stripe eine Länge von nur wenigen LEDs besitzt, kann er auch direkt über die PINs des ESPs betrieben werden. Solltest du einen längeren LED-Stripe einsetzen wollen, musst du auf eine externe Spannungsversorgung, bspw. in Form eines Netzteils, setzen. Hierbei bietet es sich an, auch den ESP über dieses Netzteil mit Strom zu versorgen. Du darfst den ESP allerdings nicht gleichzeitig mit dem Netzteil und per USB verbunden haben.
Wenn du ein Netzteil zur Spannungsversorgung verwendest, solltest du auch einen Kondensator mit ca. 5V (bspw. 6,3V) und 1000 µF einsetzen. Dieser soll den LED-Stripe vor Beschädigungen durch einen erhöhten Einschaltstrom schützen. Solltest du keinen Kondensator mit 5V zur Hand haben, kannst du auch Kondensatoren mit mehr Volt einsetzen. Eine Auslegung für eine höhere Voltzahl schadet der Elektronik nicht, ist allerdings etwas größer und meistens auch teurer.
Ich habe bei meinen LED-Stripes Kondensatoren mit einer maximalen Betriebsspannung von 48V eingesetzt. Diese sind zwar für einen 5V LED-Stripe überdimensioniert, dafür kann ich sie aber auch bedenkenlos zur Absicherung von 12V oder 24V LED-Stripes einsetzen.
Einsatz eines LevelShifters
Die LED-Stripes vom Typ WS2812 und WS2815 arbeiten in einen Spannungsbereich von 4,5V bis 5,5V und benötigen auf der Datenleitung das 0,7 fache der Betriebsspannung um ein Signal als HIGH zu erkennen. Da die Betriebsspannung meistens 5V werden also ungefähr 3,5V benötigt. Die ESP-Chips arbeiten allerdings mit einer Spannung von 3,3V was unter den benötigten 3,5V liegt. Es gibt wohl einige Revisionen, die eine andere Spezifikation haben und bereits mit 3,3V auf der Datenleitung arbeiten (es kann also bei dir auch ohne LevelShifter funktionieren).
Sollten allerdings Probleme bei den Farben auftreten, kann es sein, dass ein LevelShifter Abhilfe schafft. Hier reicht ein gewöhnlicher 3,3V zu 5V LevelShifter. Dieser lässt sich im Paket (meistens 3 oder 5 Stück) für einen Stückpreis von unter einem Euro kaufen. Es ist also im Vergleich zum eigentlichen LED-Stripe keine teure Investition.
Auch wenn diese LevelShifter viele Anschlüsse besitzen, ist die Verkabelung nicht sehr viel komplizierter als die unter Anschließen des LED-Stripes vorgestellte Verkabelung. Folge dann einfach der folgenden Verkabelung:
Konfiguration der WLAN-Verbindung
Für diesen Schritt benötigst du ein WLAN-fähiges Gerät. Dies kann entweder dein Laptop, Tablett oder Smartphone sein.
Suche auf diesem Gerät in den WLAN-Einstellungen nach einem WLAN mit dem Namen WLED-AP. Das Passwort für dieses WLAN ist wled1234. Verbinde dich mit diesem WLAN. Es kann sein, dass sich nun direkt die Konfigurationsseite von WLED öffnet. Sollte dies nicht der Fall sein, wechsle in deinen Internetbrowser und öffne die Webseite http://4.3.2.1. Achte hierbei darauf, dass auch wirklich http in der Adresszeile des Browsers steht.
Du solltest von einer dunklen Seite mit einem Smiley und dem Text Welcome to WLED! begrüßt werden. Klicke auf dieser Seite auf die Schaltfläche WiFi Settings. Es öffnet sich eine neue Seite, auf der du in dem Eingabefeld unter SSID den Namen deines WLANs und unter Network password das Passwort deines WLANs eingeben musst. Solltest du dem ESP eine statische IP-Adresse zuordnen wollen kannst du dies auch direkt tun.
Merke oder notiere dir nun den unter mDNS address angegebenen Namen des ESPs (im Bild grün markiert).
Durch einen Klick auf die Schaltfläche Save&Connect am oberen Bildschirmrand werden die WLAN-Einstellungen gespeichert. Der ESP startet nun neu und verbindet sich mit dem eingestellten WLAN.
Du solltest hierbei die Verbindung zu dem WLED-AP WLAN verbinden. Anschließend kannst du über die zuvor notierte Adresse des ESPs das Webinterface von WLED erreichen. Da der ESP etwas Zeit zum starten benötigt, kann es sein, dass dieses Webinterface erst nach ein paar Sekunden erscheint.
Konfiguration des LED-Stripes
Da WLED eine Vielzahl von unterschiedlichen LED-Stripes unterstützt, muss dein LED-Stripe zunächst passend konfiguriert werden. Je nachdem, wie lang dein LED-Stripe ist, ist dir eventuell bereits aufgefallen, dass nur ein Teil der LEDs leuchtet. Standardmäßig geht WLED davon aus, dass ein LED-Stripe mit 30 LEDs angeschlossen ist. Aus diesem Grund konfigurieren wir zunächst die korrekte Länge des LED-Stripes. Anschließend überprüfen wir noch die Farben LED-Stripes und nehmen, falls nötig, noch Anpassungen an diesen vor.
Öffne zunächst das Webinterface von WLED. Klicke hier auf den Eintrag Config am oberen Bildschirmrand. Wähle in der sich öffnenden Liste die Option LED Preferences aus.
Stelle in der sich öffnenden Seite zunächst die Anzahl an LEDs ein. Wenn du einen 2m LED-Streifen mit 60 LEDs/m hast, müsstest du hier 120 eintragen. Beachte hierbei, dass einige LED-Stripes, wie beispielsweise der WS2811, in Gruppen von je drei LEDs angesteuert wird. Bei diesen LED-Stripes musst du die Anzahl an LEDs entsprechend durch 3 teilen.
Anschließend solltest du noch die Leistung deines Netzteils angeben. WLED wird die Helligkeit der LEDs entsprechend reduzieren, sodass das Leistungslimit des Netzteils nicht überschritten wird. Wenn du den LED-Stripe direkt am 5V PIN des ESP anschließt, solltest du hier unter 1000 mA bleiben.
Solltest du LED-Stripes mit 12V einsetzen, passe bitte auch die LED voltage entsprechend an.
Außerdem kannst du die Color order deines LED-Stripes direkt passend einstellen, falls du diese kennst. Die Color order gibt an, in welcher Reihenfolge der ESP die Farbwerte an den LED-Stripe schicken soll. Falls du sie nicht kennst, speichere zunächst deine Einstellungen über die Schaltfläche Save am oberen Bildschirmrand. Wechsle anschließend zur Startseite des Webinterfaces und probiere die Primärfarben (Rot, Grün, Blau) aus. Sollte der LED-Stripe in der entsprechenden Farbe leuchten, musst du die Color order nicht weiter anpassen. Sind die Farben vertauscht, wechsle zurück in die LED-Einstellungen und passe die Color order entsprechend an.
WLED-App
Auch wenn die WLED-Software ein für den Aufruf per Smartphone optimiertes Webinterface besitzt, möchtest du eventuell deine WLED-LED-Stripes in einer App zusammengefasst haben. Hierfür bietet WLED eine Smartphone-App für die Betriebssysteme Android und iOS an. Du kannst die entsprechende App über einen der folgenden Links herunterladen:
Wir wünschen dir viel Spaß mit deinem LED-Stripe und WLED.
