Interaktīvā LED periodiskā tabula: 12 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Seko vairāk autora:

Mums ar draudzeni ir elementu kolekcija - unikālo matērijas paraugu paraugi, kas veido visu Visumā! Šādai interesantajai kolekcijai es nolēmu izveidot vitrīnu, kurā paraugi tiek parādīti visā to veidojošajā pasaules krāšņumā.

Es zinu, ka daudziem cilvēkiem nav elementu kolekcijas, bet ikvienam ir ko parādīt! Šīs pamācības mērķis ir sniegt jums pietiekamu izpratni par būvniecības procesu, elektroniku un kodu, lai izveidotu savu pielāgoto displeju visam, ko vēlaties.

Displeja interaktivitāte padara to par lielisku mācību līdzekli skolotājiem, lai parādītu periodiskās tabulas iezīmes un to, kā dažādi elementi ir savstarpēji saistīti. Arī skatīties kopumā ir vienkārši ļoti jautri!

1. darbība. Kas jums nepieciešams

Viss iegādāts vietējā datortehnikas veikalā, ja vien nav norādīts citādi.

Visa elektronika iegādāta no Ali Express (norādītas saites). Ali Express ir vieta, kur iegūt lētu elektroniku, kas parasti ir pārsteidzoši augstas kvalitātes.

Materiāli

Rāmis - atslēga: (garums x platums x augstums) x daudzums

• Priežu dēļi (2400x60x10mm) x7
• MDF loksne (1200x600x4.5mm) x2
• Smilšpapīrs (120)
• Koka līme
• Koka pildviela
• Balta akrila krāsa --- Mākslas veikals
• Zīmulis
• Dekoratīvā formēšana (2400 mm) x2
• Balsa koka (1000x10x2mm) x6 --- Mākslas veikals

Elektronika

• Gaismas diodes (neopikseļi/ws2812b) x90 --- Ali Express Link "1m 100 IP30" sniegs jums 100 necaurlaidīgas gaismas diodes
• Vads (5 m ruļļi 22 gab. Vai līdzīgi. Vēlams dažādas krāsas) x3 --- Ali Express Link
• Arduino Nano --- Ali Express saite
• Bluetooth modulis (HC05) --- Ali Express Link
• Barošanas avots (5V 4A) --- Ali Express Link
• Elektrības strāvas vads --- Lietotu preču veikals
• Lodēt --- Ali Express Link
• Punktu dēļa prototips --- Ali Express Link
• Sieviešu tapas galvenes --- Ali Express Link
• Skrūvju termināļi --- Ali Express Link

Rīki

• Lodāmurs
• Multimetrs --- Ali Express Link
• Rokas zāģis (vai galda zāģis)
• Karstās līmes pistole (ar līmes spieķiem)
• Urbis
• Urbis (3-8 mm)
• Skavas
• Mērlenta
• Stiepļu noņēmējs --- Ali Express Link

2. solis: plānošana

Iespējas

• Displejs ir periodiskās tabulas formā. Tādā veidā gaismas diodes var parādīt periodiskās tabulas iezīmes un tendences.
• Katra periodiskās tabulas pozīcija ir slēgts plaukts, uz kura var balstīties elementa paraugs.
• Es izmantoju WS2812B gaismas diodes, kuras es varu atsevišķi iedegt jebkuru krāsu.
• Displejam ir Bluetooth funkcionalitāte un tālruņa lietotne, lai to kontrolētu. Galvenais, ko es gribēju ar šo displeju, lai tas būtu interaktīvs. Izmantojot tālruņa lietotni, ir tik jautri spēlēties!

Būvniecība

Displejs ir izgatavots no 60x10 mm priedes dēļiem. Es saņēmu savu 2,4 m garumā, bet bija pieejami daudzi garumi. Visi griešanai nepieciešamie gabali viegli iederas 7 2,4 m garumos. Bija palicis gandrīz viens vesels garums - ja es pieļauju dažas kļūdas!

Es esmu uzzīmējis "ierāmēšanas plānu", kas jums jāievēro. Izmantojiet to ar ierāmēšanas garumiem un daudzumiem, kas parāda, cik no katra garuma ir jāsamazina. Abas diagrammas ir krāsu kodētas un apzīmētas ar burtiem, lai jūs zināt, kurš gabals uz kurieni iet. Visi gabali tiks izgriezti un pēc tam pielīmēti ar koka līmi.

Pēdējā diagramma attēlo priekšējā paneļa un aizmugurējā paneļa formas, kas tiks izgrieztas no MDF un pielīmētas vietā. Es iesaku vienkārši novietot rāmi virs MDF un izsekot figūrām ar zīmuli. Paneļu formas ir tikai, lai sniegtu priekšstatu par to izskatu.

Lantanīdi un aktinīdi

Man pašlaik nav lantanīdu un aktinīdu paraugu, tāpēc neveidoju to periodiskās tabulas daļu, kas tos satur. Es tomēr to darīšu nākotnē!

Elektronika

Elektronikas plānošana ir dokumentēta vēlāk Instructable.

3. solis: koka griešana

Ievērojot plānu, 60x10 mm priedes gabalus vajadzēja izmērīt un sagriezt to noteiktajos garumos. Es izmantoju mērlenti un zīmuli, lai atzīmētu, cik ilgi katrs koka gabals bija jāizmanto, un pēc tam ar kvadrātu novilku līniju pāri kokam. Pēc katras iezīmētās līnijas es ar zāģi nogriezu tieši aiz līnijas. Negrieziet tieši uz līnijas, pretējā gadījumā jūs iegūsit koka gabalu, kas zāģa asmens biezuma dēļ ir nedaudz par mazu. Katra gabala raupjās malas izlīdzināju ar smilšpapīru. Pēc katra gabala sagriešanas ir lietderīgi to marķēt ar zīmuli saskaņā ar plānu, lai daudz vieglāk saliktu.

Piezīme: precizitāte ir ļoti svarīga. Mani griezumi nebija pilnīgi perfekti, tāpēc man bija diezgan daudz nepilnību, lai vēlāk aizpildītu ar koka aizpildījumu. Galda zāģis vai slīpzāģis ar žogu vai apturēšanas bloku padarītu griezumus daudz precīzākus.

4. solis: rāmja montāža

Es gribēju, lai visas 60 mm vertikālās sekcijas būtu izlīdzinātas tā izmērītas, marķētas un kvadrātā, kur katra no tām jāpielīmē pie horizontālajiem dēļiem. Piemēram, apakšējā dēlis "J" ir atzīmēts ar 10 mm (lai būtu vieta vertikālai sānu plāksnei), tad es saskaitīju 60 un atzīmēju pie 70, tad skaitīju 10 vertikālajai daļai, tad vēl 60 un atzīmēju pie 140 un tā tālāk.

Lai saliktu gabalus, es uzklāju koka līmi virsmām, kuras tiks savienotas, un rūpīgi novietoju tās pareizajās pozīcijās un nostiprināju ar skavām. Es vienlaikus pielīmēju tikai dažus gabalus un ļāvu tiem nožūt, jo bija ierobežots skavu skaits un citādi bija grūti visu noturēt taisni. Es atklāju, ka tas palīdzēja visu nolikt līdzenā uz līdzenas virsmas un savilkt skavas tieši tik daudz, lai es joprojām varētu izklaidēties ar pozicionēšanu, nenokrītot visiem gabaliem. Kad gabali bija stāvoklī, es pilnībā pievilku skavas. Kad rāmis bija pilnībā samontēts, tas bija daudz spēcīgāks, nekā es gaidīju, jo bija daudz dažādu līmes savienojumu. Ja vēlaties spēcīgāku displeju, varat izmantot mazas skrūves vai sagrieztas spraugas, lai tās saliktu kopā.

Piezīme. Šādas struktūras salīmēšana kopā palīdz pēc iespējas vairāk skavu. Jūs, iespējams, varēsit aizņemties dažus no draugiem vai atrast tos lēti no otras puses.

5. solis: robežas

Lai displejs izskatītos mazliet jaukāks, lai to varētu piekārt pie sienas, es nolēmu to ierāmēt. Es atnesu dekoratīvu veidni (konturēta koka veids, kas veido attēlu rāmjus) un koks pielīmēja to displeja sānos, pārliecinoties, ka tas ir nostiprināts vietā, kamēr līme žūst. Sarežģītā daļa bija 45 grādu leņķu sagriešana veidnē, lai stūri labi saskanētu. Mana metode bija salocīt A4 papīra gabalu no īsās malas līdz garai malai, lai izveidotu 45 grādu leņķi, un izmantot to, lai izsekotu līniju veidnes apakšpusē (plakanajā pusē). Lai izlīdzinātu līstes, izmēriet displeja malas garumu, uz kuras jūs uzliekat veidni, un atzīmējiet tā iekšējo malu. Noteikti sāciet apmēram 30 mm un atzīmējiet arī sākuma punktu. Pēc tam 45 grādu līnijas iziet uz āru no diviem atzīmētajiem punktiem.

6. darbība: aizmugure un priekšējais panelis

Atbalsts

Displejam ir nepieciešams atbalsts, lai gaismas diodēm būtu kaut kas, kas atstarojas, padarītu displeju drošāku un paslēptu visus vadus, kas tur būs. Pamatnes izgatavošanai es izmantoju divas 1200x600x4.5mm MDF loksnes. Es novietoju MDF loksnes uz līdzenas virsmas ainavas orientācijā tieši blakus un novietoju displeja rāmi virs tām. Es pārvietoju rāmi, līdz šuvi paslēpa viens no rāmja vertikālajiem dēļiem. Pēc tam es ar zīmuli izsekoju displeja ārpusi uz MDF un izgriezu to, izmantojot zāģi. Es apgriezu displeju otrādi un ar koka līmi pielīmēju pamatni displeja aizmugurē. Es pārklāju pamatni ar smagiem priekšmetiem, lai žāvēšanas laikā tā netiktu pacelta vai kustētos.

Atbalsta caurumi

Pamatnei ir nepieciešami caurumi katrā šūnā, lai gaismas diodes vadi varētu iziet cauri. Es izmantoju bezvadu urbi un 6 mm uzgali, lai katrā šūnā izurbtu divus caurumus. Viens caurums katrā augšējā stūrī. Ņemot caurumus un vadus augšējos stūros, tos ir grūtāk redzēt, skatoties displeju.

Priekšējais panelis

Es gribēju, lai displejs būtu taisnstūrveida, tāpēc zem rāmja ievietoju 4,5 mm MDF gabalu un uz MDF izsekoja neregulāro 16x3 šūnu formu. Pēc tam es ar zāģi izgriezu formu un pielīmēju to pie rāmja ar koka līmi.

Cilnes

Es izgriezu mazus MDF kvadrātus ar 1 nogrieztu stūri, lai pielīmētu vietā, lai nedaudz drošāk turētu kopā priekšējo paneli un rāmi. (Šo cilņu fotoattēlus var redzēt elektronikas sadaļā).

7. solis: apdares darbi

Glezna

Tas bija grūts lēmums - krāsot koku vai krāsot to. Beigās visu displeju nokrāsoju baltu ar kādu lētu akrila krāsu. Es nolēmu, ka balts labi atspoguļos LED apgaismojumu un patiešām iedegs šūnas. Tas noteikti izdevās man par labu!

Lāzera grieztie burti

Man nesen paveicās, ka man bija pieeja lāzera griezējam, lai displejam izgrieztu dažus pielāgotus melnus akrila burtus. Es domāju, ka tas patiešām papildina displeja estētiku. Pirms man bija pieeja lāzera griezējam, es domāju par lētu koka burtu iegādi un krāsošanu. (Atrodiet pievienoto failu, kuru izmantoju).

8. solis: elektronika - plānošana

Gaismas diodes

Es izmantoju WS2812B gaismas diodes to elektroinstalācijas un kodēšanas viegluma dēļ. Sākotnēji es plānoju multipleksētu gaismas diožu un maiņu reģistru uzstādīšanu. WS2812B padara dzīvi daudz vieglāku! Pat ja jūs neveidojat displeju, es iesaku spēlēt ar šīm gaismas diodēm, jo tās ir neticamas (un lētas no Ali Express)!

Jauda

Displejam izmantoju 90 WS2812B gaismas diodes. Katrai gaismas diodei ir 3 krāsas (sarkani zaļa un zila), un katra no tām pilnā spilgtumā uzņem līdz 20 mA. Ja visas 3 krāsas ir maksimālā spilgtumā, gaismas diode uzņem līdz 60 mA.

60mA x 90 gaismas diodes = 5400mA (5.4A)

Es atradu lētu 5 voltu barošanas bloku vietnē Ali Express, kas varētu piegādāt 4A, tāpēc es to atvedu. Šis barošanas avots būs pietiekams, ja vien man nebūs pārāk daudz gaismas diodes pilnā spilgtumā. Man bija problēma ar mirgojošām gaismas diodēm, bet tas galvenokārt bija saistīts ar sprieguma kritumu (ko es paskaidrošu vēlāk). Es ieteiktu aprēķināt maksimālo strāvas patēriņu tāpat kā es un iegādāties vismaz šīs vērtības barošanas avotu.

WS2812B gaismas diodes darbojas ar 5 V spriegumu, tāpēc pārliecinieties, ka esat saņēmis 5 V barošanas avotu.

Bluetooth

Es gribēju, lai displejs būtu interaktīvs. Bluetooth savienojums ar tālruņa lietotni bija vienkāršākais veids, kā to izdarīt. HC05 Bluetooth modulis ir viegli lietojams. Jūs to vienkārši uzskatāt par sērijas savienojumu.

9. solis: elektronika

Savienojumu karte

Izlasiet savienojumus no elektroinstalācijas shēmas attēla vai zemāk rakstītā:

(Arduino) D9 - DIN (LED ķēdes sākums)

(Arduino) GND - GND (barošanas avots)

(Arduino) +5V - +5V (barošanas avots)

(Arduino) TX - 1K rezistors - 2K rezistors - GND (barošanas avots)

Divu rezistoru centrs - RX (Bluetooth modulis)

(Arduino) RX - TX (Bluetooth modulis)

(Barošanas avots) +5V - +5V (LED ķēdes sākums)

(Barošanas avots) GND - GND (LED ķēdes sākums)

(Barošanas avots) +5V - +5V (Bluetooth modulis)

(Barošanas avots) GND - GND (Bluetooth modulis)

Gaismas diodes vadi

WS2812B LED vadu savienošana ir diezgan vienkārša, taču to ir daudz! Katrā ir 90 gaismas diodes ar 6 lodēšanas savienojumiem. Tas ir 540 lodēšanas savienojumi! Es atvedu WS2812B uz mazām apļveida shēmas plāksnēm, kas bija nedaudz kaitinoši, jo man tās bija karsti jāpielīmē katra plaukta augšpusē. Es ieteiktu iegūt WS2812B LED sloksnes, kuras es saistīju sadaļā "Kas jums nepieciešams", jo tām jau ir lipīga pamatne un lielāka virsma, tāpēc ar tām ir vieglāk strādāt. Ja izvēlaties sloksnes, visas gaismas diodes ir jāizgriež, nogriežot līnijas starp kontaktu paliktņiem.

Katram WS2812B ir 6 savienojumi. 2 +5V, 2 GND, DIN un DOUT. DIN un DOUT nozīmē datu ievadi un datu izvadi. Datu vadam jāpāriet no iepriekšējām gaismas diodēm DOUT uz nākamajām gaismas diodēm DIN. Strāvas un zemējuma vadi seko šim piemēram, līdz visas gaismas diodes ir savienotas kopā kā ķēde. Elektroinstalācijas shēma attēlo, kā gaismas diodes ir savienotas, ja manam skaidrojumam nebija jēgas!

Piezīme. Gaismas diodēm ir bultiņa, lai jūs varētu zināt, kādā virzienā tiem jābūt vērstiem ķēdē. Tas ir labs rādītājs, nevis tikai skatīšanās uz DIN un DOUT.

Es karsti pielīmēju gaismas diodes katra plaukta augšdaļā, kas vērsta virzienā, kas parādīts diagrammā "LED izkārtojums".

Atkal pēc "LED izkārtojuma" diagrammas es nogriezu vadus, kas sasniedza starp katru ķēdes gaismas diodi caur caurumiem, kas urbti MDF pamatnē. Es izmantoju citas krāsas vadus +5V, GND un Data līnijām, lai pārliecinātos, ka nav neskaidrību par to, kurš vads tiek pielodēts pie kāda LED. Man bija jānoņem katrs vads ar stiepļu noņēmēju, pirms tos kopā lodēju, kā aprakstīts iepriekš 3. punktā.

Elektroapgādes vadi

BRĪDINĀJUMS: GALVENĀS SPĒKAS VAR NOGALĪT. LIETOJIET UZMANĪBU, SAVIENOT BAROŠANAS VEIDU VAI PIRKT SPECIFIKĀCIJU AR JAU PIEVIETOTU KABELI.

Atnestajam barošanas avotam nebija pievienots tīkla kabelis. Es atradu elektrības kabeli no vietējās lietotas preču veikala manā valstī. Barošanas avots, ko es saistīju sadaļā "Kas jums nepieciešams", ir paredzēts 110/240V ieejai, tāpēc tam vajadzētu darboties lielākajā daļā valstu.

PIEZĪME. KRĀSU KODĒTĀS GALVENĀS VADĪTĀS ATKĀRTOTĀS VALSTĪS var būt atšķirīgas.

Es atvienoju strāvas kabeli, lai atklātu 3 krāsainos vadus. Zaļš zemei, zils neitrālam un brūns fāzei. Es pievienoju šos vadus barošanas avota skrūvju spailēm.

(Vads) zaļš -> GND (barošanas avots)

(Vads) zils -> N (barošanas avots)

(Vads) brūns -> L (barošanas avots)

PIEZĪME: JA MĒĢINĀT VADĪT TĪKLUS - UZSKATIET VIETĒJO KRĀSU KODĒŠANU.

Arduino un Bluetooth modulis

Es izmantoju tāfeles prototipu, lai pielodētu komponentus. Es sadalīju Arduino Nano divās sloksnēs no sieviešu tapas, kas sagrieztas pēc izmēra, un pēc tam ievietoju galvenes ar Arduino prototipa plāksnē. Pēc tam es lodēju galvenes pie prototipa dēļa no apakšas. Tas ļauj mums izveidot noņemamu Arduino programmēšanai. Es faktiski izmantoju Arduino nano termināli savam displejam, bet izmantotu galvenes, ja to darītu vēlreiz.

Es darīju to pašu ar Bluetooth moduli, bet bez galvenēm (tam nav jābūt noņemamam).

Skrūvju spailes tika pielodētas, lai atvieglotu savienojumus ar LED ķēdi un barošanas avotu (elektroinstalācija joprojām ir tāda pati kā diagrammā, bet barošanas vadi un LED ķēdes vadi ir pārtraukti ar skrūvju spaili.

Pēc tam Bluetooth modulis, Arduino, barošanas avots un gaismas diožu ķēdes sākuma gals tika pielodēti kopā ar sagrieztiem izmēriem un atdalītiem vadiem saskaņā ar elektroinstalācijas shēmu.

Elektronikas nodrošināšana

Pēc tam prototipa dēlis un barošanas avots tika piestiprināti periodiskās tabulas aizmugurē, izmantojot karstu līmi.

10. darbība: kods

Esmu mēģinājis komentēt aprakstoši un padarīt kodu viegli izpildāmu.

Šeit ir īss pārskats par tā darbību:

Definīcijas

Koda augšdaļa ir piepildīta ar masīviem informācijas glabāšanai par periodisko tabulu un konvertēšanai starp to, kā LED ķēde ir sakārtota un kā elementi jāorganizē.

Bluetooth

Vienīgais kods kontūrā ir kods, lai nolasītu datus no seriālā savienojuma (kuram ir pievienots Bluetooth modulis) un izsauktu funkciju, kas izvēlas, ko darīt ar saņemtajām komandām.

Komandas

Lielākā daļa komandu ir tikai atsevišķi vārdi. Dažiem ir prefikss un, piemēram, sufikss: select23 ieslēgs elementu 23. Ir funkcija, kas darbojas, ja dotajai komandai ir prefikss un atgriež tās sufiksu, ja tā ir.

Funkcijas

Katra animācija vai funkcionalitāte ir funkcijā. Jūs redzēsit, ka to ir diezgan daudz, ja paskatās uz kodu! Kad funkcijas tiek izsauktas ar pareizajiem parametriem, displejs iedegas un dara lietas!

Resursi

Es balstīju savu Bluetooth savienojuma kodu uz šo apmācību: Bluetooth un Arduino apmācība

FastLED bibliotēku WS2812B kontrolei var lejupielādēt šeit: FastLED bibliotēka

Informāciju par FastLED bibliotēkas izmantošanu var atrast šeit: FastLED informācija

11. darbība. Tālruņa lietotne

MIT App Inventor ir lielisks tiešsaistes rīks, kas ļauj salīdzinoši viegli izveidot Android lietotnes. Izveidojot lietotni, varat to apskatīt vairākos veidos, lai pārliecinātos, ka tā ir pareiza. Tas izmanto viegli apgūstamu, uz blokiem balstītu programmēšanu.

Galvenais iemesls, kāpēc es mīlu App Inventor, ir tas, ka tas var izmantot manu tālruņu Bluetooth, lai izveidotu savienojumu ar Arduino ar Bluetooth moduli!

Lai sāktu darbu, ir daudz pamācību. Šeit ir lieliska pamācība lietotņu izgudrotājam ar Arduino.

Mana draudzene sniedza savu ieguldījumu, izveidojot lietotni displeja vadīšanai. Ir saraksts ar meklēšanu, lai atlasītu atsevišķus elementus, slīdņa joslas temperatūras un datuma funkcijām un pogas visam pārējam. Tam ir arī ritināšanas iespēja augšējā izvēlne!

App Inventor fails ir pievienots, ja vēlaties to apskatīt. Ņemiet vērā, ka mēs joprojām izstrādājam dažas kļūdas.

12. solis: padomi

Šeit ir daži padomi jebkuram elektronikas projektam

Ikreiz, kad veicat sarežģītu projektu ar daudzām mijiedarbojošām daļām, sāciet ar mazajām atsevišķajām sastāvdaļām.

Displejā es sāku ar apmācību, lai savienotu Bluetooth moduli ar Arduino un nosūtītu datus ar gatavu Bluetooth termināļa lietotni.

Pēc šīs darbības es saņēmu, ka WS2812B gaismas diodes darbojas atsevišķi, pēc tam pievienoju un pievienoju Bluetooth moduli.

Pēc dažu dažādu funkciju pievienošanas mana draudzene man izveidoja lietotni ar App Inventor 2, lai komandas automātiski nosūtītu, nospiežot pogas.

Nedariet visu uzreiz. Sāciet ar mazu, tad veidojiet lielu.

Mirgojošas gaismas diodes

Man bija liela problēma ar gaismas diodes mirgošanu, kad vienlaikus padarīju pārāk daudz gaismas diodes baltas.

Vai tas bija tāpēc, ka mans barošanas avots bija nepietiekami novērtēts gaismas diožu skaitam? Droši vien. Bet vēl viens veicinošs faktors ir sprieguma kritums tālsatiksmes kabeļos.

Lai novērstu sprieguma kritumu, es pievienoju barošanas avotu +5V un GND vadus tieši LED ķēdes galā un centrā. Tas novērsa manu problēmu.

Ņemiet vērā, ka tikai +5V un GND vadi jāpievieno līdz galam un centrā. Ķēdei vajadzētu savienot tikai vienu datu vadu.

Griešana un pildīšana

Griezot gabalus, esiet uzmanīgi, lai iegūtu precīzus griezumus. Šķēres zāģis ar pieturas bloku, iespējams, palīdzētu maziem gabaliem. Mani griezumi nebija perfekti, kas noveda pie spraugām, kas noveda pie daudz koksnes aizpildīšanas un slīpēšanas.

Paldies, ka lasījāt, cerams, ka jums patika process