Periodni sistem interaktivnih LED: 12 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Avtor Bees KneesSledi več avtorja:

S punco imava zbirko elementov - vzorce edinstvenih delcev snovi, ki sestavljajo vse v vesolju! Za tako zanimivo zbirko sem se odločil zgraditi vitrino, ki bo razkazovala vzorce v vsej njihovi svetovno zgradbi.

Vem, da nima veliko ljudi zbirko elementov, vendar ima vsak kaj za prikaz! Cilj tega navodila je, da vam omogoči dovolj razumevanja gradbenega procesa, elektronike in kode, da ustvarite lasten zaslon po meri, za kar želite.

Interaktivnost zaslona je odličen učni pripomoček za učitelje, ki dokazujejo značilnosti periodnega sistema in to, kako so različni elementi med seboj povezani. Prav tako je na splošno zelo zabavno gledati!

1. korak: Kaj potrebujete

Vse, kar je kupljeno v lokalni trgovini s strojno opremo, razen če ni drugače navedeno.

Vsa elektronika, kupljena pri Ali Express (navedene povezave). Ali Express je kraj za pridobivanje poceni elektronike, ki je običajno presenetljivo kakovostna.

Materiali

Okvir - ključ: (dolžina x širina x višina) x količina

• Borove deske (2400x60x10mm) x7
• MDF pločevina (1200x600x4,5 mm) x2
• Brusni papir (zrnatost 120)
• Lepilo za les
• Polnilo za les
• Bela akrilna barva --- Trgovina z umetninami
• Svinčnik
• Dekorativno oblikovanje (2400 mm) x2
• Balsa les (1000x10x2mm) x6 --- Trgovina z umetninami

Elektronika

• LED diode (Neopixel/ws2812b) x90 --- Ali Express Link "1m 100 IP30" vam bo dal 100 nepremočljivih LED
• Žica (5 m zvitkov 22-ih ali podobnih. Bolje v različnih barvah) x3 --- Ali Express Link
• Arduino Nano --- Ali Express povezava
• Modul Bluetooth (HC05) --- Ali Express Link
• Napajanje (5V 4A) --- Ali Express Link
• Omrežni kabel --- Trgovina z rabljenim blagom
• Spajka --- Ali Express Express Link
• Prototipna pikčasta plošča --- Ali Express Link
• Ženski zatiči-Ali Express Express Link
• Vijačne sponke --- Ali Express Link

Orodja

• Spajkalnik
• Multimeter --- Ali Express Link
• Ročna žaga (ali namizna žaga)
• Pištola za vroče lepilo (z lepilnimi palicami)
• Vrtalnik
• Vrtalnik (3-8 mm)
• Sponke
• Merilni trak
• Odstranjevalec žice --- Ali Express Link

2. korak: Načrtovanje

Lastnosti

• Zaslon je v obliki periodnega sistema. Na ta način lahko LED prikažejo značilnosti in trende periodnega sistema.
• Vsako mesto v periodnem sistemu je zaprta polica, na kateri lahko počiva vzorec elementa.
• Uporabil sem LED diode WS2812B, ki jih lahko posamično osvetlim v kateri koli barvi.
• Zaslon ima funkcijo Bluetooth in telefonsko aplikacijo za nadzor. Glavna stvar, ki sem si jo želela pri tem zaslonu, je bila njegova interaktivnost. S telefonsko aplikacijo je tako zabavno igrati!

Gradnja

Zaslon je izdelan iz borovih desk 60x10 mm. Dobil sem svojega v dolžini 2,4 m, vendar je bilo na voljo veliko dolžin. Vsi potrebni kosi za rezanje se zlahka prilegajo v 7 dolžin 2,4 m. Ostala je še skoraj ena dolžina - če sem naredil nekaj napak!

Za vas sem pripravil "okvirni načrt". Uporabite to z "Dolžinami okvirjev in količinami", ki prikazuje, koliko posameznih dolžin je treba odrezati. Oba diagrama sta barvno označena in označena s črkami, tako da veste, kateri del gre kam. Vsi kosi bodo izrezani in zlepljeni z lepilom za les.

Zadnji diagram prikazuje oblike sprednje in zadnje plošče, ki bodo izrezane iz MDF -ja in zlepljene. Priporočam, da okvir postavite le na MDF in s svinčnikom potegnete oblike. Oblike plošč vam samo dajejo predstavo o tem, kako izgledajo.

Lantanidi in aktinidi

Trenutno nimam vzorcev lantanidov in aktinidov, zato nisem naredil dela periodnega sistema, ki jih vsebuje. Bom pa v prihodnje!

Elektronika

Načrtovanje elektronike je dokumentirano kasneje v Instructable.

3. korak: Rezanje lesa

Po načrtu je bilo treba kose bora 60x10 mm izmeriti in odrezati na določeno dolžino. S trakom in svinčnikom sem označil, kako dolgo je treba vsak kos lesa uporabiti, nato pa s kvadratom potegniti črto po lesu. Po vsaki označeni črti sem z žago rezal takoj za črto. Ne režite neposredno na črti, sicer boste na koncu dobili kos lesa, ki je zaradi debeline žaginega lista nekoliko premajhen. Grobe robove vsakega kosa sem zgladila z brusnim papirjem. Po vsakem izrezu kosa je koristno, da ga označite s svinčnikom v skladu z načrtom, da boste olajšali montažo.

Opomba: Natančnost je zelo pomembna. Vsi moji rezi niso bili popolni, zato sem imel pozneje kar nekaj vrzeli, ki sem jih zapolnil z lesom. Namizna žaga ali žaga z ograjo oziroma zapornim blokom bi naredili rez veliko natančnejši.

4. korak: Sestavljanje okvirja

Želel sem, da so vsi 60 -milimetrski navpični odseki poravnani tako izmerjeni, označeni in kvadratni, kjer je treba vsakega od njih lepiti na vodoravne plošče. Na primer, spodnja deska "J" je označena na 10 mm (da se omogoči prostor za navpično stransko desko), nato štejem 60 in označim na 70, nato štejem 10 za navpični del, nato še 60 in označim na 140 in tako naprej.

Za sestavljanje kosov sem na površino, ki bi jo spojila, nanesel lepilo za les in jih previdno namestil v pravilne položaje ter jih pritrdil s sponkami. Naenkrat sem lepil nekaj kosov in jih pustil, da se posušijo zaradi omejenega števila vpenjanj in ker je bilo sicer težko vse držati naravnost. Ugotovil sem, da je pomagalo, če sem vse položil na ravno površino in zategnil sponke toliko, da sem se še vedno lahko poigraval s pozicioniranjem, ne da bi se vsi kosi prevrnili. Ko so bili kosi na svojem mestu, sem popolnoma zategnil sponke. Ko je bil okvir v celoti sestavljen, je bil zaradi toliko različnih lepilnih spojev veliko močnejši, kot sem pričakoval. Če želite močnejši zaslon, lahko uporabite majhne vijake ali izrežete reže, da jih sestavite skupaj.

Opomba: Pri lepljenju takšne konstrukcije pomaga imeti čim več sponk. Morda si jih boste lahko izposodili od prijateljev ali pa jih poceni našli iz druge roke.

5. korak: Meje

Da bi bil zaslon nekoliko lepši za obešanje na steno, sem se odločil, da ga okvirim. Prinesel sem nekaj okrasnih letvic (vrsta obrisanega lesa, ki naredi okvirje za slike) in ga lepil z lepilom na stranice zaslona, pri čemer sem ga med sušenjem lepil. Zapleten del tega je bilo rezanje kotov 45 stopinj v oblikovanju, tako da se vogali lepo prilegajo skupaj. Moja metoda je bila, da kos papirja A4 kratkega roba zložim na dolg rob, da naredim kot 45 stopinj in s tem potegnem črto na spodnji strani (ravna stran) oblikovanja. Če želite, da se letvice postavijo v vrsto, izmerite dolžino stranice zaslona, na katerega polagate model, in označite notranji rob oblikovanja s to dolžino. Zaženite približno 30 mm in označite tudi izhodišče. Črtice 45 stopinj nato gredo navzven od označenih dveh točk.

6. korak: Podloga in sprednja plošča

Podpora

Zaslon potrebuje podporo, da LED diode odsevajo, naredijo zaslon bolj varen in skrijejo vse žice, ki bodo tam nazaj. Za izdelavo podlage sem uporabil dva lista MDF 1200x600x4,5 mm. Plošče MDF sem postavil na ravno površino v ležeči orientaciji tik drug poleg drugega in okvir zaslona položil nanje. Premaknil sem okvir, dokler šiv ni skril ena od navpičnih plošč okvirja. Nato sem s svinčnikom po zunanji strani zaslona potegnil na MDF in ga z žago izrezal. Zaslon sem obrnil na glavo in hrbtno stran lepila z lepilom za hrbtno stran zaslona. Podlogo sem prekril s težkimi predmeti, da se med sušenjem ne bi dvignil ali premaknil.

Podporne luknje

Podloga potrebuje luknje v vsaki celici za prehod žic LED. Za vrtanje dveh lukenj v vsaki celici sem uporabil akumulatorski vrtalnik in 6 mm bit. V vsakem zgornjem kotu ena luknja. Z luknjami in žicami v zgornjih kotih jih je težje videti pri ogledu zaslona.

Sprednja plošča

Želel sem, da je zaslon bolj pravokoten, zato sem pod okvir postavil kos 4,5 mm MDF -ja in na MDF narisal nepravilno obliko celic 16x3. Nato sem z žago izrezal obliko in jo z lepilom za les prilepil na okvir.

Zavihki

Odrezala sem majhne kvadratke iz MDF -ja z odrezanim 1 vogalom, da bi lepila, da bi sprednjo ploščo in okvir nekoliko bolj varno držala skupaj. (Fotografije teh zavihkov si lahko ogledate v razdelku o elektroniki).

7. korak: Zaključni dotiki

Slika

Odločitev, ali bi les obarvali ali pobarvali, je bila težka. Na koncu sem celoten zaslon pobarval v belo z nekaj poceni akrilne barve. Odločil sem se, da bo bela lepo odražala LED osvetlitev in resnično osvetlila celice. Vsekakor mi je uspelo!

Lasersko izrezane črke

Pred kratkim sem imel srečo, da sem imel dostop do laserskega rezalnika, ki je za zaslon izrezal nekaj črnih akrilnih črk po meri. Mislim, da resnično dopolnjuje estetiko zaslona. Preden sem imel dostop do laserskega rezalnika, sem razmišljal o nakupu poceni lesenih napisov in ga poslikal. (V priponki poiščite datoteko, ki sem jo uporabil).

8. korak: Elektronika - Načrtovanje

LED

Uporabil sem LED WS2812B zaradi enostavnosti ožičenja in kodiranja. Prvotno sem načrtoval postavitev multipleksiranih LED in registrov premikov. WS2812B vam olajšajo življenje! Tudi če ne sestavite zaslona, priporočam, da se igrate s temi LED, ker so neverjetne (in poceni pri Ali Expressu)!

Moč

Za zaslon sem uporabil 90 LED WS2812B. Vsaka LED ima 3 barve (rdeča zelena in modra), ki vsaka črpa do 20 mA pri polni svetlosti. Če so vse 3 barve pri največji svetlosti, bo LED porabila do 60 mA.

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

Na Ali Expressu sem našel poceni 5 voltni napajalnik, ki bi lahko napajal 4A, zato sem ga prinesel. Ta napajalnik bo zadostoval, dokler nimam preveč LED pri polni svetlosti hkrati. Imel sem težave z utripajočimi LED diodami, vendar je bil to predvsem posledica padca napetosti (kar bom razložil kasneje). Priporočam, da izračunate največjo moč porabe, kot sem jo naredil, in kupite napajalnik vsaj te vrednosti.

LED diode WS2812B delujejo na 5V, zato poskrbite za napajanje 5V.

Bluetooth

Želel sem, da bi bil zaslon interaktiven. Povezava Bluetooth s telefonsko aplikacijo je bila najlažji način za to. Modul Bluetooth HC05 je enostaven za uporabo. To obravnavate le kot serijsko povezavo.

9. korak: Elektronika

Zemljevid povezave

Preberite povezave s slike ožičenja ali spodaj zapisane:

(Arduino) D9 - DIN (zagon LED verige)

(Arduino) GND - GND (napajanje)

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

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

Središčna točka dveh uporov - RX (modul Bluetooth)

(Arduino) RX - TX (modul Bluetooth)

(Napajanje) +5V - +5V (zagon LED verige)

(Napajanje) GND - GND (začetek LED verige)

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

(Napajanje) GND - GND (modul Bluetooth)

Ožičenje LED

Ožičenje LED WS2812B je precej preprosto, vendar je tega veliko! Vsaka ima 90 LED s 6 spajkalnimi priključki. To je 540 spajkalnih spojev! Na majhna okrogla vezja sem prinesel WS2812B, kar je bilo nekoliko nadležno, saj sem jih moral vroče lepiti na vrh vsake police. Priporočam, da dobite LED trakove WS2812B, ki sem jih povezal v razdelku "Kaj potrebujete", ker že imajo lepljivo podlago in imajo večjo površino, zato je z njimi lažje delati. Če se odločite za trakove, morate vsako LED izrezati tako, da prerežete črte med kontaktnimi blazinicami.

Vsak WS2812B ima 6 povezav. 2 +5V, 2 GND, DIN in DOUT. DIN in DOUT sta kratica za Data In in Data Out. Podatkovna žica mora potovati od prejšnjih LED DOUT do naslednjih LED DIN. Napajalne in ozemljitvene žice sledijo temu, dokler niso vse LED diode povezane kot veriga. Shema ožičenja prikazuje, kako so LED ožičene, če moja razlaga ni bila smiselna!

Opomba: LED diode imajo puščico, ki vam pove, v katero smer morajo biti obrnjene v verigi. To je dober pokazatelj in ne samo pogled na DIN in DOUT.

LED sem vroče prilepil na vrh vsake police, obrnjene v smeri, prikazani na diagramu "razporeditev LED".

Spet sem po diagramu "razporeditev LED" prerezal žice, ki so segale med vsako LED v verigi skozi luknje, izvrtane v podlogi MDF. Za žice +5V, GND in Data sem uporabil drugačno barvo žice, da se prepričam, da ni zmede glede tega, katera žica je spajkana na katero LED. Vsako žico sem moral odstraniti z odstranjevalcem, preden sem jih spajal, kot je opisano v 3 odstavkih zgoraj.

Ožičenje napajalnika

OPOZORILO: GLAVNO MREŽO MOŽE UBITI. UPORABLJAJTE PREVIDNO, KO OŽIČITE NAPAJANJE ALI KUPITE NAPAJANJE Z ŽE PRIKLJUČENIM KABLOM.

Napajalnik, ki sem ga prinesel, ni imel priključenega napajalnega kabla. Našel sem napajalni kabel v lokalni trgovini z rabljeno blago za mojo državo. Napajalnik, ki sem ga povezal v "Kaj potrebujete", je ocenjen za vhod 110/240V, zato bi moral delovati v večini držav.

OPOMBA: V nadaljevanju so lahko barvno označeni glavni kabli drugačni v različnih državah.

Odstranil sem napajalni kabel, da sem izpostavil 3 barvne žice. Zelena za zemljo, modra za nevtralno in rjava za fazo. Te žice sem priključil na vijačne sponke napajalnika.

(Žica) zelena -> GND (napajanje)

(Žica) modra -> N (napajanje)

(Žica) rjava -> L (napajanje)

OPOMBA: ČE POSKUSITE OŽIČITI MREŽE - POGLEDAJTE SVOJO LOKALNO BARVNO KODIRANJE.

Arduino in modul Bluetooth

Za spajkanje komponent sem uporabil prototipno ploščo. Arduino Nano sem vstavil v dva traka ženskih zatičev, ki so izrezani po velikosti, nato pa z Arduinom v prototipno ploščo. Nato sem od spodaj spajkal glave na prototipno ploščo. To nam omogoča, da imamo snemljiv Arduino za programiranje. Pravzaprav sem za zaslon uporabil Arduino nano terminal, vendar bi uporabil glave, če bi to ponovil.

Enako sem storil z modulom Bluetooth, vendar brez glav (ni nujno, da jih je treba odstraniti).

Vijačne sponke so bile spajane, da se olajšajo povezave z LED verigo in napajanjem (ožičenje je še vedno enako diagramu, vendar so napajalne žice in žice LED verige prekinjene z vijačnim sponom.

Modul Bluetooth, Arduino, napajalnik in začetni konec verige LED so bili nato spajkani skupaj z razrezanimi in odstranjenimi žicami v skladu s shemo ožičenja.

Zaščita elektronike

Prototipna plošča in napajalnik sta bila nato z vročim lepilom pritrjena na zadnji del periodnega sistema.

10. korak: Koda

Poskušal sem opisno komentirati in olajšati sledenje kodi.

Tukaj je kratek opis tega, kako deluje:

Opredelitve pojmov

Vrh kode je napolnjen z matrikami za shranjevanje informacij o periodnem sistemu in pretvorbo med načinom razporeditve LED verige in načinom, kako morajo biti elementi organizirani.

Bluetooth

Edina koda v zanki je koda za branje podatkov iz serijske povezave (na katero je priključen modul Bluetooth) in klicanje funkcije, ki izbere, kaj bo storila s prejetimi ukazi.

Ukazi

Večina ukazov je samo ena beseda. Nekateri imajo na primer predpono in pripono: select23 bo vklopil element 23. Obstaja funkcija, ki deluje, če ima podani ukaz predpono in vrne njeno pripono, če ima.

Funkcije

Vsaka animacija ali funkcija je v funkciji. Če pogledate kodo, boste videli, da jih je kar nekaj! Ko se funkcije pokličejo s pravilnimi parametri, se zaslon zasveti in naredi stvari!

Viri

Kodo povezave Bluetooth sem utemeljil na tej vadnici: Vadnica Bluetooth in Arduino

Knjižnico FastLED za krmiljenje WS2812B lahko prenesete tukaj: Knjižnica FastLED

Informacije o uporabi knjižnice FastLED najdete tukaj: FastLED informacije

11. korak: aplikacija za telefon

MIT App Inventor je odlično spletno orodje, ki olajša ustvarjanje aplikacij za Android. Med ustvarjanjem aplikacije si lahko ogledate več načinov, da se prepričate, da je prava. Uporablja preprosto programiranje na osnovi blokov.

Glavni razlog, zakaj obožujem App Inventor, je ta, da lahko prek povezave Bluetooth prek mojih telefonov poveže z Arduinom z modulom Bluetooth!

Za začetek obstaja veliko vadnic. Tukaj je odlično navodilo za App Inventor z Arduinom.

Moje dekle je prispevalo tukaj z izdelavo aplikacije za nadzor zaslona. Obstaja iskalni seznam za izbiro posameznih elementov, drsnikov za funkcije temperature in datuma ter gumbov za vse ostalo. Ima tudi zgornji meni z možnostjo pomikanja!

Datoteka App Inventor je priložena, če si jo želite ogledati. Ne pozabite, da še vedno odpravljamo nekatere hrošče.

12. korak: Nasveti

Tukaj je nekaj nasvetov za kateri koli elektronski projekt

Kadar koli naredite kompleksen projekt z mnogimi deli, ki sodelujejo, začnite z majhnimi posameznimi komponentami.

Za prikaz sem začel s tem, da sledim vadnici za povezovanje modula Bluetooth z Arduinom in pošiljanje podatkov s pripravljeno terminalsko aplikacijo Bluetooth.

Po tem, ko je to delovalo, sem LED -diode WS2812B delal sam, nato povezal in dodal modul Bluetooth.

Po dodajanju nekaj različnih funkcij mi je dekle naredilo aplikacijo z App Inventor 2 za samodejno pošiljanje ukazov ob pritisku gumbov.

Ne delajte vsega naenkrat. Začnite z majhnim, nato zgradite veliko.

Utripajoče LED

Imel sem velik problem s utripanjem LED, ko sem hkrati naredil preveč LED belih.

Je bilo to zato, ker je bil moj napajalnik podcenjen glede števila LED? Verjetno. Drugi dejavnik, ki prispeva k temu, je padec napetosti na kablih na dolge razdalje.

Za odpravo padca napetosti sem napajalne žice +5V in GND priključil neposredno na konec in sredino LED verige. To je rešilo mojo težavo.

Upoštevajte, da je treba žice +5V in GND ožičiti do konca in na sredini. Vedno mora biti samo 1 podatkovna žica, ki povezuje verigo.

Rezanje in polnjenje

Med rezanjem kosov bodite previdni, da dobite natančne reze. Mitrovna žaga z zapornim blokom bi verjetno pomagala kupom majhnih kosov. Moji rezi niso bili popolni, kar je povzročilo vrzeli, ki vodijo do polnjenja in brušenja lesa.

Hvala za branje, upam, da vam je bil postopek všeč