Interaktivna LED periodna tablica: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

By Bees KneesFollow Više od autora:

Moja djevojka i ja imamo zbirku 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 graditeljskoj slavi.

Znam da nema mnogo ljudi koji imaju zbirku elemenata, ali svatko ima nešto za prikazati! Cilj ove instrukcije je dati vam dovoljno razumijevanja procesa izgradnje, elektronike i koda za stvaranje vlastitog prilagođenog zaslona za sve što želite.

Interaktivnost zaslona čini ga odličnim nastavnim pomagalom za učitelje u demonstriranju značajki periodnog sustava i međusobnog odnosa različitih elemenata. Općenito je jednostavno zabavno gledati!

Korak 1: Što vam treba

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

Sva elektronika kupljena od Ali Expressa (navedene veze). Ali Express mjesto je za nabavku jeftine elektronike koja je obično iznenađujuće visoke kvalitete.

Materijali

Okvir - ključ: (duljina 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 --- Trgovina umjetnina
• Olovka
• Ukrasno oblikovanje (2400 mm) x2
• Balsa drvo (1000x10x2mm) x6 --- Trgovina umjetnina

Elektronika

• LED diode (neopikseli/ws2812b) x90 --- Ali Express Express "1m 100 IP30" dat će vam 100 LED vodonepropusnih
• Žica (5 metara role 22 kalibra ili slično. 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 Link
• Ženski pin zaglavlja --- Ali Express Link
• Vijčani terminali --- Ali Express Link

Alati

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

Korak 2: Planiranje

Značajke

• Zaslon je u obliku periodnog sustava. Na ovaj način LED diode mogu pokazati značajke i trendove periodnog sustava.
• Svaki položaj u periodnom sustavu zatvorena je polica na koju se može nasloniti 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 htio s ovim zaslonom je da bude interaktivan. Telefonska aplikacija čini zabavno igrati se s njom!

Graditeljstvo

Zaslon je izrađen od borovih dasaka 60x10 mm. Dobio sam svoj u duljinama od 2,4 m, ali bilo je na raspolaganju mnogo duljina. Svi potrebni komadi za rezanje lako se uklapaju u 7 duljina 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 "Duljine uokvirivanja i količine" koji prikazuje koliko svake duljine treba izrezati. Oba dijagrama su označena bojama i označena su slovima kako biste znali koji komad ide gdje. Svi će komadi 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 samo postavite na MDF i olovkom ocrtate oblike. Oblici ploča služe vam samo za ideju kako izgledaju.

Lantanidi i aktinidi

Trenutno nemam uzoraka lantanida i aktinida pa nisam napravio dio periodnog sustava koji ih sadrži. Hoću ipak u budućnosti!

Elektronika

Planiranje elektronike dokumentirano je kasnije u Instructable.

Korak 3: Rezanje drva

Slijedeći plan, komade bora 60x10 mm trebalo je izmjeriti i izrezati na određene duljine. Mjernom trakom i olovkom označio sam koliko je potrebno svaki komad drva, a zatim kvadratom povukao crtu po drvetu. Nakon svake označene crte, pilu sam rezao odmah iza crte. Nemojte rezati izravno na liniji ili ćete dobiti komad drveta koji je malo premalen zbog debljine lista pile. Zagladio sam grube rubove svakog komada brusnim papirom. Nakon svakog izrezivanja komada, bilo bi korisno označiti ga olovkom prema planu kako biste znatno olakšali sastavljanje.

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

Korak 4: Sastavljanje okvira

Htio sam da svi okomiti dijelovi od 60 mm budu poravnani tako da budu izmjereni, označeni i kvadratni gdje bi svaki od njih trebao biti zalijepljen na vodoravne ploče. Na primjer, donja daska "J" označena je na 10 mm (kako bi se omogućilo mjesto 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 spojene površine i pažljivo ih postavio u ispravne položaje te ih učvrstio stezaljkama. Zalijepila sam samo nekoliko komada odjednom i ostavila ih da se osuše zbog ograničenog broja stezaljki i jer je inače bilo teško sve držati ravno. Otkrio sam da je pomoglo položiti sve ravno na ravnu površinu i zategnuti stezaljke tek toliko da mogu još uvijek petljati s pozicioniranjem, a da se svi komadići ne prevrnu. Kad su komadi bili na svom mjestu, potpuno sam zategnuo stezaljke. Kad je okvir u potpunosti sastavljen, bio je puno 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: 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 oblikovanog drva koja čini okvire za slike) i zalijepio je drvo na stranice zaslona pazeći da ga pričvrsti na mjestu dok se ljepilo suši. Lukav dio toga je rezanje kutova od 45 stupnjeva u lajsni tako da se uglovi lijepo uklapaju. Moja je metoda bila presavijati komad papira A4 kratkog ruba do dugog ruba kako bi napravio kut od 45 stupnjeva i koristiti ga za iscrtavanje crte na donjoj (ravnoj strani) kalupa. Da biste postavili lajsne u red, izmjerite duljinu stranice zaslona na koju stavljate kalup i označite unutarnji rub kalupa tom duljinom. Pazite da počnete oko 30 mm i označite početnu točku. Linije od 45 stupnjeva zatim izlaze prema van od dvije označene točke.

Korak 6: Podloga i prednja ploča

Podupiranje

Zaslonu je potrebna podloga kako bi LED diode nešto reflektirale, učinile zaslon sigurnijim i sakrile sve žice koje će se tamo vratiti. 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 sve dok šav nije sakrio jedna od okomitih ploča okvira. Zatim sam olovkom ocrtao vanjski dio zaslona na MDF -u i izrezao ga pomoću pile. Okrenuo sam zaslon i zalijepio podlogu na stražnju stranu zaslona ljepilom za drvo. Pokrila sam podlogu teškim predmetima kako bih spriječila njeno podizanje ili pomicanje tijekom sušenja.

Rupe za podupiranje

Podloga treba rupe u svakoj ćeliji za prolaz žica LED dioda. Koristio sam akumulatorsku bušilicu i nastavak od 6 mm za bušenje dvije rupe u svakoj ćeliji. Jedna rupa u svakom gornjem kutu. S rupama i žicama u gornjim uglovima teže ih je vidjeti prilikom pregledavanja zaslona.

Prednja ploča

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

Kartice

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 mogu se vidjeti u odjeljku elektronike).

Korak 7: Završni dodiri

Slika

Bila je to teška odluka hoće li se drvo obojiti ili bojati. Na kraju sam cijeli zaslon obojao u bijelo nekom jeftinom akrilnom bojom. Odlučio sam da će bijela boja lijepo odražavati LED osvjetljenje i zaista osvjetljavati ćelije. Definitivno mi je išlo u prilog!

Laserski izrezana slova

Nedavno sam imao sreću da sam imao pristup laserskom rezaču pa sam izrezao neka prilagođena crna akrilna slova za zaslon. Mislim da doista dovršava estetiku zaslona. 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. WS2812B toliko olakšavaju život! Čak i ako ne izradite zaslon, preporučujem da se igrate s ovim LED diodama jer su nevjerojatne (i jeftine od Ali Expressa)!

Vlast

Za zaslon sam koristio 90 LED dioda WS2812B. Svaka LED dioda ima 3 boje (crvenu, zelenu i plavu) koje pune do 20 mA 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 što sam učinio i kupnju 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 s telefonskom aplikacijom bilo je najjednostavniji način za to. Bluetooth modul HC05 jednostavan je za korištenje. Vi to tretirate samo kao serijsku vezu.

Korak 9: Elektronika

Karta veze

Pročitajte spojeve 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 točka 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 izrezivanjem linija između kontaktnih jastučića.

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 u lanac. Dijagram ožičenja prikazuje kako su LED diode ožičene ako moje objašnjenje nije imalo smisla!

Napomena: LED diode imaju strelicu na sebi kako biste znali u kojem smjeru moraju biti okrenuti 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 "Raspored LED -a".

Ponovno 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 svu žicu ogoliti žicom za skidanje žice prije nego što sam ih zalemio, kao što je opisano u 3 odlomka 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 spojen mrežni kabel. Našao sam mrežni kabel iz lokalne trgovine rabljene robe za moju zemlju. Napajanje koje sam povezao u "Što vam treba" ocijenjeno je za ulaz 110/240V pa bi trebalo raditi u većini zemalja.

NAPOMENA: ISPOD OGLASA KODIRANI BOJOM MOGU BITI RAZLIČITI U RAZLIČITIM ZEMLJAMA.

Ogolio sam kabel za napajanje kako bih izložio žice u tri boje. Zeleno za zemlju, plavo za neutralno i smeđe 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 OŽIČITI MREŽU - 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 zaslon sam zapravo koristio Arduino nano terminal, ali bih koristio zaglavlja da to ponovim.

Isto sam učinio i s 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 priključkom.

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

Osiguranje elektronike

Ploča prototipa i napajanje zatim su vrućim ljepilom pričvršćeni na stražnju stranu periodnog sustava.

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 učiniti s naredbama koje prima.

Naredbe

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

Funkcije

Svaka animacija ili funkcija su u funkciji. Vidjet ćete da ih ima poprilično ako pogledate kôd! Kad se funkcije pozovu s ispravnim parametrima, zaslon zasvijetli i radi!

Resursi

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

Knjižnicu FastLED za upravljanje WS2812B možete preuzeti ovdje: FastLED knjižnica

Informacije o načinu korištenja knjižnice FastLED možete pronaći ovdje: FastLED informacije

11. korak: aplikacija za telefon

MIT App Inventor izvrstan je 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 izvrsnih uputstava za App Inventor s Arduinom.

Moja je djevojka ovdje dala svoj doprinos izradom aplikacije koja se koristi za upravljanje zaslonom. Postoji popis za pretraživanje za odabir pojedinačnih elemenata, klizne trake za funkcije temperature i datuma te gumbe za sve ostalo. Također ima i gornji izbornik koji se može pomicati!

Datoteka App Inventor prilaže se 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 složeni projekt s mnogo međusobno povezanih dijelova, počnite s malim pojedinačnim komponentama.

Za prikaz sam počeo slijediti vodič za povezivanje Bluetooth modula s Arduinom i slanje podataka s gotovom aplikacijom za Bluetooth terminal.

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, djevojka mi je napravila aplikaciju s App Inventor 2 za automatsko slanje naredbi pri pritisku gumba.

Ne činite sve odjednom. Počnite s malim, a zatim gradite s velikim.

Trepereće LED diode

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

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

Kako 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 podatkovna žica koja povezuje lanac.

Rezanje i punjenje

Budite oprezni pri rezanju komada kako biste dobili točne rezove. Kutna pila sa graničnikom vjerojatno bi pomogla hrpi za male komade. Moji rezovi nisu bili savršeni što je dovelo do praznina koje su dovele do puno punjenja i brušenja drva.

Hvala na čitanju, nadam se da ste uživali u procesu