Interaktívna periodická tabuľka LED: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Od Bees Knees Nasledovať viac od autora:

Moja priateľka a ja máme zbierku prvkov - vzorky jedinečných kúskov hmoty, ktoré tvoria všetko vo vesmíre! Pre takú zaujímavú zbierku som sa rozhodol postaviť vitrínu, ktorá predvádza vzorky v celej ich svetovej budovateľskej sláve.

Viem, že nie veľa ľudí má zbierku prvkov, ale každý má čo ukázať! Cieľom tohto pokynu je poskytnúť vám dostatočné znalosti o stavebnom procese, elektronike a kóde, aby ste si mohli vytvoriť svoj vlastný prispôsobený displej pre čokoľvek, čo chcete.

Interaktivita displeja z neho robí vynikajúcu učebnú pomôcku pre učiteľov, ktorí môžu predviesť vlastnosti periodickej tabuľky a vzájomné prepojenie rôznych prvkov. Sledovanie je vo všeobecnosti tiež veľmi zábavné!

Krok 1: Čo potrebujete

Všetko zakúpené v miestnom železiarstve, pokiaľ nie je uvedené inak.

Všetka elektronika zakúpená v spoločnosti Ali Express (uvedené odkazy). Ali Express je miesto, kde môžete získať lacnú elektroniku, ktorá má zvyčajne prekvapivo vysokú kvalitu.

Materiály

Rám - kľúč: (dĺžka x šírka x výška) x množstvo

• Borovicové dosky (2 400 x 60 x 10 mm) x 7
• List MDF (1200 x 600 x 4,5 mm) x2
• Brúsny papier (zrnitosť 120)
• Lepidlo na drevo
• Drevná výplň
• Biela akrylová farba --- Obchod s umením
• Ceruzka
• Dekoratívne lišty (2 400 mm) x 2
• Balzové drevo (1000x10x2mm) x6 --- Obchod s umením

Elektronika

• LED diódy (Neopixely/ws2812b) x90 --- Ali Express Link „1 m 100 IP30“vám poskytne 100 nevodotesných LED diód
• Drôt (5 m kotúče s rozchodom 22 alebo podobným. Uprednostňujú sa rôzne farby) x3 --- Ali Express Link
• Arduino Nano --- Ali Express Link
• Modul Bluetooth (HC05) --- Ali Express Link
• Napájanie (5V 4A) --- Ali Express Link
• Sieťový napájací kábel --- Predajňa použitého tovaru
• Spájka --- Ali Express Link
• Prototypová tabuľka --- Ali Express Link
• Ženské kolíkové hlavičky --- Ali Express Link
• Skrutkové svorky --- Ali Express Link

Nástroje

• Spájkovačka
• Multimeter --- Ali Express Link
• Ručná píla (alebo stolná píla)
• Horúca lepiaca pištoľ (s lepiacimi tyčinkami)
• Vŕtačka
• Vŕtačka (3-8 mm)
• Svorky
• Zvinovací meter
• Odstraňovač drôtov --- Ali Express Link

Krok 2: Plánovanie

Vlastnosti

• Displej má tvar periodickej tabuľky. LED diódy tak môžu predvádzať funkcie a trendy v periodickej tabuľke.
• Každá pozícia v periodickej tabuľke je uzavretá polica, na ktorej môže odpočívať vzorka prvku.
• Použil som LED diódy WS2812B, ktoré môžem individuálne rozsvietiť na akúkoľvek farbu.
• Displej má funkciu Bluetooth a aplikáciu na ovládanie telefónu. Hlavnou vecou, ktorú som pri tomto displeji chcel, bolo, aby bol interaktívny. S aplikáciou pre telefón je tak zábavné hrať!

Konštrukcia

Displej je vyrobený z borovicových dosiek 60 x 10 mm. Dostal som svoje v dĺžkach 2,4 m, ale bolo k dispozícii veľa dĺžok. Všetky požadované kusy na rezanie sa ľahko zmestia do 7 dĺžok 2,4 m. Zostala takmer jedna celá dĺžka - v prípade, že som urobil nejaké chyby!

Nakreslil som „Rámcový plán“, ktorý musíte dodržiavať. Použite to v časti „Orámovanie dĺžok a množstiev“, ktorá ukazuje, koľko z každej dĺžky je potrebné skrátiť. Oba diagramy sú farebne odlíšené a označené písmenami, aby ste vedeli, kam ktorý kúsok smeruje. Všetky kusy budú vystrihnuté a potom zlepené lepidlom na drevo.

Posledný diagram zobrazuje tvary predného panela a zadného panelu, ktoré budú vyrezané z MDF a prilepené na miesto. Odporúčam jednoducho položiť rám na MDF a obkresliť tvary ceruzkou. Tvary panelov slúžia len na to, aby ste mali predstavu o tom, ako vyzerajú.

Lanthanoidy a aktinidy

V súčasnej dobe nemám žiadne vzorky lantanoidov a aktinidov, takže som nevytvoril časť periodickej tabuľky, ktorá ich obsahuje. Budem však v budúcnosti!

Elektronika

Plánovanie elektroniky je zdokumentované neskôr v návode na obsluhu.

Krok 3: Rezanie dreva

Podľa plánu bolo potrebné kusy borovice 60 x 10 mm zmerať a narezať na konkrétne dĺžky. Zvinovacím metrom a ceruzkou som označil, ako dlho je potrebné každý kus dreva použiť, a potom som pomocou štvorca nakreslil čiaru cez drevo. Po každom vyznačenom riadku som pílou rezal tesne za čiarou. Nestrihajte priamo na linke, alebo skončíte s kusom dreva, ktoré je vzhľadom na hrúbku pílového kotúča príliš malé. Hrubé hrany každého kusu som vyhladil brúsnym papierom. Po každom narezaní kusa je užitočné označiť ho ceruzkou podľa plánu, aby bola montáž oveľa jednoduchšia.

Poznámka: Presnosť je veľmi dôležitá. Moje rezy neboli úplne dokonalé, takže som mal niekoľko medzier, ktoré som neskôr vyplnil drevenou výplňou. Stolná píla alebo pokosová píla s plotom alebo dorazovým blokom by rezy urobili oveľa presnejšie.

Krok 4: Zostavenie rámu

Chcel som, aby boli všetky 60 mm zvislé časti zarovnané tak, aby boli zmerané, označené a zarovnané na druhú, kde by mala byť každá z nich prilepená k vodorovným doskám. Napríklad spodná doska „J“je označená 10 mm (aby bol priestor pre zvislú bočnicu), potom napočítam 60 a označím 70, potom počítam 10 pre zvislý rez, potom ďalších 60 a označím 140 a tak ďalej.

Aby som kúsky spojil, naniesol som na povrchy, ktoré sa majú spojiť, lepidlo na drevo a opatrne som ich umiestnil do správnych polôh a zaistil ich svorkami. Včas som nalepil iba niekoľko kúskov a nechal som ich zaschnúť kvôli môjmu obmedzenému počtu svoriek a pretože bolo ťažké udržať všetko inak rovné. Zistil som, že pomohlo položiť všetko na rovný povrch a dotiahnuť svorky tak, aby som stále mohol hrať s určovaním polohy bez toho, aby sa všetky kusy prevrhli. Akonáhle boli kusy na svojom mieste, úplne som utiahol svorky. Keď bol rám úplne zmontovaný, bol oveľa pevnejší, než som očakával, vzhľadom na to, koľko rôznych lepených spojov bolo. Ak ste chceli silnejší displej, môžete použiť malé skrutky alebo vyrezané otvory, aby kusy do seba zapadali.

Poznámka: Pri lepení takejto štruktúry dohromady pomáha mať čo najviac svoriek. Môžete si niektoré požičať od priateľov alebo ich nájsť lacno z druhej ruky.

Krok 5: Hranice

Aby displej vyzeral o niečo krajší na zavesenie na stenu, rozhodol som sa ho zarámovať. Priniesol som nejaké ozdobné lišty (typ kontúrovaného dreva, z ktorého sa vyrábajú rámy na obrázky) a drevo ho prilepilo k bokom displeja, aby ste ho počas zasychania lepidla zaistili na svojom mieste. Zložité na tom bolo vyrezanie 45 stupňových uhlov vo výlisku, aby rohy do seba pekne zapadali. Mojou metódou bolo zložiť kus papiera formátu A4 s kratším okrajom na dlhý okraj tak, aby zvieral uhol 45 stupňov, a použiť ho na vyznačenie čiary na spodnej strane (plochej strane) lišty. Aby sa výlisky zoradili, zmerajte dĺžku bočnej strany displeja, na ktorý nasadzujete výlisok, a označte ním vnútornú hranu výlisku. Začnite asi 30 mm a označte si aj východiskový bod. 45 stupňové čiary potom idú von z dvoch označených bodov.

Krok 6: Zadná časť a predný panel

Podpora

Displej potrebuje podporu, aby LED diódy mohli niečo odrážať, aby bol displej bezpečnejší a skryl všetky káble, ktoré tam budú. Na výrobu podložky som použil dva listy MDF s rozmermi 1 200 x 600 x 4,5 mm. Listy MDF som položil na rovný povrch v orientácii na šírku tesne vedľa seba a na ne položil rám displeja. Posunul som rám, kým nebol šev skrytý jednou zo zvislých dosiek rámu. Potom som ceruzkou vystopoval vonkajšiu stranu displeja na MDF a vyrezal som ho pílou. Otočil som displej hore dnom a lepidlom na drevo som nalepil zadnú stranu displeja. Podklad som zakryl ťažkými predmetmi, aby sa počas sušenia prestal dvíhať alebo pohybovať.

Zadné otvory

Podložka potrebuje otvory v každej bunke, cez ktoré môžu prechádzať vodiče LED. Akumulátorovým vrtákom a 6 mm vrtákom som vyvŕtal dva otvory v každej komore. V každom hornom rohu jedna diera. S otvormi a drôtmi v horných rohoch sú pri sledovaní displeja ťažšie viditeľné.

Predný panel

Chcel som, aby bol displej viac obdĺžnikový, a tak som pod rám umiestnil kus 4,5 mm MDF a nakreslil som na MDF nepravidelný tvar bunky 16 x 3. Potom som pílou vyrezal tvar a prilepil ho na rám lepidlom na drevo.

Tab

Nakrájal som malé štvorce z MDF s 1 odrezaným rohom, aby lepilo na mieste, aby predný panel a rám držali o niečo bezpečnejšie. (Fotografie týchto kariet je možné vidieť v sekcii elektroniky).

Krok 7: Dokončenie dotykov

Maľba

Bolo to ťažké rozhodnutie, či drevo namoriť alebo natrieť. Nakoniec som celý displej natrel bielou farbou lacnou akrylovou farbou. Rozhodol som sa, že biela bude pekne odrážať LED osvetlenie a skutočne rozsvieti cely. Rozhodne to vyšlo v môj prospech!

Laserom rezané písmená

Nedávno som mal to šťastie, že som mal prístup k laserovej rezačke a vyrezal som na ňu vlastné čierne akrylové písmena. Myslím, že skutočne dotvára estetiku displeja. Predtým, ako som mal prístup k laserovej rezačke, premýšľal som o kúpe lacného dreveného písma a vymaľovaní. (V prílohe nájdite súbor, ktorý som použil).

Krok 8: Elektronika - plánovanie

LED diódy

Použil som LED WS2812B kvôli ich jednoduchému zapojeniu a kódovaniu. Pôvodne som plánoval nastavenie multiplexovaných LED a posuvných registrov. WS2812Bs robia život oveľa jednoduchším! Aj keď nebudete stavať displej, odporúčam sa hrať s týmito diódami LED, pretože sú neuveriteľné (a lacné od Ali Express)!

Moc

Na displej som použil 90 LED WS2812B. Každá LED dióda má 3 farby (červená zelená a modrá), z ktorých každá čerpá až 20 mA pri plnom jase. Ak sú všetky 3 farby pri maximálnom jase, LED bude svietiť až 60 mA.

60mA x 90 LED = 5400mA (5,4A)

Na Ali Express som našiel lacný 5 voltový napájací zdroj, ktorý by mohol dodávať 4A, a tak som ho priniesol. Toto napájanie bude dostatočné, pokiaľ nebudem mať príliš veľa LED diód pri plnom jase súčasne. Mal som problém s blikajúcimi LED diódami, ale bolo to hlavne kvôli poklesu napätia (čo vysvetlím neskôr). Odporúčal by som vypočítať maximálny odber prúdu tak, ako som to urobil ja, a kúpiť napájací zdroj aspoň tejto hodnoty.

LED diódy WS2812B bežia na 5V, preto si zaobstarajte napájanie 5V.

Bluetooth

Chcel som, aby bol displej interaktívny. Najľahším spôsobom, ako to dosiahnuť, bolo pripojenie Bluetooth k aplikácii v telefóne. Modul Bluetooth HC05 sa ľahko používa. Považujete to iba za sériové pripojenie.

Krok 9: Elektronika

Mapa pripojenia

Prečítajte si zapojenia z obrázku schémy zapojenia alebo napísaného nižšie:

(Arduino) D9 - DIN (začiatok reťazca LED)

(Arduino) GND - GND (napájací zdroj)

(Arduino) +5V - +5V (napájanie)

(Arduino) TX - 1K odpor - 2K odpor - GND (napájací zdroj)

Stredový bod dvoch rezistorov - RX (modul Bluetooth)

(Arduino) RX - TX (modul Bluetooth)

(Napájanie) +5V - +5V (začiatok reťazca LED)

(Napájanie) GND - GND (Začiatok reťazca LED)

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

(Napájanie) GND - GND (modul Bluetooth)

Zapojenie LED diód

Zapojenie LED WS2812B je pomerne jednoduché, ale je ho VEĽA! K dispozícii je 90 LED diód, každá so 6 spájkovacími pripojeniami. To je 540 spájkovacích spojov! Priniesol som WS2812Bs na malé dosky s kruhovými obvodmi, čo bolo trochu nepríjemné, pretože som ich musel za horúca prilepiť na vrch každej police. Odporúčam zaobstarať si LED pásy WS2812B, ktoré som prepojil v časti „Čo potrebujete“, pretože už majú lepivú podložku a majú väčšiu plochu, takže sa s nimi ľahšie pracuje. Ak si vyberiete pásy, všetky LED diódy je potrebné vystrihnúť odstrihnutím čiar medzi kontaktnými podložkami.

Každý WS2812B má 6 spojení. 2 +5V, 2 GND, DIN a DOUT. Označenie DIN a DOUT znamená vstup a výstup údajov. Dátový vodič musí prechádzať z predchádzajúcich LED diód DOUT do ďalších LED diód DIN. Napájací a uzemňovací vodič nasledujú, kým nie sú všetky LED diódy spojené dohromady ako reťaz. Schéma zapojenia zobrazuje, ako sú LED diódy zapojené, ak moje vysvetlenie nemalo zmysel!

Poznámka: LED diódy majú na sebe šípku, ktorá vás informuje o tom, akým smerom musia v reťazci smerovať. Toto je dobrý ukazovateľ, nie iba pohľad na DIN a DOUT.

LED žiarovky som za horúca prilepil na vrch každej police otočenej v smere uvedenom na schéme „usporiadanie LED“.

Opäť podľa schémy „usporiadania LED“som prestrihol drôty, ktoré sa dostali medzi každú LED v reťazci, cez otvory vyvŕtané v podložke MDF. Použil som inú farbu drôtu pre vodiče +5V, GND a Data, aby som sa ubezpečil, že nedochádza k nejasnostiam v tom, ktorý vodič sa spájkuje s ktorou diódou LED. Pred spájkovaním som musel každý drôt odizolovať odizolovacím káblom, ako je popísané v 3 odsekoch vyššie.

Zapojenie napájacieho zdroja

UPOZORNENIE: SIEŤOVÁ SÍLA MÔŽE zabíjať. UPOZORNENIE POUŽÍVAJTE PRI ZAPOJOVANÍ NAPÁJANIA NAPÁJANIA ALEBO SI NAKUPUJTE NAPÁJANIE ZDROJOM UŽ PRIPOJENÝM KÁBLOM.

Napájací zdroj, ktorý som priniesol, nemal pripojený sieťový kábel. Sieťový napájací kábel som našiel v miestnom obchode s použitým tovarom pre moju krajinu. Napájací zdroj, ktorý som pripojil v časti „Čo potrebujete“, je dimenzovaný na vstup 110/240 V, takže by mal fungovať vo väčšine krajín.

UPOZORNENIE: FARBENÉ KÓDOVANÉ HLAVNÉ KÁBLY NIŽŠIE NÍŽE MUSIA BYŤ INÉ V INÝCH KRAJINÁCH.

Odizoloval som napájací kábel, aby som odhalil 3 farebné vodiče. Zelená pre Zem, modrá pre neutrálnu a hnedá pre fázu. Tieto vodiče som pripojil k skrutkovým svorkám napájacieho zdroja.

(Vodič) Zelená -> GND (Napájanie)

(Vodič) Modrá -> N (Napájanie)

(Drôt) hnedý -> L (napájací zdroj)

UPOZORNENIE: AK SA POKÚŠATE O KABELOVÉ HLAVICE - VYHĽADAJTE SI MIESTNE FARBENIE.

Modul Arduino a Bluetooth

Na spájkovanie komponentov som použil prototyp dosky. Vložil som Arduino Nano do dvoch prúžkov zásuvkových kolíkov rozrezaných na požadovanú veľkosť a potom som ich zasunul do Arduina do prototypovej dosky. Potom som zospodu spájkoval záhlavia na doske prototypu. To nám umožňuje mať odnímateľné Arduino na programovanie. V skutočnosti som na svoj displej použil nano terminál Arduino, ale ak by som to urobil znova, použil by som hlavičky.

To isté som urobil s modulom Bluetooth, ale bez hlavičiek (nemusí byť odnímateľné).

Skrutkové svorky boli spájkované, aby sa uľahčilo pripojenie k reťazcu LED a napájaniu (zapojenie je stále rovnaké ako na obrázku, ale napájacie vodiče a vodiče reťazca LED sú prerušené skrutkovým svorkami.

Modul Bluetooth, Arduino, napájací zdroj a počiatočný koniec reťazca LED sa potom spájkovali spolu s rozrezanými a odizolovanými vodičmi podľa schémy zapojenia.

Zabezpečenie elektroniky

Prototypová doska a napájací zdroj boli potom zaistené k zadnej časti periodickej tabuľky horúcim lepidlom.

Krok 10: Kód

Pokúsil som sa popisne komentovať a uľahčiť dodržiavanie kódu.

Tu je stručný prehľad toho, ako to funguje:

Definície

Horná časť kódu je vyplnená poliami na ukladanie informácií o periodickej tabuľke a prevod medzi spôsobom usporiadania reťazca LED a tým, ako by mali byť prvky organizované.

Bluetooth

Jediným kódom v slučke je kód na čítanie údajov zo sériového pripojenia (ku ktorému je pripojený modul Bluetooth) a vyvolanie funkcie, ktorá si vyberá, čo má robiť s príkazmi, ktoré prijíma.

Príkazy

Väčšina príkazov sú iba jednotlivé slová. Niektoré majú napríklad predponu a príponu: select23 zapne prvok 23. Existuje funkcia, ktorá funguje, ak má daný príkaz predponu, a ak áno, vráti jej príponu.

Funkcie

Každá animácia alebo funkcia je vo funkcii. Uvidíte, že ich je dosť, ak sa pozriete na kód! Keď sú funkcie vyvolané so správnymi parametrami, displej sa rozsvieti a robí veci!

Zdroje

Svoj kód pripojenia Bluetooth som založil na tomto návode: návod na Bluetooth a Arduino

Knižnicu FastLED na ovládanie WS2812B si môžete stiahnuť tu: Knižnica FastLED

Informácie o tom, ako používať knižnicu FastLED, nájdete tu: Informácie o FastLED

Krok 11: Aplikácia Telefón

MIT App Inventor je úžasný online nástroj, ktorý umožňuje relatívne jednoduché vytváranie aplikácií pre Android. Existuje niekoľko spôsobov, ako si pri vytváraní aplikácie pozrieť, či je správna. Využíva ľahko naučiteľné blokové programovanie.

Hlavným dôvodom, prečo milujem App Inventor, je to, že môže používať moje telefóny Bluetooth na pripojenie k Arduinu s modulom Bluetooth!

Existuje množstvo návodov, ako začať. Tu je skvelý návod na aplikáciu App Inventor s Arduino.

Moja priateľka tu prispela vytvorením aplikácie používanej na ovládanie displeja. K dispozícii je prehľadateľný zoznam na výber jednotlivých prvkov, posúvače pre funkcie teploty a dátumu a tlačidlá pre všetko ostatné. Má tiež rolovacie horné menu!

Ak si ho chcete pozrieť, je priložený súbor App Inventor. Nezabudnite, že stále pracujeme na odstránení niektorých chýb.

Krok 12: Tipy

Tu je pár tipov na akýkoľvek projekt v oblasti elektroniky

Kedykoľvek robíte komplexný projekt s mnohými časťami, ktoré na seba pôsobia, začnite s malými jednotlivými komponentmi.

Pokiaľ ide o displej, začal som podľa tohto tutoriálu, ako prepojiť modul Bluetooth s Arduinom a odosielať údaje pomocou pripravenej aplikácie s terminálom Bluetooth.

Keď to začalo fungovať, nechal som LEDky WS2812B pracovať samy, potom som ich pripojil a potom pridal modul Bluetooth.

Po pridaní niekoľkých rôznych funkcií mi moja priateľka vytvorila aplikáciu s App Inventor 2 na automatické odosielanie príkazov po stlačení tlačidiel.

Nerobte všetko naraz. Začnite v malom a potom budujte vo veľkom.

Blikajúce LED diódy

Mal som veľký problém s blikaním diód LED, keď som naraz vyrobil príliš veľa diód LED.

Bolo to kvôli tomu, že môj zdroj napájania bol podhodnotený počtom diód LED? Pravdepodobne. Ale ďalším prispievajúcim faktorom je pokles napätia na kábloch na dlhé vzdialenosti.

Aby som opravil pokles napätia, pripojil som napájací zdroj +5V a GND vodiče priamo na koniec a do stredu reťazca LED. Toto vyriešilo môj problém.

Všimnite si toho, že na koniec a do stredu by mali byť zapojené iba vodiče +5V a GND. Reťazec by mal vždy spájať iba jeden dátový vodič.

Rezanie a plnenie

Pri rezaní kúskov dávajte pozor, aby ste dosiahli presné rezy. Pokosová píla so zarážkovým blokom by pravdepodobne pomohla hromadám malých kúskov. Moje rezy neboli dokonalé, čo viedlo k medzerám, ktoré viedli k veľkému množstvu výplne a brúsenia dreva.

Ďakujeme za prečítanie, dúfame, že sa vám postup páčil