Weihnachtsbeleuchtung mit RGB Pixelketten

Die Ursache: Oxidation!
LEDs werden bekannterweise mit Gleichspannung versorgt, was in Verbindung mit Wasser jedes Metall in kürzester Zeit weggammeln lässt.
Die alten Lichterketten mit Glühlämpchen hatten das Problem nicht in diesem Maß, da sie mit Wechselspannung arbeiten.

Die einfachen Lichterketten, die üblicherweise in den Baumärkten angeboten werden, sind meist nicht ausreichend gegen Feuchtigkeit geschützt.
Die Anschlussbeinchen sind mit Schrumpfschlauch überzogen, welcher aber keineswegs wasserdicht ist.
Bei meiner transparenten Lichterkette kann man schön sehen, wie das Metall zerfressen wird.
Die Lichterkette war definitiv als für Außenbereiche geeignet verkauft worden!

Bei der Suche nach einer langlebigeren Lösung bin ich über RGB Pixelketten gestolpert!
Diese Ketten bestehen aus meist 50 einzeln adressierbaren 8mm LEDs (die häufigste Bauform), wobei jede LED über einen WS2811 Chip angesteuert wird.
Die LED ist mit dem Chip wasserdicht vergossen, was eine gewisse Langlebigkeit verspricht.

Man bekommt die Lichterketten entweder mit offenen Kabelenden oder mit einem xConnect Stecker.
Weiterhin gibt es sie für unterschiedliche Betriebsspannungen.
Üblich sind 5V oder 12V.

12V Lichterketten haben bei langen Strängen den Vorteil, dass der Spannungsabfall geringer ist.
Bei 5V fließen höhere Ströme, was dann oft eine zusätzliche Einspeisung erfordert.
Das alles spielt aber eigentlich nur eine Rolle, wenn man die volle Helligkeit der LEDs nutzen möchte.

Die Rechnung funktioniert so:
Jede einzelne LED besteht aus drei LED Chips (RGB).
Jeder Chip benötigt bei voller Helligkeit ca. 20mA.
So kommt man bei 100% Weißlicht auf 60mA je LED.
Das multipliziert mit 50 LEDs in der Kette sind 3A bei voller Helligkeit!

Es geht mir aber um eine dezente Weihnachtsbeleuchtung, die niemanden blenden soll.
Ich habe mir insgesamt vier Stränge zu 50 LEDs in der 5V Variante besorgt.
Die Ketten haben je einen weiblichen und einen männlichen Stecker an jedem Ende.
Die einzelnen Ketten können so zu einer langen Kette angereiht werden, wobei irgendwann die Stromaufnahme ein Limit setzt.
Versuche haben gezeigt, dass ich mit 500 - 1000mA je 50 LEDs eine mehr als ausreichende Helligkeit erreiche!

Die Pixelketten sind vor allem in Amerika sehr beliebt, wo Leute ganze Lichtshows mit tausenden von LEDs programmieren.
Das habe ich nicht vor, aber da die Möglichkeit besteht, möchte ich doch einfache Animationen (z.B. Farbwechsel) ablaufen lassen.

Wenn man die Ketten an eine Stromversorgung anschließt passiert erst einmal nichts!
RGB Ketten benötigen einen Controller, der die einzelnen LEDs mit Farbinformationen versorgt.
Die Lichterketten haben ein dreipoliges Anschlusskabel: Versorgungsspannung, Masse und Daten.
Die eingebauten WS2811 Chips sind weitestgehend kompatibel zu den WS2812 LEDs, mit der Ausnahme, dass der Rot und Grün Kanal vertauscht ist.
Das ist beim Anschluss an einen Controller zu berücksichtigen!
Wie adressierbare LED funktionieren erläutere ich hier nicht, dazu gibt es genügend Informationen im Internet!

Es gibt mehrere Möglichkeiten die LED Ketten anzusteuern.
Ich habe die folgenden Optionen in Betracht gezogen:

1 - Einen einfachen RGB Controller, der verschiedne Lichtszenen vorprogrammiert hat.
=> Man ist beschränkt auf das was der Controller kann, oft zu "nervöse" Lichteffekte.
=> Für Dauerlicht OK und extrem preiswert!

2 - Ein selbst programmierter Mikrocontroller.
=> Man kann seiner Phantasie freien Lauf lassen, das Limit ist der Speicher des Mikrocontrollers.
=> Nachteil: man muss das selbst aufbauen und nicht jeder kann Mikrocontroller programmieren.
=> Nachfolgend ein Beispiel für 50 Pixel (neue Seite):

3 - Ein Mikrocontroller als DMX Übersetzer.
=> Siehe mein Projekt DMX zu WS2812 / NeoPixel Adapter
=> Man kann über eine DMX Software praktisch jedes Lichtbild umsetzten, grenzenlose Muster und Farbkombinationen sind möglich.
=> Nachteil: DMX erlaubt je Kanal (Universum) nur 512 Kanäle, was 170 RGB LEDs entspricht.
=> Weiterer Nachteil: Der steuernde Rechner benötigt eine Kabelverbindung zur Lichterkette. (Ja, es gibt DMX Funkbrücken, ist aber zu teuer und es gibt elegantere Lösungen!)

4 - Spezialisierte Netzwerkfähige Pixel Controller.
=> Diese Lösungen gibt es in unzähligen Ausführungen und Preislagen.
=> Ich habe mich für einen ESP32 basierenden Controller mit der freien WLED Firmware entschieden.
=> Angeblich kann die WLED Software bei akzeptabler Refreshrate 1000 LEDs je Kanal ansteuern.
=> Die Software ist frei verfügbar und man könnte den Controller komplett selbst bauen.
=> Meist wird das unwirtschaftlich sein, da diverse Anbieter fertige Boxen, vorprogrammiert mit der WLED Software sehr günstig anbieten.
=> Hier der Link zu der Projektseite: kno.wled.ge

Im Folgenden geht es um die Nutzung dieser Lösung!

Der von mir gewählte Controller ist unter der Bezeichnung GL-C-010WL bei verschiedenen Händlern erhältlich.
Die Kästchen werden zwischen 20 und 30€ angeboten.

Das Innenleben besteht im Wesentlichen aus dem ESP32 Modul und etwas Peripherie:

Der Controller ist meiner Meinung nach sehr sinnvoll aufgebaut.
Es dürfen bis zu 10A Strom zu den LED Ketten direkt über das Modul geführt werden.
Die Stromversorgung kann entweder über Klemmen, oder für kleinere Ströme bis ca. 4A über einen 5,5mm Hohlstecker erfolgen.
Die Platine ist sehr gut designed und kann den Strom sicherlich auch tragen.

Der Controller kann mit Versorgungsspannungen zwischen 5 und 24V umgehen.
Die Versorgungsspannung wird NICHT direkt zu den LED Aushängen durchgeleitet, sondern über einen P-Fet geschaltet!
Wenn keine Ausgabe zu den LED Ketten erfolgt, wird die Versorgungsspannung abgeschaltet.
Das ist sehr gut, da man meist die Beleuchtung nur währen der Dunkelheit einschaltet und außerhalb dieser Zeit die LED Ketten komplett stromlos sind.
Zu erwähnen ist, dass die Versorgungsspannung nur insgesamt geschaltet wird.
Ist z.B. Port 1 aktiv, wird auch die an Port 2 angeschlossene Kette mit Spannung versorgt und umgekehrt.

Wenn die Module erstmalig mit Spannung versorgt werden, agieren sie als WLAN Acces Point mit dem Namen "WLED-AP" und dem Passwort "wled1234".
Man kann sich einfach mit diesem WLAN verbinden und einen Browser seiner Wahl starten.
Es wird zunächst die WLAN Konfigurationsseite geöffnet wo man die Einstellungen entsprechend seiner Bedürfnisse anpassen kann.
Üblicherweise wird man dort das Modul mit dem eigenen WLAN koppeln.

War das erfolgreich, kann man sich mit der IP Adresse des Moduls mit einem Webbrowser verbinden.

Hier kann man schon verschiedene Lichtmuster wählen, Makros erstellen etc.

Die eigentliche Stärke der ESP32 WLED Software ist aber, dass sie mit dem DDP (Distributed Display Protocol) Protokoll steuerbar ist!
Sobald der Controller DDP Pakete empfängt, werden die Daten an die angeschlossenen LED Ketten gesendet.
Was im Hauptmenü für ein Lichtbild eingestellt wurde wird ignoriert, während Daten via DDP eingehen.
Kommen für einige Sekunden keine Daten an, wird das eingestellte Lichtbild wieder angezeigt.
Weiter möchte ich in die Konfiguration nicht einsteigen, da es für meinen Zweck (Steuerung durch Lichtsoftware) nicht nötig ist.

Im Config Menü unter LED Preferences sind einige wichtige Einstellungen vorzunehmen!
Ein interessantes Feature ist die Möglichkeit die Stromaufnahme zu begrenzen!
Während man Lichtsequenzen programmiert, kann man leicht mal versehentlich alle LEDs auf maximale Helligkeit schalten.
Kann das Netzteil nicht standhalten gibt es spätestens dann ein Problem.
Die Begrenzungsfunktion unterbindet das, indem sie automatisch die Helligkeit reduziert.

Es ist wichtig dem Modul mitzuteilen, an welchem Port wie viele LEDs angeschlossen sind.
Das Modul errechnet dann, den höchst zulässigen Helligkeitswert.
Man kann also durchaus einige LEDs mit maximaler Helligkeit ansteuern, aber wenn die maximale Leistung überschritten wird, wird automatisch die Helligkeit begrenzt!

Der Controller hat für 200 LEDs einen Strombedarf von 12A errechnet. Ich habe aber nur ein 3A Netzteil angeschlossen. Der Controller wird den maximalen Strom auf diesen Wert begrenzen.	Hier wird die Anzahl und Typ der angeschlossenen LEDs festgelegt. In dem Beispiel sind an Port 1 150 LEDs und an Port 2 50 LEDs angeschlossen. Der Controller wird der ersten LED am 2. Port automatisch die nächste Adresse zuordnen. Man kann hier den GPIO Port ändern, was aber wenig Sinn macht, da ja nur GPIO 2 & 16 herausgeführt sind. Die Firmware ist halt universell!	Hier kann eingestellt werden, ob der Controller nach einem Neustart automatisch die LEDs einschaltet. Ich möchte das nicht, daher habe ich den Haken entfernt. Hat man die Option gesetzt, sollte man die Standard Helligkeit auf einen möglichst niedrigen Wert setzen.

Letztendlich werden die Module bei mir von der freien Software xLights gesteuert.
Die Software wurde speziell zum Erstellen von Lichtanimationen für Weihnachts / Halloween Dekorationen entwickelt.
Diese extrem umfangreiche Software hier zu erklären würde den Rahmen sprengen.
Eine Suche mit der Suchmaschine seiner Wahl nach "xLights" bringt genügend Anleitungen hervor.

Zum Abschluss nur noch ein Screenshot, wie der ESP32 WLED Controller in xLights eingebunden wird:

Als Vendor + Model ist WLED auszuwählen. Variante wird meist ESP32 sein. Weiterhin ist die IP Adresse des Controllers einzutragen und das Protokoll "DDP" auszuwählen. Fertig!

Die xLights Software hat einen sehr schönen Effekt, der Kerzen im Wind simuliert.
Ich finde den Effekt für eine ruhige Außenbeleuchtung sehr schön und es ist mal etwas anderes wie statisches Licht.

Hier werden 200 LEDs angesteuert:

11/2025