Interaktív LED periódusos rendszer: 12 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Kövesse a szerző további műveit:

Barátnőmmel és nekem van egy elemgyűjteményünk - minták az egyedi anyagdarabokból, amelyek mindent alkotnak az univerzumban! Egy ilyen érdekes gyűjteményhez úgy döntöttem, hogy egy vitrinet építek, amely a mintákat mutatja be világépítő dicsőségükben.

Tudom, hogy nem sok ember rendelkezik elemgyűjteménnyel, de mindenkinek van mit megjelenítenie! Ennek az oktatható anyagnak az a célja, hogy kellőképpen megértse az építési folyamatot, az elektronikát és a kódot, hogy saját testreszabott kijelzőjét hozza létre, amire csak kívánja.

A kijelző interaktivitása nagyszerű taneszközt jelent a tanároknak, hogy bemutassák a periódusos rendszer jellemzőit, és azt, hogy a különböző elemek hogyan viszonyulnak egymáshoz. Általában nagyon szórakoztató nézni is!

1. lépés: Amire szüksége van

Mindent a helyi hardverboltból vásároltak, hacsak másként nem jelezzük.

Minden elektronika az Ali Express -től vásárolt (linkek megadva). Az Ali Express olyan hely, ahol olcsó elektronikát lehet beszerezni, amely általában meglepően jó minőségű.

Anyagok

Keret - Kulcs: (hossz x szélesség x magasság) x mennyiség

• Fenyő deszka (2400x60x10mm) x7
• MDF lemez (1200x600x4,5mm) x2
• Csiszolópapír (120 szemcsés)
• Fa ragasztó
• Fa töltőanyag
• Fehér akril festék --- Művészeti bolt
• Ceruza
• Dekoratív öntvény (2400 mm) x2
• Balsa fa (1000x10x2mm) x6 --- Művészeti üzlet

Elektronika

• LED-ek (Neopixels/ws2812b) x90 --- Ali Express Link "1m 100 IP30" 100 nem vízálló LED-et ad
• Huzal (5 m-es tekercsek 22-es vagy hasonló. Különböző színek előnyben) x3 --- Ali Express Link
• Arduino Nano --- Ali Express Link
• Bluetooth modul (HC05) --- Ali Express Link
• Tápegység (5V 4A) --- Ali Express Link
• Hálózati tápkábel --- Használt áruház
• Forrasztás --- Ali Express Link
• Prototípus pont tábla --- Ali Express Link
• Női tűfejlécek --- Ali Express Link
• Csavaros terminálok-Ali Express Link

Eszközök

• Forrasztópáka
• Multiméter --- Ali Express Link
• Kézi fűrész (vagy asztali fűrész)
• Forró ragasztópisztoly (ragasztópálcákkal)
• Fúró
• Fúrófej (3-8 mm)
• Bilincsek
• Mérőszalag
• Huzalhúzó --- Ali Express Link

2. lépés: Tervezés

Jellemzők

• A kijelző a periódusos rendszer alakjában van. Így a LED -ek megmutathatják a periódusos rendszer jellemzőit és trendjeit.
• A periódusos rendszer minden pozíciója egy zárt polc, amelyen az elemminta pihenhet.
• WS2812B LED -eket használtam, amelyekkel egyenként megvilágíthatok bármilyen színt.
• A kijelző rendelkezik Bluetooth funkcióval és egy telefonos alkalmazással, amely vezérli. A legfontosabb dolog, amit ezzel a kijelzővel szerettem volna, hogy interaktív legyen. A telefonos alkalmazás nagyon szórakoztatóvá teszi a játékot!

Építkezés

A kijelző 60x10 mm -es fenyő deszkából készült. Az enyémet 2,4 m hosszúságban szereztem be, de sokféle hosszúságú volt. A vágáshoz szükséges darabok könnyen illeszkednek 7 darab 2,4 m hosszúságba. Majdnem egy teljes hossz maradt hátra - hátha elkövetek néhány hibát!

Rajzoltam egy "keretezési tervet", amelyet követhetsz. Használja ezt a "Keretezési hosszúságok és mennyiségek" segítségével, amely megmutatja, hogy hány darabot kell levágni. Mindkét diagram színkóddal van ellátva, és betűkkel van címkézve, így tudja, melyik darab hova kerül. Minden darabot kivágnak, majd faragasztóval ragasztanak.

Az utolsó diagram az előlap és a hátlap formáit ábrázolja, amelyeket kivágnak az MDF -ből és a helyükre ragasztják. Azt javaslom, hogy csak helyezze a keretet az MDF tetejére, és ceruzával kövesse nyomon az alakzatokat. A panelek formája csak azért van, hogy képet kapjon arról, hogy hogyan néznek ki.

Lantanidok és aktinidák

Jelenleg nincsenek mintáim lantanidákból és aktinidákból, ezért nem készítettem el a periódusos rendszer azon részét, amely ezeket tartalmazza. De a jövőben is fogok!

Elektronika

Az elektronika tervezését később az Instructable dokumentálja.

3. lépés: A fa vágása

A tervet követve a 60x10 mm -es fenyődarabokat meg kellett mérni és meghatározott hosszúságúra vágni. Mérőszalaggal és ceruzával jelöltem, hogy mennyi ideig kell minden egyes fadarabot használni, majd négyzet segítségével vonalat húzni a fán. Minden megjelölt vonal után fűrésszel vágtam közvetlenül a vonal mögé. Ne vágjon közvetlenül a vonalra, különben egy fadarabot kap, amely a fűrészlap vastagsága miatt kissé túl kicsi. Minden darab durva széleit csiszolópapírral simítottam. Minden darabolás után célszerű a terv szerint ceruzával címkézni, hogy sokkal könnyebb legyen az összeszerelés.

Megjegyzés: A pontosság nagyon fontos. A vágásaim nem voltak tökéletesek, így jó néhány rést kellett később kitölteni fával. Egy kerítéssel vagy ütközőblokkal ellátott asztali fűrész vagy gérvágó fűrész sokkal pontosabbá tenné a vágásokat.

4. lépés: A keret összeszerelése

Azt akartam, hogy az összes 60 mm -es függőleges szelvényt illesszék össze úgy, hogy meg legyenek jelölve és négyzetek, ahol mindegyiket ragasztani kell a vízszintes táblákhoz. Például az alsó „J” deszkát 10 mm -rel jelöltük (hogy legyen hely a függőleges oldaltáblának), majd 60 -at számolok és 70 -et jelzek, majd 10 -et számítok a függőleges szakaszra, majd további 60 -at, és 140 -nél és így tovább.

A darabok összerakásához faragasztót alkalmaztam az összeillesztendő felületekre, és óvatosan a megfelelő helyzetbe helyeztem őket, és rögzítettem őket bilincsekkel. Egyszerre csak néhány darabot ragasztottam, és hagytam megszáradni a korlátozott számú bilincs miatt, és mert nehéz volt mindent egyenesen tartani. Úgy találtam, hogy segített, ha mindent sík felületre fektetünk, és annyira meghúzzuk a bilincseket, hogy még mindig a helymeghatározás mellett hegedülhessek anélkül, hogy minden darab leesne. Miután a darabok a helyükön voltak, teljesen meghúztam a bilincseket. Amikor a keretet teljesen összeszerelték, sokkal erősebb volt, mint amire számítottam, a különböző ragasztókötések miatt. Ha erősebb kijelzőt szeretne, használhat kis csavarokat vagy vágott réseket, hogy illeszkedjen a darabokhoz.

Megjegyzés: Egy ilyen szerkezet összeragasztásával segít, hogy a lehető legtöbb bilincs legyen. Lehet, hogy kölcsönkérhet néhányat a barátaitól, vagy olcsón megtalálhatja használtan.

5. lépés: Határok

Hogy a kijelző egy kicsit szebb legyen a falra akasztáshoz, úgy döntöttem, hogy bekeretezem. Hoztam néhány dekoratív öntvényt (a kontúrozott fa típusa, amely képkereteket készít), és fát ragasztottam a kijelző oldalaira, ügyelve arra, hogy rögzítse a helyén, amíg a ragasztó szárad. Ennek trükkös része a formázás 45 fokos szögének vágása volt, így a sarkok szépen illeszkedtek egymáshoz. Az én módszerem az volt, hogy egy A4-es papír rövid széleit a hosszú széléig hajtogattam, hogy 45 fokos szöget zárjanak be, és ezzel egy vonalat nyomon kövessek a formázás alsó oldalán (lapos oldalán). Ahhoz, hogy a díszlécek felsorakozhassanak, mérje meg a kijelző oldalának hosszát, amelyre a díszlécet felhelyezi, és jelölje meg a díszléc belső szélét ezzel a hosszúsággal. Ügyeljen arra, hogy körülbelül 30 mm -rel kezdje, és jelölje meg a kezdőpontot is. A 45 fokos vonalak ezután kifelé mennek a megjelölt két pontból.

6. lépés: Hátlap és előlap

Alátámasztás

A kijelzőnek hátlapra van szüksége, hogy tükrözze a LED -eket, biztonságosabbá tegye a kijelzőt, és elrejtse az összes vezetéket, amely vissza fog térni. A hátlap elkészítéséhez két 1200x600x4,5 mm -es MDF lapot használtam. Az MDF lapokat fekvő tájolású sík felületre helyeztem közvetlenül egymás mellé, és rájuk helyeztem a kijelző keretet. A keretet addig mozgattam, amíg a varratot el nem rejtette a keret egyik függőleges táblája. Ezután ceruzával körbejártam a kijelző külső részét az MDF -re, és fűrésszel kivágtam. Fejjel lefelé fordítottam a kijelzőt, és fa ragasztóval ragasztottam a hátlapot a kijelző hátuljához. A hátlapot nehéz tárgyakkal borítottam be, hogy ne emelje vagy mozgassa szárítás közben.

Hátsó lyukak

A hátlapnak minden cellában lyukakra van szüksége a LED -vezetékek áthaladásához. Akkus fúróval és 6 mm -es fúróval két lyukat fúrtam minden cellába. Egy lyuk minden felső sarokban. A felső sarkokban lévő lyukak és vezetékek miatt nehezebben láthatók a kijelző megtekintése közben.

Előlap

Azt akartam, hogy a kijelző téglalap alakú legyen, ezért egy 4,5 mm -es MDF -darabot helyeztem a keret alá, és a szabálytalan 16x3 -as cellaformát rárajzoltam az MDF -re. Ezután fűrésszel kivágtam az alakot, és faragasztóval ragasztottam a kerethez.

Lapok

Kis MDF négyzeteket vágtam le, 1 sarok levágva, hogy a helyükre ragaszthassák, hogy az előlap és a keret egy kicsit biztonságosabban tartsák össze. (Fotók láthatók ezekről a lapokról az elektronika részben).

7. lépés: Utolsó simítások

Festmény

Nehéz döntés volt, hogy a fát festeni vagy festeni kell. Végül az egész kijelzőt fehérre festettem néhány olcsó akrilfestékkel. Úgy döntöttem, hogy a fehér szépen tükrözi a LED -világítást, és valóban megvilágítja a cellákat. Határozottan a javamra vált!

Lézerrel vágott betűk

Nemrég volt szerencsém hozzáférni egy lézervágóhoz, és kivágtam néhány egyedi fekete akril betűt a kijelzőhöz. Szerintem valóban teljessé teszi a kijelző esztétikáját. Mielőtt hozzáférhettem volna a lézervágóhoz, azon gondolkodtam, hogy veszek egy olcsó fából készült betűt és festem le. (Keresse meg az általam használt fájlt csatolva.)

8. lépés: Elektronika - tervezés

LED -ek

WS2812B LED -eket használtam a könnyű bekötés és kódolás miatt. Eredetileg multiplexelt LED -ek és váltóregiszterek beállítását terveztem. A WS2812B -k nagyon megkönnyítik az életet! Még ha nem is építi a kijelzőt, azt javaslom, hogy játsszon ezekkel a LED -ekkel, mert hihetetlenek (és olcsók az Ali Express -től)!

Erő

A kijelzőhöz 90 WS2812B LED -et használtam. Minden LED 3 színű (piros zöld és kék), amelyek mindegyike 20 mA -es teljesítményt nyújt teljes fényerővel. Ha mindhárom szín maximális fényerősségű, akkor a LED akár 60mA -t is felhúz.

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

Találtam egy olcsó 5 voltos tápegységet az Ali Express -en, amely 4A -t tud táplálni, ezért elhoztam. Ez a tápegység elegendő lesz mindaddig, amíg nincs túl sok LED -em teljes fényerővel egyszerre. Problémám volt a villódzó LED -ekkel, de ez elsősorban a feszültségcsökkenésnek volt köszönhető (ezt később elmagyarázom). Azt javaslom, hogy a maximális áramfelvételt úgy számítsam ki, mint én, és legalább ilyen értékű tápegységet vásároljak.

A WS2812B LED -ek 5 V -ról működnek, ezért győződjön meg róla, hogy 5 V -os tápegységet kap.

Bluetooth

Azt akartam, hogy a kijelző interaktív legyen. A telefonos alkalmazással való Bluetooth -kapcsolat volt a legegyszerűbb módja ennek. A HC05 Bluetooth modul könnyen használható. Csak soros kapcsolatként kezeli.

9. lépés: Elektronika

Kapcsolódási térkép

Olvassa el a csatlakozásokat a kapcsolási rajz képén vagy az alábbiakban:

(Arduino) D9 - DIN (LED lánc kezdete)

(Arduino) GND - GND (tápegység)

(Arduino) +5V - +5V (tápegység)

(Arduino) TX - 1K ellenállás - 2K ellenállás - GND (tápegység)

A két ellenállás középpontja - RX (Bluetooth modul)

(Arduino) RX - TX (Bluetooth modul)

(Tápegység) +5V - +5V (LED lánc kezdete)

(Tápegység) GND - GND (LED lánc kezdete)

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

(Tápegység) GND - GND (Bluetooth modul)

A LED -ek bekötése

A WS2812B LED -ek bekötése meglehetősen egyszerű, de SOK! 90 LED van, egyenként 6 forrasztási csatlakozással. Ez 540 forrasztási kötés! WS2812B -ket hoztam kis kör alakú áramköri lapokra, ami kissé bosszantó volt, mivel forró ragasztóval kellett ragasztani őket az egyes polcok tetejére. Azt javaslom, hogy szerezze be a WS2812B LED csíkokat, amelyeket a "Amire szükségetek" részben linkeltem, mert már ragacsos hátlappal rendelkeznek, és nagyobb felületűek, így könnyebb velük dolgozni. Ha a csíkokat választja, minden LED -et ki kell vágni az érintkezőpárnák közötti vonalak vágásával.

Minden WS2812B 6 csatlakozással rendelkezik. 2 +5V, 2 GND, DIN és DOUT. A DIN és DOUT a Data In és Data Out kifejezéseket jelenti. Az adatvezetéknek az előző DOUT LED -ekről a következő DIN LED -ekre kell haladnia. A táp- és a földvezetékek követik a példát, amíg az összes LED láncként össze nem kötődik. A kapcsolási rajz a LED -ek bekötését ábrázolja, ha a magyarázatomnak nem volt értelme!

Megjegyzés: A LED -eken nyíl látható, amely jelzi, hogy milyen irányba kell nézniük a láncban. Ez jó mutató ahelyett, hogy csak a DIN -t és a DOUT -ot néznénk.

A LED -eket minden polc tetejére felragasztottam a "LED -elrendezés" ábrán látható irányban.

Ismét a "LED -elrendezés" diagramot követve levágtam a vezetékeket, amelyek az MDF hátlapján fúrt lyukakon keresztül a lánc minden LED -je közé értek. Más színű vezetéket használtam a +5V, GND és Data vonalakhoz, hogy megbizonyosodjak arról, hogy nincs zavar, hogy melyik vezeték melyik LED -hez van forrasztva. Mielőtt összeforrasztottam volna őket, minden huzalt le kellett vetnem drótvágóval, a fenti 3 bekezdés szerint.

A tápegység bekötése

FIGYELMEZTETÉS: A HÁLÓZATI ÁRAM ÖLHET. FIGYELEM HASZNÁLATA AZ ÁRAMELLÁTÁS BEVEZETÉSÉNEK VAGY VÁSÁROLJON TÁPELLÁTÓT MÁR CSATLAKOTT KÁBELTEL.

Az általam hozott tápegységhez nem volt csatlakoztatva hálózati kábel. Találtam egy hálózati tápkábelt az országom használt használt áruházából. A tápegység, amelyet a "Amire szüksége van" részben linkeltem, 110/240V bemenetre van méretezve, így a legtöbb országban működnie kell.

MEGJEGYZÉS: AZ ALÁBBI SZÍNKÓDOZOTT HÁLÓZATI VEZETÉKEK MÁS KÜLÖNBÖZŐK lehetnek különböző országokban.

Lehúztam a tápkábelt, hogy láthatóvá váljon a 3 színes vezeték. Zöld a földhöz, kék a semlegeshez és barna a fázishoz. Ezeket a vezetékeket a tápegység csavaros kapcsaihoz kötöttem.

(Vezeték) Zöld -> GND (Tápegység)

(Vezeték) Kék -> N (Tápegység)

(Vezeték) Barna -> L (Tápegység)

MEGJEGYZÉS: HA KAPCSOLÓDÓ HÁLÓZATOT KERESZTEL - NÉZZE MEG A HELYI SZÍNKÓDOLÁST.

Arduino és Bluetooth modul

Az alkatrészek forrasztásához egy prototípus táblát használtam. Az Arduino Nano -t két méretre vágott női tűfejlécre vágtam, majd a fejléceket Arduino -val a prototípus táblába. Ezután alulról forrasztottam a fejléceket a prototípus táblához. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy legyen egy cserélhető Arduino programozáshoz. Valójában egy Arduino nano terminált használtam a kijelzőhöz, de fejléceket használnék, ha újra megtenném.

Ugyanezt tettem a Bluetooth modullal is, de a fejlécek nélkül (nem kell eltávolítani).

A csavaros sorkapcsokat beforrasztották, hogy megkönnyítsék a csatlakoztatást a LED -lánchoz és a tápegységhez (a huzalozás továbbra is ugyanaz, mint az ábrán, de a tápvezetékek és a LED -láncvezetékek csavaros kapoccsal vannak megszakítva.

A Bluetooth-modult, az Arduino-t, a tápegységet és a LED-lánc kezdő végét ezután a bekötési rajz szerint összeforrasztották méretre vágott és lecsupaszított vezetékekkel.

Az elektronika biztosítása

A prototípus táblát és a tápegységet ezután forró ragasztóval rögzítették a periódusos rendszer hátuljához.

10. lépés: Kód

Próbáltam leíró módon megjegyzést fűzni, és megkönnyíteni a kód követését.

Itt egy gyors leírás a működéséről:

Definíciók

A kód teteje tele van tömbökkel, amelyek a periódusos rendszerrel kapcsolatos információkat tárolják, és átválthatnak a LED -lánc elrendezése és az elemek megszervezése között.

Bluetooth

A ciklus egyetlen kódja az a kód, amely a soros kapcsolat adatait olvassa be (amelyhez a Bluetooth modul csatlakozik), és hívjon egy funkciót, amely kiválasztja, hogy mit kezdjen a kapott parancsokkal.

Parancsok

A legtöbb parancs csak egyetlen szó. Néhányuknak például előtagja és utótagja van: a select23 bekapcsolja a 23 -as elemet. Van egy függvény, amely akkor működik, ha a megadott parancsnak van előtagja, és ha igen, visszaadja az utótagot.

Funkciók

Minden animáció vagy funkció egy funkcióban van. Látni fogja, hogy elég sok van, ha megnézi a kódot! Amikor a függvényeket a megadott paraméterekkel hívják meg, a kijelző világít és mindent megtesz!

Erőforrások

A Bluetooth csatlakozási kódomat erre az oktatóanyagra alapoztam: Bluetooth és Arduino bemutató

A WL2812B -k vezérlésére szolgáló FastLED könyvtár letölthető innen: FastLED könyvtár

A FastLED könyvtár használatával kapcsolatos információk itt találhatók: FastLED információk

11. lépés: Telefonos alkalmazás

Az MIT App Inventor egy nagyszerű online eszköz, amely viszonylag egyszerűvé teszi az Android -alkalmazások létrehozását. Többféleképpen tekintheti meg az alkalmazást létrehozásakor, hogy megbizonyosodjon arról, hogy megfelelő -e. Könnyen elsajátítható blokkalapú programozást használ.

A fő ok, amiért szeretem az App Inventort, az, hogy a telefonjaim Bluetooth segítségével csatlakozhat egy Arduino -hoz Bluetooth modullal!

Rengeteg oktatóanyag van az induláshoz. Itt egy nagyszerű utasítás az App Inventor számára az Arduino segítségével.

Barátnőm ehhez hozzájárult azzal, hogy elkészítette a kijelző vezérléséhez használt alkalmazást. Van egy kereshető lista, amely kiválaszthatja az egyes elemeket, a csúszkákat a hőmérséklet és a dátum funkciókhoz, valamint a gombokat minden máshoz. Van görgethető felső menüje is!

Az App Inventor fájl csatolva van, ha meg szeretné nézni. Ne feledje, hogy még dolgozunk néhány hibán.

12. lépés: Tippek

Íme néhány tipp minden elektronikai projekthez

Amikor összetett projektet készít, amelynek sok része kölcsönhatásba lép, kezdje az apró egyedi alkatrészekkel.

A kijelzőhöz azzal kezdtem, hogy követtem egy oktatóanyagot, amely szerint a Bluetooth modult egy Arduino-hoz kell csatlakoztatni, és adatokat kell küldeni egy kész Bluetooth terminál alkalmazással.

A munka megkezdése után a WS2812B LED -ek önállóan működtek, majd csatlakoztattam, majd hozzáadtam a Bluetooth modult.

Miután hozzáadtam néhány különböző funkciót, a barátnőm készített nekem egy alkalmazást az App Inventor 2 programmal, amely automatikusan elküldi a parancsokat a gombok megnyomásakor.

Ne tegyen mindent egyszerre. Kezdd kicsiben, majd építs nagyokat.

Villogó LED -ek

Nagy problémám volt a LED -ek villogásával, amikor túl sok LED -et tettem fehérré egyszerre.

Ez azért volt, mert az áramellátásomat alulértékelték a LED -ek számához képest? Valószínűleg. De egy másik hozzájáruló tényező a feszültségcsökkenés a távolsági kábeleken.

A feszültségcsökkenés kiküszöbölésére a tápegység +5V és GND vezetékeket közvetlenül a LED lánc végéhez és közepéhez kötöttem. Ez megoldotta a problémámat.

Vegye figyelembe, hogy csak a +5V és a GND vezetékeket kell a végére és a középpontba kötni. A láncot csak 1 adatvezeték kötheti össze.

Vágás és töltés

Vigyázzon a darabok vágásakor, hogy pontos vágásokat kapjon. Egy ütközőfűrésszel ellátott gérvágó fűrész valószínűleg segít a halomban az apró daraboknak. A vágásaim nem voltak tökéletesek, ami résekhez vezetett, ami sok fa kitöltéséhez és csiszolásához vezetett.

Köszönöm, hogy elolvastad, remélem tetszett a folyamat