טבלה מחזורית LED אינטראקטיבית: 12 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

ע י דבורי ברכיים עקוב אחר מאת המחבר:

לחברה שלי ולנו יש אוסף אלמנטים - דוגמאות של פיסות החומר הייחודיות המרכיבות את כל היקום! לאוסף כה מעניין החלטתי לבנות ויטרינה המציגה את הדוגמאות במלוא הדרו של בניית העולם.

אני יודע שלא להרבה אנשים יש אוסף אלמנטים אבל לכולם יש מה להציג! המטרה להנחיה זו היא לתת לך מספיק הבנה של תהליך הבנייה, האלקטרוניקה והקוד כדי ליצור תצוגה מותאמת אישית משלך עבור מה שאתה רוצה.

האינטראקטיביות של התצוגה הופכת אותו לכלי הוראה נהדר למורים להדגים תכונות של הטבלה המחזורית וכיצד אלמנטים שונים מתייחסים זה לזה. זה גם פשוט כיף לראות באופן כללי!

שלב 1: מה שאתה צריך

כל מה שנרכש מחנות חומרי בניין מקומית אלא אם צוין אחרת.

כל האלקטרוניקה שנרכשה מאלי אקספרס (קישורים ניתנים). עלי אקספרס הוא מקום להשיג ממנו מוצרי אלקטרוניקה זולים שבדרך כלל הם באיכות גבוהה להפתיע.

חומרים

מסגרת - מפתח: (אורך x רוחב x גובה) x כמות

• קרשים מעץ אורן (2400x60x10 מ"מ) x7
• גיליון MDF (1200x600x4.5 מ"מ) x2
• נייר זכוכית (120 גריסים)
• דבק לעץ
• מילוי עץ
• צבע אקרילי לבן --- חנות אומנות
• עִפָּרוֹן
• דפוס דקורטיבי (2400 מ"מ) x2
• עץ בלסה (1000x10x2mm) x6 --- חנות לאמנות

מכשירי חשמל

• נוריות (Neopixels/ws2812b) x90 --- עלי אקספרס קישור "1m 100 IP30" יעניק לך 100 נוריות לא עמידות במים
• חוט (5 מ 'גלילים 22 מד או דומה. עדיף צבעים שונים) x3 --- קישור עלי אקספרס
• Arduino Nano --- עלי אקספרס קישור
• מודול בלוטות '(HC05) --- קישור אלי אקספרס
• ספק כוח (5V 4A) --- קישור אלי אקספרס
• כבל חשמל --- חנות מוצרים משומשים
• הלחמה --- קישור עלי אקספרס
• לוח אב טיפוס --- קישור עלי אקספרס
• כותרות סיכה נקבות --- קישור עלי אקספרס
• מסופי בורג --- קישור עלי אקספרס

כלים

• מלחם
• מולטימטר --- קישור עלי אקספרס
• מסור ידני (או מסור שולחן)
• אקדח דבק חם (עם מקלות דבק)
• תרגיל
• מקדחה (3-8 מ"מ)
• מהדקים
• סרט מדידה
• חשפן החוט --- קישור עלי אקספרס

שלב 2: תכנון

מאפיינים

• התצוגה היא בצורת הטבלה המחזורית. כך נוריות ה- LED יכולות להשוויץ בתכונות ובטרנדים של הטבלה המחזורית.
• כל מיקום בטבלה המחזורית הוא מדף סגור שדגימת האלמנט יכולה לנוח עליו.
• השתמשתי בנורות WS2812B שאני יכול להדליק בנפרד כל צבע.
• לתצוגה יש פונקציונליות Bluetooth ואפליקציית טלפון לשליטה עליה. הדבר העיקרי שרציתי עם תצוגה זו היה שהוא יהיה אינטראקטיבי. אפליקציית הטלפון עושה את זה כל כך כיף לשחק איתו!

בְּנִיָה

התצוגה עשויה מלוחות אורן בגודל 60X10 מ מ. קיבלתי את שלי באורכים של 2.4 מ 'אבל היו הרבה אורכים זמינים. כל החלקים הנדרשים לחיתוך מתאימים בקלות ב -7 אורכים של 2.4 מ '. נשאר כמעט אורך שלם אחד - למקרה שעשיתי כמה טעויות!

ציירתי "תוכנית מסגור" שתוכל לעקוב אחריה. השתמש בזה עם "אורכי הכמות והמסגרות" המראה כמה מכל אורך צריך לחתוך. שתי הדיאגרמות מקודדות בצבע ומסומנות באותיות, כך שתדע איזו חתיכה הולכת לאן. כל החלקים יחתכו ואז יודבקו בדבק עץ.

התרשים האחרון מתאר את הצורות של הלוח הקדמי והפנל האחורי שייחתכו מ- MDF ויודבקו במקומן. אני ממליץ פשוט למקם את המסגרת על גבי ה- MDF ולחקור אחר הצורות בעיפרון. צורות הלוחות הן רק כדי לתת לך מושג איך הן נראות.

Lanthanides ו- Actinides

אין לי כרגע דוגמאות של Lanthanides ו- Actinides ולכן לא ביצעתי את החלק של הטבלה המחזורית המכילה אותם. אני אעשה זאת בעתיד!

מכשירי חשמל

תכנון האלקטרוניקה מתועד מאוחר יותר ב- Instructable.

שלב 3: חיתוך העץ

בהתאם לתוכנית, יש למדוד את חתיכות האורן בגודל 60x10 מ מ ולחתוך אותן לאורכן הספציפי. השתמשתי במד ועיפרון כדי לסמן כמה זמן צריך לכל פיסת עץ ואז להשתמש בריבוע כדי לצייר קו על פני העץ. אחרי כל קו מסומן השתמשתי במסור לחיתוך ממש מאחורי הקו. אל תחתכו ישירות על הקו או שתגיעו עם חתיכת עץ קטנה מדי בגלל עובי להב המסור. החלקתי את הקצוות המחוספסים של כל פיסה בנייר זכוכית. לאחר כל חיתוך חתיכה מועיל לתייג אותו בעיפרון בהתאם לתוכנית כדי להקל על ההרכבה הרבה יותר.

הערה: הדיוק הוא מאוד חשוב. החיתוכים שלי לא היו מושלמים אז היו לי לא מעט פערים למלא במילוי עץ מאוחר יותר. מסור שולחן או מסור כרית עם גדר או בלוק עצור בהתאמה יהפכו את החיתוכים למדויקים הרבה יותר.

שלב 4: הרכבת המסגרת

רציתי שכל החלקים האנכיים של 60 מ"מ יהיו מיושרים כל כך נמדדים, מסומנים ומרובעים במקום שבו כל אחד מהם צריך להיות מודבק ללוחות האופקיים. לדוגמה, הלוח התחתון "J" מסומן ב -10 מ"מ (כדי לאפשר מקום ללוח הצד האנכי), ואז אני סופר 60 ומסמן ב -70, ואז סופר 10 עבור החלק האנכי ואז עוד 60 ומסמן ב- 140 וכן הלאה.

כדי לחבר את החלקים מרחתי דבק עץ על המשטחים שיצטרפו ומיקמתי אותם בזהירות במיקומם הנכון ואבטחתי אותם בעזרת מהדקים. הדבקתי רק כמה חתיכות בזמן ונתתי להן להתייבש בגלל מספר המהדקים המוגבל שלי ומכיוון שהיה קשה לשמור על הכל בצורה אחרת. גיליתי שזה עזר להניח הכל שטוח על משטח שטוח ולהדק את המהדקים מספיק מספיק כדי שאני עדיין יכול להתעסק במיקום מבלי שכל החלקים ייפלו. לאחר שהחלקים היו במקומם הידקתי לגמרי את המהדקים. כשהמסגרת הורכבה במלואה היא הייתה הרבה יותר חזקה ממה שציפיתי בגלל כמה מפרקי דבק שונים. אם אתה רוצה תצוגה חזקה יותר אתה יכול להשתמש בברגים קטנים או בחריצים לחתוך כדי להתאים את החלקים יחד.

הערה: עם הדבקת מבנה כזה ביחד זה עוזר שיהיו כמה שיותר מהדקים. אולי תוכל ללוות כמה מחברים או למצוא אותם ביד שנייה בזול.

שלב 5: גבולות

כדי לגרום לתצוגה להראות קצת יותר נחמדה לתלייה על הקיר החלטתי למסגר אותה. הבאתי קצת דפוס דקורטיבי (סוג העץ המתאים שיוצר מסגרות לתמונות) והעץ הדביק אותו לדפנות המסך והקפיד להדק אותו במקומו בזמן שהדבק מתייבש. החלק המסובך של זה היה חיתוך זוויות 45 מעלות בתבנית כך שהפינות משתלבות יפה. השיטה שלי הייתה לקפל פיסת נייר A4 קצה קצר לקצה ארוך כדי ליצור זווית של 45 מעלות ולהשתמש בזה כדי לעקוב אחר קו בצד התחתון (הצד השטוח) של התבנית. כדי לקבל את התבניות בשורה למדוד את אורך הצד של התצוגה שאתה שם את התבנית ולסמן את הקצה הפנימי של התבנית באורך זה. הקפד להתחיל בערך 30 מ מ ולסמן גם את נקודת ההתחלה. הקווים של 45 מעלות יוצאים החוצה משתי הנקודות המסומנות.

שלב 6: גיבוי ולוח קדמי

גיבוי

התצוגה זקוקה לגיבוי כדי לתת לנוריות מה לשקף, להפוך את המסך לאבטח יותר ולהסתיר את כל החוטים שיחזרו לשם. כדי להכין את הגב השתמשתי בשני גיליונות של MDF 1200x600x4.5mm. הנחתי את יריעות ה- MDF על משטח שטוח בכיוון נוף ממש אחת ליד השנייה והנחתי את מסגרת התצוגה מעליהן. הזזתי את המסגרת עד שהתפר הוסתר על ידי אחד הלוחות האנכיים של המסגרת. אחר כך עקבתי סביב החלק החיצוני של התצוגה אל תוך ה- MDF בעיפרון וחתכתי אותו בעזרת מסור. הפכתי את המסך הפוך והדבקתי את החלק האחורי בגב התצוגה בעזרת דבק עץ. כיסיתי את הגב בחפצים כבדים כדי לעצור אותו להרים או לזוז בזמן הייבוש.

חורי גיבוי

הגיבוי זקוק לחורים בכל תא כדי שחוטי הלדים יעברו דרכו. השתמשתי במקדח אלחוטי ובמקצת 6 מ מ כדי לקדוח שני חורים בכל תא. חור אחד בכל פינה עליונה. עם החורים והחוטים בפינות העליונות קשה יותר לראות אותם כשצופים בתצוגה.

פאנל קדמי

רציתי שהתצוגה תהיה מלבנית יותר ולכן הנחתי פיסה של 4.5 מ מ MDF מתחת למסגרת ועקבתי אחר צורת התא הבלתי סדירה בגודל 16x3 על ה- MDF. לאחר מכן השתמשתי במסור כדי לחתוך את הצורה והדבקתי אותה על המסגרת בעזרת דבק עץ.

כרטיסיות

אני חותך ריבועי MDF קטנים עם פינה אחת חתוכה להדבקה במקום כדי להחזיק את הלוח הקדמי והמסגרת יחד בצורה מאובטחת יותר. (ניתן לראות תמונות של כרטיסיות אלה בחלק האלקטרוניקה).

שלב 7: גימור נגיעות

צִיוּר

זו הייתה החלטה קשה אם להכתים את העץ או לצבוע אותו. בסופו של דבר ציירתי את כל התצוגה בלבן עם קצת צבע אקרילי זול. החלטתי שהלבן ישקף יפה את תאורת ה- LED ובאמת יאיר את התאים. זה בהחלט הסתדר לטובתי!

אותיות בחיתוך לייזר

לאחרונה התמזל מזלי וקיבלתי גישה לחותך לייזר וחיברתי כמה אותיות אקריליות שחורות בהתאמה אישית לתצוגה. אני חושב שזה באמת משלים את האסתטיקה של התצוגה. לפני שהייתה לי גישה לחותך הלייזר חשבתי לקנות כמה אותיות עץ זולות ולצבוע אותו. (מצא את הקובץ שהשתמשתי בו המצורף).

שלב 8: אלקטרוניקה - תכנון

נוריות

השתמשתי בנורות WS2812B בגלל קלות החיווט והקידוד שלהן. במקור תכננתי התקנה של נוריות LED ורשומות משמרות. WS2812Bs הופכים את החיים לקלים הרבה יותר! גם אם לא בונים את המסך אני ממליץ לשחק עם הלדים האלה כי הם מדהימים (וזולים מאלי אקספרס)!

כּוֹחַ

השתמשתי ב 90 נוריות WS2812B לתצוגה. לכל LED יש 3 צבעים (אדום ירוק וכחול) שכל אחד מהם מצייר עד 20mA בהירות מלאה. אם כל 3 הצבעים נמצאים בהירות מקסימלית הנורית תצייר עד 60mA.

60mA x 90 נוריות = 5400mA (5.4A)

מצאתי ספק כוח זול 5 וולט ב- Ali Express שיכול לספק 4A אז הבאתי אותו. ספק הכוח הזה יספיק כל עוד אין לי יותר מדי נוריות בהירות מלאה בו זמנית. הייתה לי בעיה עם נוריות מהבהבות אבל זה נבע בעיקר מירידת מתח (שאסביר בהמשך). הייתי ממליץ לחשב את משיכת הזרם המקסימלית כמו שעשיתי ולרכוש ספק כוח בערך זה לפחות.

נוריות WS2812B פועלות על 5V אז הקפד לקבל ספק כוח של 5V.

בלוטות

רציתי שהתצוגה תהיה אינטראקטיבית. קישוריות בלוטות 'עם אפליקציית טלפון הייתה הדרך הקלה ביותר לעשות זאת. מודול Bluetooth Bluetooth קל לשימוש. אתה פשוט מתייחס לזה כחיבור סדרתי.

שלב 9: אלקטרוניקה

מפת חיבורים

קרא את החיבורים מתמונת תרשים החיווט או כתוב להלן:

(Arduino) D9 - DIN (התחלה של שרשרת LED)

(Arduino) GND - GND (ספק כוח)

(Arduino) +5V - +5V (ספק כוח)

(Arduino) TX - 1K Resistor - 2K Resistor - GND (ספק כוח)

נקודת מרכז של שני הנגדים - RX (מודול Bluetooth)

(Arduino) RX - TX (מודול Bluetooth)

(ספק כוח) +5V - +5V (התחלת שרשרת LED)

(ספק כוח) GND - GND (התחלה של שרשרת LED)

(ספק כוח) +5V - +5V (מודול Bluetooth)

(ספק כוח) GND - GND (מודול Bluetooth)

חיווט הלדים

החיווט של נוריות WS2812B פשוט למדי אך יש הרבה מזה! ישנם 90 נוריות כל אחת עם 6 חיבורי הלחמה כל אחת. זה 540 מפרקי הלחמה! הבאתי WS2812Bs על מעגלים מעגליים קטנים וזה קצת מעצבן מכיוון שהייתי צריך להדביק אותם לראש כל מדף. אני ממליץ להשיג את רצועות הלד WS2812B שקישרתי בקטע "מה שאתה צריך" מכיוון שיש להן כבר גב דביק ויש להן שטח פנים גדול יותר כך שקל יותר לעבוד איתן. אם אתה בוחר את הרצועות כל LED צריך להיחתך על ידי חיתוך על הקווים בין כריות המגע.

לכל WS2812B יש 6 חיבורים. 2 +5V, 2 GND, DIN ו- DOUT. DIN ו- DOUT מייצגים Data In ו- Data Out. חוט הנתונים חייב לעבור מהנוריות הקודמות DOUT אל DIN הנורות הבא. חוטי החשמל והארקה הולכים בעקבותיהם עד שכל נוריות הלדים מחוברות יחד כשרשרת. דיאגרמת החיווט מתארת כיצד נוריות ה- LED מחוברות אם ההסבר שלי לא היה הגיוני!

הערה: נוריות הלדים מכילות חץ כדי ליידע אותך לאיזה כיוון עליהן לפנות בשרשרת. זהו אינדיקטור טוב ולא רק להסתכל על DIN ו- DOUT.

הדבקתי בחום את הנורות בראש כל מדף הפונה לכיוון המוצג בתרשים "סידור לד".

שוב בעקבות תרשים "סידור LED" חתכתי חוטים שהגיעו בין כל נורית בשרשרת דרך החורים שנקדחו בגב MDF. השתמשתי בצבע אחר של חוט עבור קווי 5V, GND ונתונים כדי לוודא שאין בלבול לגבי איזה חוט מולחם לאיזה LED. הייתי צריך להפשיט כל חוט עם חשפנית חוט לפני שהלחמתי אותם יחד כמתואר ב -3 פסקאות לעיל.

חיווט ספק הכוח

אזהרה: כוח ראשי יכול להרוג. השתמש בזהירות תוך חיבור אספקת החשמל או קנה אספקת חשמל עם כבל מחובר כבר.

ספק הכוח שהבאתי לא היה מחובר כבל חשמל. מצאתי כבל חשמל מחנות מוצרי יד שנייה מקומיים בארצי. ספק הכוח שקישרתי ב"מה שאתה צריך "מדורג כקלט 110/240V ולכן אמור לעבוד ברוב המדינות.

הערה: חוטי החשמל העיקריים הצפוניים להלן עשויים להיות שונים במדינות שונות.

הפשטתי את כבל החשמל כדי לחשוף את 3 החוטים הצבעוניים. ירוק לאדמה, כחול לנייטרלי וחום לשלב. חיברתי את החוטים האלה למסופי בורג ספק הכוח.

(חוט) ירוק -> GND (ספק כוח)

(חוט) כחול -> N (ספק כוח)

(חוט) חום -> L (ספק כוח)

הערה: אם אתה מנסה לבצע חיווט לרשתות - חפש את קוד הצבע המקומי שלך.

מודול Arduino ו- Bluetooth

השתמשתי בלוח אב טיפוס להלחמת הרכיבים אליו. חילקתי את הארדואינו ננו לשתי רצועות של כותרות סיכות נקבות לחתוך לגודל ואז חרקתי את הכותרות עם ארדואינו ללוח האב טיפוס. לאחר מכן הלחמתי את הכותרות ללוח האב טיפוס מלמטה. זה מאפשר לנו להחזיק Arduino נשלף לתכנות. למעשה השתמשתי במסוף ננו Arduino לתצוגה שלי, אבל הייתי משתמש בכותרות אם הייתי עושה את זה שוב.

עשיתי אותו דבר עם מודול ה- Bluetooth אך ללא הכותרות (אין צורך להסיר אותו).

מסופי ברגים מולחמו כדי להפוך את החיבורים לשרשרת ה- LED ולספקת החשמל לקלים יותר (החיווט עדיין זהה לתרשים אך חוטי אספקת החשמל וחוטי שרשרת ה- LED נקטעים עם מסוף בורג.

מודול הבלוטות ', ארדואינו, ספק הכוח והקצה ההתחלתי של שרשרת הלדים הומלחמו יחד עם חוטים חתוכים לפי מידה ופשטות על פי תרשים החיווט.

אבטחת האלקטרוניקה

לוח האב טיפוס ואספקת החשמל היו מאובטחים לאחר מכן בחלק האחורי של הטבלה המחזורית באמצעות דבק חם.

שלב 10: קוד

ניסיתי להגיב בצורה תיאורית ולהקל על המעקב אחר הקוד.

להלן הסבר קצר על אופן הפעולה:

הגדרות

החלק העליון של הקוד מלא במערכים לאחסון מידע אודות הטבלה המחזורית והמרה בין האופן שבו מסודרת שרשרת ה- LED לבין אופן ארגון האלמנטים.

בלוטות

הקוד היחיד בלולאה הוא קוד לקריאת נתונים מהחיבור הטורי (שאליו מחובר מודול ה- Bluetooth) והתקשרות לפונקציה שבוחרת מה לעשות עם הפקודות שהוא מקבל.

פקודות

רוב הפקודות הן רק מילים בודדות. לחלקם יש קידומת וסיומת למשל: select23 יפעיל את הרכיב 23. יש פונקציה שעובדת אם הפקודה שניתנה היא בעלת קידומת ומחזירה את הסיומת שלה אם כן.

פונקציות

כל אנימציה או פונקציונליות נמצאת בפונקציה. תראה שיש לא מעט אם תסתכל על הקוד! כאשר הפונקציות נקראות עם הפרמטרים הנכונים בהינתן התצוגה נדלקת ועושה דברים!

אֶמְצָעִי

ביססתי את קוד חיבור ה- Bluetooth שלי על הדרכה זו: מדריך Bluetooth ו- Arduino

את ספריית FastLED לשליטה על WS2812B ניתן להוריד כאן: ספריית FastLED

מידע על אופן השימוש בספריית FastLED ניתן למצוא כאן: מידע על FastLED

שלב 11: אפליקציית טלפון

MIT App Inventor הוא כלי מקוון נהדר שמקל על יצירת אפליקציות אנדרואיד בקלות יחסית. יש לו מספר דרכים להציג את האפליקציה שלך בזמן שאתה יוצר אותה כדי לוודא שהיא נכונה. הוא משתמש בתכנות מבוסס בלוקים קל ללימוד.

הסיבה העיקרית שאני אוהב את App Inventor היא כי הוא יכול להשתמש בטלפונים שלי ב- Bluetooth כדי להתחבר ל- Arduino עם מודול Bluetooth!

יש הרבה הדרכות להתחיל. הנה מדריך נהדר לממציא האפליקציות עם Arduino.

חברתי תרמה כאן בבניית האפליקציה המשמשת לשליטה על התצוגה. יש רשימה לחיפוש לבחירת אלמנטים בודדים, פסי מחוון עבור פונקציות הטמפרטורה והתאריך ולחצנים לכל השאר. יש לו גם תפריט עליון בעל גלילה!

קובץ ממציא האפליקציות מצורף אם תרצה להסתכל עליו. זכור שאנחנו עדיין עובדים על כמה באגים.

שלב 12: טיפים

להלן כמה טיפים לכל פרויקט אלקטרוניקה בכלל

בכל פעם שאתה יוצר פרויקט מורכב עם חלקים רבים שמתקיימים אינטראקציה, התחל עם הרכיבים האישיים הקטנים.

לתצוגה התחלתי בעקבות הדרכה כיצד לחבר את מודול ה- Bluetooth ל- Arduino ולשלוח נתונים עם אפליקציית מסוף Bluetooth מוכנה.

לאחר שהפעלתי את זה קיבלתי את נוריות ה- WS2812B עובדות בכוחות עצמן, ואז התחברתי והוספתי את מודול ה- Bluetooth.

לאחר הוספה של כמה פונקציות שונות חברה שלי עשתה לי את האפליקציה עם App Inventor 2 כדי לשלוח את הפקודות באופן אוטומטי בעת לחיצה על כפתורים.

אל תעשה הכל בבת אחת. התחל בקטן ואז בנה בגדול.

נוריות מהבהבות

הייתה לי בעיה גדולה עם נוריות מהבהבות כאשר עשיתי יותר מדי נוריות לבנות בו זמנית.

האם זה בגלל שאספקת החשמל שלי הייתה מוערכת פחות ממספר הלדים? כנראה. אך גורם נוסף התורם הוא ירידת מתח על כבלים למרחקים ארוכים.

כדי לתקן את ירידת המתח חיברתי את אספקת החשמל +חוטי 5V ו- GND ישירות לקצה ולמרכז שרשרת ה- LED. זה פתר לי את הבעיה.

שים לב שרק חוטי +5V ו- GND צריכים להיות מחוברים לקצה ולמרכז. תמיד צריך להיות חוט נתונים אחד המחבר את השרשרת יחד.

חיתוך ומילוי

היזהר בעת חיתוך החלקים כדי לקבל חתכים מדויקים. מסור מכוון עם בלוק עצור כנראה יעזור לערמות לחתיכות הקטנות. החיתוכים שלי לא היו מושלמים מה שהוביל לפערים שהובילו להרבה מילוי ושיוף עץ.

תודה שקראת, מקווה שנהנית מהתהליך