Interaktivni LED periodni sistem: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

By Bees KneesFollow Više od autora:

Moja djevojka i ja imamo kolekciju elemenata - uzorke jedinstvenih djelića materije koji čine sve u svemiru! Za tako zanimljivu kolekciju odlučio sam izgraditi vitrinu koja prikazuje uzorke u svoj njihovoj svjetskoj veličini.

Znam da nema mnogo ljudi koji imaju zbirku elemenata, ali svi imaju nešto za prikazati! Cilj ovog uputstva je da vam pruži dovoljno razumijevanja procesa izgradnje, elektronike i koda za kreiranje vlastitog prilagođenog ekrana za sve što želite.

Interaktivnost ekrana čini ga odličnim nastavnim sredstvom za učitelje u demonstriranju karakteristika periodnog sistema i međusobnog odnosa različitih elemenata. Također je jednostavno zabavno gledati općenito!

Korak 1: Šta vam treba

Sve kupljeno u lokalnoj trgovini hardvera, osim ako nije drugačije navedeno.

Sva elektronika kupljena od Ali Express -a (navedeni linkovi). Ali Express je mjesto za nabavku jeftine elektronike koja je obično iznenađujuće visokog kvaliteta.

Materijali

Okvir - ključ: (dužina x širina x visina) x količina

• Borove daske (2400x60x10mm) x7
• MDF ploča (1200x600x4,5 mm) x2
• Brusni papir (granulacija 120)
• Ljepilo za drvo
• Punilo za drvo
• Bijela akrilna boja --- Umjetnička trgovina
• Olovka
• Ukrasno oblikovanje (2400 mm) x2
• Balsa drvo (1000x10x2mm) x6 --- Umjetnička radnja

Elektronika

• LED diode (neopikseli/ws2812b) x90 --- Ali Express Link "1m 100 IP30" dat će vam 100 LED vodonepropusnih
• Žica (rolne 22 m ili 5 sličnih rola, poželjne su različite boje) x3 --- Ali Express veza
• Arduino Nano --- Ali Express veza
• Bluetooth modul (HC05) --- Ali Express Link
• Napajanje (5V 4A) --- Ali Express Link
• Mrežni kabel --- Trgovina rabljenom robom
• Lemljenje --- Ali Express veza
• Prototip tačkaste ploče --- Ali Express Express
• Ženski pin zaglavlja --- Ali Express veza
• Vijčani terminali --- Ali Express Link

Alati

• Lemilica
• Multimetar --- Ali Express veza
• Ručna pila (ili stolna pila)
• Pištolj za vruće ljepilo (sa štapićima za ljepilo)
• Drill
• Svrdlo (3-8 mm)
• Stezaljke
• Traka za mjerenje
• Skidač žice --- Ali Express veza

Korak 2: Planiranje

Karakteristike

• Prikaz je u obliku periodnog sistema. Na ovaj način LED diode mogu pokazati karakteristike i trendove periodnog sistema.
• Svaka pozicija u periodnom sistemu je zatvorena polica na koju se može postaviti uzorak elementa.
• Koristio sam WS2812B LED diode koje mogu pojedinačno osvijetliti bilo koju boju.
• Zaslon ima Bluetooth funkciju i aplikaciju za telefon kojom upravlja. Glavna stvar koju sam želio sa ovim ekranom je da bude interaktivan. Aplikacija za telefon čini tako zabavnom igru!

Građevinarstvo

Ekran je izrađen od borovih dasaka 60x10 mm. Dobio sam svoj u dužinama od 2,4 m, ali bilo je na raspolaganju mnogo dužina. Svi potrebni komadi za rezanje lako se uklapaju u 7 dužina od 2,4 m. Ostala je još gotovo jedna cijela dužina - u slučaju da sam pogriješila!

Nacrtao sam "okvirni plan" koji ćete slijediti. Upotrijebite ovo s "Dužine i količine okvira" koje pokazuju koliko svake dužine treba izrezati. Oba dijagrama su označena bojama i označena su slovima tako da znate koji komad ide gdje. Svi komadi će biti izrezani i zalijepljeni ljepilom za drvo.

Posljednji dijagram prikazuje oblike prednje ploče i stražnje ploče koji će biti izrezani iz MDF -a i zalijepljeni na mjestu. Preporučujem da okvir postavite samo na MDF i olovkom ocrtate oblike. Oblici panela samo vam daju ideju o tome kako izgledaju.

Lantanidi i aktinidi

Trenutno nemam uzorke lantanida i aktinida pa nisam napravio dio periodnog sistema koji ih sadrži. Hoću u budućnosti!

Elektronika

Planiranje elektronike dokumentovano je kasnije u Instructable.

Korak 3: Rezanje drva

Slijedeći plan, komade bora 60x10 mm trebalo je izmjeriti i izrezati na određene duljine. Koristio sam mjernu traku i olovku kako bih označio koliko je potrebno svaki komad drveta, a zatim pomoću kvadrata povukao liniju preko drveta. Nakon svake označene crte, pilu sam rezao odmah iza crte. Nemojte rezati direktno na liniji ili ćete dobiti komad drveta koji je malo premali zbog debljine lista pile. Zagladio sam grube rubove svakog komada brusnim papirom. Nakon svakog izrezanog komada, korisno je označiti ga olovkom prema planu kako biste znatno olakšali sastavljanje.

Napomena: Preciznost je vrlo važna. Moji rezovi nisu bili savršeni pa sam imao dosta praznina koje sam kasnije trebao popuniti drvenim ispunama. Stolna pila ili pila za rezanje sa ogradom ili graničnikom učinile bi rezove mnogo preciznijim.

Korak 4: Sklapanje okvira

Htio sam da svi okomiti presjeci od 60 mm budu poravnani tako da budu izmjereni, označeni i na kvadrat gdje svaki od njih treba biti zalijepljen na vodoravne ploče. Na primjer, donja daska "J" označena je na 10 mm (kako bi se ostavio prostor za okomitu bočnu ploču), zatim brojim 60 i označavam na 70, zatim brojim 10 za okomiti dio, zatim još 60 i označavam na 140 i tako dalje.

Za sastavljanje komada nanio sam ljepilo za drvo na površine koje bi se spojile i pažljivo ih postavio u ispravne položaje te ih učvrstio stezaljkama. Zalijepio sam samo nekoliko komada odjednom i ostavio ih da se osuše zbog ograničenog broja stezaljki i jer je inače bilo teško sve držati ravno. Otkrio sam da je pomoglo sve položiti ravno na ravnu površinu i zategnuti stezaljke tek toliko da mogu i dalje petljati oko pozicioniranja, a da se svi dijelovi ne prevrnu. Kad su komadi bili na svom mjestu, potpuno sam zategnuo stezaljke. Kad je okvir u potpunosti sastavljen, bio je mnogo jači nego što sam očekivao zbog broja različitih spojeva ljepila. Ako želite jači zaslon, mogli biste upotrijebiti male vijke ili izrezati utore za spajanje komada.

Napomena: Sa lijepljenjem ovakve strukture pomaže imati što je moguće više stezaljki. Možda ćete neke moći posuditi od prijatelja ili ih jeftino pronaći iz druge ruke.

Korak 5: Granice

Kako bih zaslon izgledao ljepše za vješanje na zid, odlučio sam ga uokviriti. Donio sam ukrasnu lajsnu (vrsta konturnog drveta koje čini okvire za slike) i zalijepio je drvo za stranice ekrana pazeći da ga pričvrsti na mjestu dok se ljepilo suši. Lukav dio ovoga je rezanje kutova od 45 stupnjeva u lajsni tako da se uglovi lijepo uklapaju. Moja metoda je bila da presavijem komad papira A4 kratke ivice na dugu ivicu da napravim ugao od 45 stepeni i da to iskoristim za iscrtavanje linije sa donje strane (ravna strana) lajsne. Da biste postavili lajsne u red, izmjerite dužinu stranice ekrana na koju stavljate kalup i označite unutrašnju ivicu kalupa tom dužinom. Pazite da počnete oko 30 mm i označite početnu tačku. Linije od 45 stepeni zatim izlaze napolje od dvije označene tačke.

Korak 6: Podloga i prednja ploča

Podrška

Zaslonu je potrebna podloga kako bi LED diode nešto reflektirale, učinile zaslon sigurnijim i sakrile sve žice koje će se tamo nalaziti. Za izradu podloge koristio sam dva lista MDF -a dimenzija 1200x600x4,5 mm. Listove od MDF -a postavio sam na ravnu površinu u vodoravnoj orijentaciji tik jedan do drugog i postavio okvir zaslona na njih. Pomicao sam okvir dok šav nije sakrio jedna od okomitih ploča okvira. Zatim sam olovkom ocrtao vanjski dio ekrana po MDF -u i izrezao ga pomoću pile. Okrenuo sam ekran naopako i zalijepio pozadinu na stražnju stranu ekrana ljepilom za drvo. Pokrila sam podlogu teškim predmetima kako bih spriječila njeno podizanje ili pomicanje tijekom sušenja.

Rupe za podupiranje

Na podlozi su potrebne rupe u svakoj ćeliji za prolaz žica LED dioda. Koristio sam akumulatorsku bušilicu i 6 mm bit za bušenje dvije rupe u svakoj ćeliji. Jedna rupa u svakom gornjem kutu. S rupama i žicama u gornjim uglovima teže ih je vidjeti pri gledanju zaslona.

Prednji panel

Htio sam da zaslon bude pravokutniji pa sam stavio komad MDF -a od 4,5 mm ispod okvira i ocrtao nepravilni oblik ćelije 16x3 na MDF -u. Zatim sam pomoću pile izrezao oblik i zalijepio ga na okvir ljepilom za drvo.

Tabs

Izrezao sam male kvadrate od MDF -a s odrezanim 1 kutom kako bih ih zalijepio kako bi prednju ploču i okvir držali zajedno malo sigurnije. (Fotografije ovih kartica možete vidjeti u odjeljku elektronike).

Korak 7: Završni dodiri

Painting

Bila je teška odluka hoće li se drvo obojiti ili ofarbati. Na kraju sam cijeli zaslon obojao u bijelo nekom jeftinom akrilnom bojom. Odlučio sam da bijela boja lijepo odražava LED osvjetljenje i zaista osvjetljava ćelije. To mi je definitivno uspjelo!

Laserski izrezana slova

Nedavno sam imao sreću da sam imao pristup laserskom rezaču pa sam izrezao neka prilagođena crna akrilna slova za ekran. Mislim da zaista upotpunjuje estetiku ekrana. Prije nego što sam imao pristup laserskom rezaču, razmišljao sam o kupovini jeftinih drvenih natpisa i slikanju. (U prilogu pronađite datoteku koju sam koristio).

Korak 8: Elektronika - planiranje

LED diode

Koristio sam LED diode WS2812B zbog njihove jednostavnosti ožičenja i kodiranja. U početku sam planirao postavljanje multipleksiranih LED dioda i registara pomaka. WS2812Bs čine život mnogo lakšim! Čak i ako ne napravite zaslon, preporučujem da se igrate s ovim LED diodama jer su nevjerojatne (i jeftine od Ali Expressa)!

Snaga

Koristio sam 90 LED WS2812B za ekran. Svaka LED dioda ima 3 boje (crvenu, zelenu i plavu) koje pune do 20mA pri punoj svjetlini. Ako su sve 3 boje pri maksimalnoj svjetlini, LED će povući do 60mA.

60mA x 90 LED = 5400mA (5.4A)

Našao sam jeftino napajanje od 5 volti na Ali Expressu koje je moglo napajati 4A pa sam ga donio. Ovo napajanje bit će dovoljno sve dok nemam previše LED dioda pri punoj svjetlini u isto vrijeme. Imao sam problem s treperećim LED diodama, ali to je uglavnom bilo zbog pada napona (što ću objasniti kasnije). Preporučio bih izračunavanje maksimalne potrošnje struje kao i ja i kupovinu izvora napajanja barem te vrijednosti.

WS2812B LED diode rade na 5V pa se pobrinite za napajanje od 5V.

bluetooth

Htio sam da zaslon bude interaktivan. Bluetooth povezivanje putem aplikacije za telefon bilo je najjednostavniji način za to. HC05 Bluetooth modul je jednostavan za upotrebu. Vi to tretirate samo kao serijsku vezu.

Korak 9: Elektronika

Mapa veze

Pročitajte veze sa slike sheme ožičenja ili dolje napisane:

(Arduino) D9 - DIN (početak LED lanca)

(Arduino) GND - GND (napajanje)

(Arduino) +5V - +5V (napajanje)

(Arduino) TX - 1K otpornik - 2K otpornik - GND (napajanje)

Središnja tačka dva otpornika - RX (Bluetooth modul)

(Arduino) RX - TX (Bluetooth modul)

(Napajanje) +5V - +5V (početak LED lanca)

(Napajanje) GND - GND (početak LED lanca)

(Napajanje) +5V - +5V (Bluetooth modul)

(Napajanje) GND - GND (Bluetooth modul)

Ožičenje LED dioda

Ožičenje LED dioda WS2812B prilično je jednostavno, ali ima mnogo toga! Postoji 90 LED dioda sa po 6 spojeva za lemljenje. To je 540 lemljenih spojeva! Donio sam WS2812B na male kružne ploče što je bilo pomalo neugodno jer sam ih morao vruće lijepiti na vrh svake police. Preporučio bih da nabavite LED trake WS2812B koje sam povezao u odjeljku "Što vam treba" jer već imaju ljepljivu podlogu i veću površinu pa je s njima lakše raditi. Ako ipak odaberete trake, svaku LED diodu morate izrezati presijecanjem linija između kontaktnih pločica.

Svaki WS2812B ima 6 veza. 2 +5V, 2 GND, DIN i DOUT. DIN i DOUT označavaju Data In i Data Out. Podatkovna žica mora prijeći iz prethodnih LED DOUT u sljedeće LED DIN. Žice za napajanje i uzemljenje slijede ih sve dok sve LED diode ne budu povezane zajedno kao lanac. Shema ožičenja prikazuje kako su LED diode ožičene ako moje objašnjenje nema smisla!

Napomena: LED diode na sebi imaju strelicu koja vas obavještava u kojem smjeru moraju biti okrenute u lancu. Ovo je dobar pokazatelj, a ne samo gledanje u DIN i DOUT.

Vruće sam zalijepio LED diode na vrh svake police okrenute u smjeru prikazanom na dijagramu "LED raspored".

Ponovo slijedeći dijagram "LED raspored", rezao sam žice koje su sezale između svake LED diode u lancu kroz rupe izbušene na podlozi od MDF -a. Koristio sam drugu boju žice za +5V, GND i podatkovne vodove kako bih bio siguran da nema zabune oko toga koja žica se lemi na koju LED. Morao sam svući svaku žicu sa mašinom za skidanje žica prije nego što sam ih zalemio, kao što je opisano u 3 stava gore.

Ožičenje napajanja

UPOZORENJE: MREŽA MOŽE UBITI. UPOTREBLJAVAJTE OPREZ DOK OŽIČITE NAPAJANJE ILI KUPITE NAPAJANJE S VEĆ PRIKLJUČENIM KABLOM.

Napajanje koje sam donio nije imalo priključen mrežni kabel. Našao sam mrežni kabel iz lokalne trgovine rabljene robe za moju zemlju. Napajanje koje sam povezao u "Šta vam treba" ocijenjeno je za 110/240V ulaz pa bi trebalo raditi u većini zemalja.

NAPOMENA: ISPOD OGLASNIH KODOVANIH ŽICA MOGU BITI RAZLIČITE U RAZLIČITIM ZEMLJAMA.

Ogolio sam kabel za napajanje kako bih izložio žice u tri boje. Zelena za zemlju, plava za neutralnu i smeđa za fazu. Spojio sam ove žice na vijčane stezaljke napajanja.

(Žica) Zelena -> GND (Napajanje)

(Žica) Plava -> N (Napajanje)

(Žica) smeđa -> L (napajanje)

NAPOMENA: AKO POKUŠATE OŽIČENJE MREŽE - POGLEDAJTE SVOJE LOKALNO KODIRANJE BOJA.

Arduino i Bluetooth modul

Koristio sam prototipnu ploču za lemljenje komponenti. Umetnuo sam Arduino Nano u dvije trake ženskih pin zaglavlja izrezanih po veličini, a zatim sam umetnuo zaglavlja s Arduinom u prototipnu ploču. Zatim sam zalemila zaglavlja na prototipnu ploču odozdo. To nam omogućuje da imamo izmjenjivi Arduino za programiranje. Za ekran sam zapravo koristio Arduino nano terminal, ali bih koristio zaglavlja da to ponovim.

Isto sam učinio i sa Bluetooth modulom, ali bez zaglavlja (ne mora biti uklonjivo).

Vijčani terminali su lemljeni kako bi se olakšalo povezivanje s LED lancem i napajanjem (ožičenje je i dalje isto kao na dijagramu, ali žice za napajanje i žice LED lanca su prekinute s vijčanim kontaktom.

Bluetooth modul, Arduino, napajanje i početni kraj LED lanca potom su lemljeni zajedno s odrezanim i ogoljenim žicama prema shemi ožičenja.

Osiguranje elektronike

Prototipna ploča i napajanje su zatim pričvršćeni vrućim ljepilom za stražnji dio periodnog sistema.

Korak 10: Kodirajte

Pokušao sam opisno komentirati i olakšati praćenje koda.

Evo kratkog pregleda kako to funkcionira:

Definicije

Vrh koda ispunjen je nizovima za spremanje informacija o periodnom sustavu i pretvaranje između načina na koji je LED lanac raspoređen i načina na koji bi elementi trebali biti organizirani.

bluetooth

Jedini kôd u petlji je kôd za čitanje podataka iz serijske veze (na koju je priključen Bluetooth modul) i pozivanje funkcije koja bira što će učiniti s naredbama koje prima.

Komande

Većina naredbi su samo jedne riječi. Neki imaju prefiks i sufiks, na primjer: select23 će uključiti element 23. Postoji funkcija koja funkcionira ako dana naredba ima prefiks i vraća njen sufiks ako ima.

Funkcije

Svaka animacija ili funkcionalnost su u funkciji. Vidjet ćete da ih ima poprilično ako pogledate kôd! Kada se funkcije pozovu s odgovarajućim parametrima, zaslon svijetli i radi!

Resursi

Svoj kôd za Bluetooth vezu zasnovao sam na ovom vodiču: Bluetooth i Arduino vodič

FastLED biblioteka za kontrolu WS2812B može se preuzeti ovdje: FastLED biblioteka

Informacije o tome kako se koristi FastLED biblioteka mogu se pronaći ovdje: FastLED informacije

Korak 11: Aplikacija za telefon

MIT App Inventor je sjajan mrežni alat koji olakšava stvaranje Android aplikacija. Ima više načina za pregled vaše aplikacije dok je stvarate kako biste bili sigurni da je ispravna. Koristi jednostavno programiranje zasnovano na blokovima.

Glavni razlog zašto volim App Inventor je taj što može koristiti Bluetooth mojih telefona za povezivanje s Arduinom s Bluetooth modulom!

Postoji mnogo vodiča za početak. Evo odličnih uputstava za App Inventor s Arduinom.

Moja djevojka je ovdje dala svoj doprinos izradom aplikacije za kontrolu prikaza. Postoji lista koja se može pretraživati za odabir pojedinačnih elemenata, klizači za funkcije temperature i datuma te gumbi za sve ostalo. Takođe ima i glavni meni sa mogućnošću pomeranja!

Datoteka App Inventor je priložena ako je želite pogledati. Imajte na umu da još uvijek rješavamo neke greške.

Korak 12: Savjeti

Evo nekoliko savjeta za bilo koji projekt elektronike

Kad god napravite složen projekt s mnogo dijelova koji su u interakciji, počnite s malim pojedinačnim komponentama.

Za prikaz sam započeo slijedeći vodič za povezivanje Bluetooth modula s Arduinom i slanje podataka pomoću već izgrađene Bluetooth terminal aplikacije.

Nakon što sam to počeo raditi, LED diode WS2812B su radile same, zatim su se spojile i dodale Bluetooth modul.

Nakon dodavanja nekoliko različitih funkcija, moja djevojka mi je napravila aplikaciju s App Inventor 2 za automatsko slanje naredbi kada se pritisnu tipke.

Ne radite sve odjednom. Počnite od malog pa gradite veliko.

Trepereće LED diode

Imao sam veliki problem sa treperenjem LED dioda kada sam učinio previše LED dioda bijelim u isto vrijeme.

Je li to zato što je moje napajanje bilo podcijenjeno zbog broja LED dioda? Vjerovatno. No, drugi faktor koji doprinosi je pad napona na kabelima za velike udaljenosti.

Da bih popravio pad napona, spojio sam žice za napajanje +5V i GND izravno na kraj i središte LED lanca. Ovo je riješilo moj problem.

Imajte na umu da samo žice +5V i GND trebaju biti ožičene do kraja i središta. Uvijek bi trebala postojati samo jedna žica za prijenos podataka koja povezuje lanac.

Rezanje i punjenje

Budite pažljivi dok režete komade da biste dobili precizne rezove. Kutna pila sa graničnikom vjerojatno bi pomogla gomilama malih komada. Moji rezovi nisu bili savršeni što je dovelo do praznina koje su dovele do puno punjenja drva i brušenja.

Hvala na čitanju, nadam se da ste uživali u procesu