Tabel periodic LED interactiv: 12 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

De Bees Knees Urmăriți mai multe de la autor:

Iubita mea și cu mine avem o colecție de elemente - mostre din bucățile unice de materie care alcătuiesc totul din univers! Pentru o colecție atât de interesantă, am decis să construiesc o vitrină care să arate mostrele în toată gloria lor de construire a lumii.

Știu că nu mulți oameni au o colecție de elemente, dar toată lumea are ceva de afișat! Scopul acestui instructabil este de a vă oferi o suficientă înțelegere a procesului de construcție, a componentelor electronice și a codului pentru a vă crea propriul afișaj personalizat pentru orice doriți.

Interactivitatea afișajului îl face un mare ajutor didactic pentru profesori pentru a demonstra caracteristicile tabelului periodic și modul în care diferite elemente se raportează între ele. Este, de asemenea, foarte distractiv de vizionat în general!

Pasul 1: De ce aveți nevoie

Totul achiziționat de la magazinul de hardware local, cu excepția cazului în care se prevede altfel.

Toate electronicele achiziționate de la Ali Express (link-uri date). Ali Express este un loc pentru a obține produse electronice ieftine, care sunt de obicei de o calitate surprinzător de înaltă.

Materiale

Cadru - Cheie: (lungime x lățime x înălțime) x cantitate

• Scânduri de pin (2400x60x10mm) x7
• Foaie MDF (1200x600x4,5mm) x2
• Hârtie de șlefuit (120 grit)
• Lipici de lemn
• Umplutură de lemn
• Vopsea acrilică albă --- Magazin de artă
• Creion
• Turnare decorativă (2400mm) x2
• Lemn de balsa (1000x10x2mm) x6 --- Magazin de artă

Electronică

• LED-uri (Neopixeli / ws2812b) x90 --- Ali Express Link „1m 100 IP30” vă va oferi 100 de LED-uri neimpermeabile
• Sârmă (role de 5 m gabarit 22 sau similar. Culori preferabile diferite) x3 --- Ali Express Link
• Arduino Nano --- Ali Express Link
• Modul Bluetooth (HC05) --- Ali Express Link
• Alimentare (5V 4A) --- Ali Express Link
• Cablu de alimentare de la rețea --- Magazin de produse uzate
• Solder --- Ali Express Link
• Prototip dot board --- Ali Express Link
• Anteturi pin feminin --- Ali Express Link
• Borne cu șurub --- Ali Express Link

Instrumente

• Ciocan de lipit
• Multimetru --- Ali Express Link
• Ferăstrău manual (sau ferăstrău de masă)
• Pistol de lipit fierbinte (cu lipici)
• Burghiu
• Burghiu (3-8mm)
• Cleme
• Ruletă
• Dispozitiv de sârmă --- Ali Express Link

Pasul 2: Planificare

Caracteristici

• Afișajul are forma tabelului periodic. În acest fel, LED-urile pot afișa caracteristicile și tendințele tabelului periodic.
• Fiecare poziție din tabelul periodic este un raft închis pe care se poate sprijini eșantionul de elemente.
• Am folosit LED-uri WS2812B pe care le pot aprinde individual orice culoare.
• Afișajul are funcționalitate Bluetooth și o aplicație pentru telefon pentru a o controla. Principalul lucru pe care l-am dorit cu acest afișaj a fost ca acesta să fie interactiv. Aplicația pentru telefon face să fie foarte distractiv să te joci!

Constructie

Afișajul este realizat din scânduri de pin de 60x10mm. Am primit-o pe a mea în lungimi de 2,4 m, dar erau disponibile multe lungimi. Toate piesele necesare pentru tăiere se potrivesc cu ușurință în 7 lungimi de 2,4 m. A rămas aproape o lungime întreagă - în caz că am greșit!

Am trasat un „plan de încadrare” pe care să îl urmați. Utilizați acest lucru cu „Lungimi și cantități de încadrare”, care arată câte dintre fiecare lungime trebuie tăiate. Ambele diagrame sunt colorate și etichetate cu litere, astfel încât să știți ce piesă merge unde. Toate piesele vor fi decupate apoi lipite cu lipici pentru lemn.

Ultima diagramă prezintă formele pentru panoul frontal și panoul din spate care vor fi decupate din MDF și lipite pe loc. Vă recomandăm să așezați doar rama deasupra MDF-ului și să urmăriți formele cu un creion. Formele panourilor sunt doar pentru a vă face o idee despre cum arată.

Lantanide și Actinide

În prezent nu am mostre de Lantanide și Actinide, așa că nu am făcut porțiunea din tabelul periodic care le conține. O voi face în viitor!

Electronică

Planificarea electronice este documentată ulterior în Instructable.

Pasul 3: Tăierea lemnului

Urmând planul, bucățile de pin de 60x10mm trebuiau măsurate și tăiate la lungimile lor specifice. Am folosit o măsură cu bandă și creion pentru a marca cât timp trebuia să fie folosită fiecare bucată de lemn, apoi un pătrat pentru a trasa o linie peste lemn. După fiecare linie marcată am folosit un ferăstrău pentru a tăia chiar în spatele liniei. Nu tăiați direct pe linie sau veți ajunge cu o bucată de lemn ușor prea mică din cauza grosimii lamei de ferăstrău. Am netezit marginile aspre ale fiecărei piese cu șmirghel. După fiecare bucată tăiată, este util să o etichetați cu un creion conform planului pentru a ușura asamblarea.

Notă: Precizia este foarte importantă. Tăieturile mele nu erau toate perfecte, așa că am avut destul de multe lacune de umplut cu umplutură de lemn mai târziu. Un ferăstrău de masă sau un ferăstrău de tăiere cu un gard sau un bloc de oprire ar face tăieturile mult mai precise.

Pasul 4: Asamblarea cadrului

Am vrut ca toate secțiunile verticale de 60 mm să fie aliniate astfel măsurate, marcate și pătrate acolo unde fiecare dintre ele ar trebui lipite de panourile orizontale. De exemplu, scândura de jos "J" este marcată la 10 mm (pentru a permite spațiu pentru placa laterală verticală), apoi număr 60 și marchez la 70, apoi număr 10 pentru secțiunea verticală, apoi încă 60 și marchez la 140 și așa mai departe.

Pentru a pune piesele împreună, am aplicat lipici de lemn pe suprafețele care urmau să fie îmbinate și le-am poziționat cu atenție în pozițiile lor corecte și le-am fixat cu cleme. Am lipit doar câteva bucăți în același timp și le-am lăsat să se usuce din cauza numărului meu limitat de cleme și pentru că era greu să țin totul drept altfel. Am găsit că mi-a ajutat să așez totul pe o suprafață plană și să strâng clemele suficient de mult încât să mă mai pot lăuda cu poziționarea fără ca toate piesele să cadă. Odată ce piesele au fost în poziție, am strâns complet clemele. Când cadrul a fost complet asamblat, a fost mult mai puternic decât mă așteptam datorită numărului de îmbinări diferite de lipici. Dacă doriți un afișaj mai puternic, puteți folosi șuruburi mici sau tăieturi pentru a se potrivi piesele împreună.

Notă: Odată cu lipirea unei structuri de acest gen, vă ajută să aveți cât mai multe cleme posibil. S-ar putea să puteți împrumuta unele de la prieteni sau să le găsiți ieftin la mâna a doua.

Pasul 5: Frontiere

Pentru ca ecranul să arate puțin mai frumos pentru a fi agățat de perete, am decis să-l încadrez. Am adus niște mulaje decorative (tipul de lemn conturat care realizează rame pentru tablouri) și lemnul l-a lipit pe părțile laterale ale afișajului asigurându-mă că îl fixați în poziție în timp ce cleiul se usca. Partea dificilă a acestui lucru a fost tăierea unghiurilor de 45 de grade din turnare, astfel încât colțurile să se potrivească frumos. Metoda mea a fost să împăturesc o bucată de hârtie A4 margine scurtă până la margine lungă pentru a face un unghi de 45 de grade și să o folosesc pentru a urmări o linie pe partea inferioară (partea plană) a turnării. Pentru a alinia matrițele, măsurați lungimea laterală a afișajului pe care puneți matrița și marcați marginea interioară a matriței cu acea lungime. Asigurați-vă că porniți aproximativ 30 mm și marcați și punctul de plecare. Liniile de 45 de grade merg apoi spre exterior din cele două puncte marcate.

Pasul 6: Backing și panoul frontal

Suport

Afișajul are nevoie de un suport pentru a oferi LED-urilor ceva de reflectat, pentru a face ecranul mai sigur și pentru a ascunde toate firele care vor fi înapoi acolo. Pentru realizarea suportului am folosit două foi de MDF 1200x600x4.5mm. Am așezat foile MDF pe o suprafață plană în orientare peisaj chiar una lângă alta și așez rama afișajului deasupra lor. Am mutat cadrul până când cusătura a fost ascunsă de una dintre plăcile verticale ale cadrului. Apoi am urmărit exteriorul afișajului pe MDF cu un creion și l-am tăiat folosind un ferăstrău. Am întors display-ul cu susul în jos și am lipit fundul pe spatele display-ului cu lipici pentru lemn. Am acoperit fundul cu obiecte grele pentru a-l opri ridicarea sau mișcarea în timpul uscării.

Găuri de sprijin

Suportul are nevoie de găuri în fiecare celulă pentru ca firele LED-urilor să treacă. Am folosit un burghiu fără fir și un burghiu de 6 mm pentru a găuri două găuri în fiecare celulă. O gaură în fiecare colț de sus. Cu găurile și firele din colțurile superioare, acestea sunt mai dificil de văzut atunci când vizualizați ecranul.

Panoul frontal

Am vrut ca afișajul să fie mai dreptunghiular, așa că am așezat o bucată de MDF de 4,5 mm sub cadru și am trasat forma neregulată a celulei de 16x3 pe MDF. Am folosit apoi un ferăstrău pentru a tăia forma și l-am lipit de cadru cu lipici pentru lemn.

Filele

Am tăiat mici pătrate MDF cu un colț tăiat pentru a lipi în loc pentru a ține panoul frontal și încadrați puțin mai sigur. (Se pot vedea fotografii ale acestor file în secțiunea electronică).

Pasul 7: Atingeri de finisare

Pictura

A fost o decizie grea dacă să pătezi lemnul sau să îl pictezi. La final am vopsit întregul ecran alb cu niște vopsele acrilice ieftine. Am decis că albul va reflecta frumos iluminarea cu LED-uri și va lumina cu adevărat celulele. Cu siguranță a funcționat în favoarea mea!

Litere tăiate cu laser

Recent am avut norocul de a avea acces la un dispozitiv de tăiere cu laser pentru a scoate la iveală câteva litere acrilice negre personalizate. Cred că completează cu adevărat estetica afișajului. Înainte de a avea acces la tăietorul laser, mă gândeam să cumpăr niște litere ieftine din lemn și să le vopsesc. (Găsiți atașat fișierul pe care l-am folosit).

Pasul 8: Electronică - Planificare

LED-uri

Am folosit LED-uri WS2812B datorită ușurinței de cablare și codare. Inițial, planificam o configurație de LED-uri multiplexate și registre de schimbare. WS2812B face viața mult mai ușoară! Chiar dacă nu construiți afișajul, vă recomand să vă jucați cu aceste LED-uri, deoarece acestea sunt incredibile (și ieftine de la Ali Express)!

Putere

Am folosit 90 de LED-uri WS2812B pentru afișaj. Fiecare LED are 3 culori (roșu verde și albastru) pe care fiecare le extrage până la 20mA la luminozitate maximă. Dacă toate cele 3 culori sunt la luminozitate maximă, LED-ul va trece până la 60mA.

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

Am găsit o sursă de energie ieftină de 5 volți pe Ali Express care putea alimenta 4A, așa că am adus-o. Această sursă de alimentare va fi suficientă atât timp cât nu am prea multe LED-uri la luminozitate maximă în același timp. Am avut o problemă cu LED-urile pâlpâitoare, dar a fost în principal din cauza căderii de tensiune (pe care o voi explica mai târziu). Aș recomanda să calculați consumul maxim de curent așa cum am făcut și să cumpărați o sursă de energie de cel puțin acea valoare.

LED-urile WS2812B rulează pe 5V, deci asigurați-vă că obțineți o sursă de alimentare de 5V.

Bluetooth

Am vrut ca afișajul să fie interactiv. Conectivitatea Bluetooth cu o aplicație pentru telefon a fost cel mai simplu mod de a face acest lucru. Modulul HC05 Bluetooth este ușor de utilizat. Pur și simplu o tratezi ca pe o conexiune serială.

Pasul 9: Electronică

Harta conexiunii

Citiți conexiunile din imaginea schemei de cabluri sau scrise mai jos:

(Arduino) D9 - DIN (Începutul lanțului LED)

(Arduino) GND - GND (sursă de alimentare)

(Arduino) + 5V - + 5V (sursa de alimentare)

(Arduino) TX - Rezistor 1K - Rezistor 2K - GND (sursă de alimentare)

Punctul central al celor două rezistențe - RX (modul Bluetooth)

(Arduino) RX - TX (modul Bluetooth)

(Alimentare) + 5V - + 5V (Începutul lanțului LED)

(Alimentare) GND - GND (Începutul lanțului LED)

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

(Alimentare) GND - GND (modul Bluetooth)

Cablarea LED-urilor

Cablarea LED-urilor WS2812B este destul de simplă, dar există MULȚI! Există 90 de LED-uri fiecare cu câte 6 conexiuni de lipit. Adică 540 îmbinări de lipit! Am adus WS2812B-uri pe mici plăci de circuite circulare, ceea ce a fost oarecum enervant, deoarece a trebuit să le lipesc fierbinte în partea de sus a fiecărui raft. Aș recomanda să obțineți benzile LED WS2812B pe care le-am legat în secțiunea „Ce aveți nevoie”, deoarece acestea au deja un suport lipicios și au o suprafață mai mare, astfel încât să fie mai ușor de lucrat. Dacă alegeți benzile, fiecare LED trebuie decupat prin tăierea liniilor dintre tampoanele de contact.

Fiecare WS2812B are 6 conexiuni. 2 + 5V, 2 GND, DIN și DOUT. DIN și DOUT reprezintă Data In și Data Out. Firul de date trebuie să se deplaseze de la LED-urile precedente DOUT la următoarele LED-uri DIN. Cablurile de alimentare și de împământare urmează exemplul până când toate LED-urile sunt conectate împreună ca un lanț. Diagrama de cablare descrie modul în care sunt conectate LED-urile dacă explicația mea nu are sens!

Notă: LED-urile au o săgeată pe ele pentru a vă informa în ce direcție trebuie să se confrunte în lanț. Acesta este un indicator bun, mai degrabă decât să te uiți doar la DIN și DOUT.

Am lipit LED-urile fierbinți în partea de sus a fiecărui raft orientat în direcția arătată în diagrama „Aranjament LED”.

Din nou, urmând schema „Aranjament LED”, am tăiat firele care ajungeau între fiecare LED din lanț prin orificiile forate în suportul MDF. Am folosit o culoare diferită de sârmă pentru + 5V, GND și liniile de date pentru a mă asigura că nu există confuzie cu privire la ce sârmă se lipesc cu ce LED. A trebuit să dezbrac fiecare sârmă cu o sârmă înainte de a le lipi, așa cum este descris 3 paragrafe de mai sus.

Cablarea sursei de alimentare

AVERTISMENT: PUTEREA PRINCIPALĂ POATE OMOI. FOLOSIȚI ATENȚIE ÎN CÂND CÂNAȚI SURSA DE ALIMENTARE SAU CUMPĂRAȚI O SURSĂ DE ALIMENTARE CU UN Cablu atașat deja.

Sursa de alimentare pe care am adus-o nu avea un cablu de rețea atașat. Am găsit un cablu de alimentare de la un magazin local de produse uzate din țara mea. Sursa de alimentare pe care am conectat-o în „Ceea ce aveți nevoie” este evaluată pentru intrarea de 110 / 240V, deci ar trebui să funcționeze în majoritatea țărilor.

NOTĂ: Cablurile de rețea codate mai jos pot fi diferite în diferite țări.

Am dezbrăcat cablul de alimentare pentru a expune cele 3 fire colorate. Verde pentru pământ, albastru pentru neutru și maro pentru fază. Am conectat aceste fire la bornele cu șurub de alimentare.

(Sârmă) Verde -> GND (sursă de alimentare)

(Sârmă) Albastru -> N (sursă de alimentare)

(Sârmă) Maro -> L (sursă de alimentare)

NOTĂ: DACĂ ÎNCEPEȚI CONEXIUNEA DE CÂNTARE - CĂUTĂȚI CODAREA LOCALĂ A CULORII.

Modul Arduino și Bluetooth

Am folosit o placă prototip pentru lipirea componentelor. Am introdus Arduino Nano în două benzi de anteturi pin feminine tăiate la dimensiune, apoi am introdus anteturile cu Arduino în placa prototip. Am lipit apoi anteturile pe placa prototip de dedesubt. Acest lucru ne permite să avem un Arduino detașabil pentru programare. De fapt, am folosit un terminal nano Arduino pentru afișajul meu, dar aș folosi anteturi dacă l-aș face din nou.

Am făcut același lucru cu modulul Bluetooth, dar fără anteturi (nu trebuie să fie detașabil).

Terminalele cu șurub au fost lipite pentru a face conexiunile la lanțul LED și la sursa de alimentare mai ușoară (cablajul este în continuare același cu diagrama, dar firele de alimentare și firele lanțului LED sunt întrerupte cu un terminal cu șurub.

Modulul Bluetooth, Arduino, sursa de alimentare și capătul de pornire al lanțului LED au fost apoi lipite împreună cu fire tăiate la dimensiune și dezbrăcate conform schemei de cablare.

Securizarea electronice

Placa prototip și sursa de alimentare au fost apoi fixate pe partea din spate a tabelului periodic cu ajutorul lipiciului fierbinte.

Pasul 10: Cod

Am încercat să comentez descriptiv și să fac codul ușor de urmat.

Iată o scurtă descriere a modului în care funcționează:

Definiții

Partea de sus a codului este umplută cu tablouri pentru stocarea informațiilor despre tabelul periodic și conversia între modul în care este aranjat lanțul LED și modul în care ar trebui organizate elementele.

Bluetooth

Singurul cod din buclă este codul pentru citirea datelor din conexiunea serială (la care este atașat modulul Bluetooth) și apelarea unei funcții care alege ce să facă cu comenzile pe care le primește.

Comenzi

Majoritatea comenzilor sunt doar cuvinte unice. Unii au un prefix și un sufix, de exemplu: select23 va activa elementul 23. Există o funcție care funcționează dacă comanda dată are un prefix și îi returnează sufixul dacă are.

Funcții

Fiecare animație sau funcționalitate se află într-o funcție. Veți vedea că există destul de multe dacă vă uitați la cod! Când funcțiile sunt apelate cu parametrii corecți, afișajul se aprinde și face lucruri!

Resurse

Mi-am bazat codul de conexiune Bluetooth pe acest tutorial: tutorialul Bluetooth și Arduino

Biblioteca FastLED pentru controlul WS2812B poate fi descărcată de aici: Biblioteca FastLED

Informații despre modul de utilizare a bibliotecii FastLED pot fi găsite aici: informații FastLED

Pasul 11: aplicația pentru telefon

MIT App Inventor este un instrument online excelent care face relativ ușoară crearea de aplicații Android. Există mai multe moduri de a vizualiza aplicația pe măsură ce o creați pentru a vă asigura că este corectă. Folosește programare bazată pe blocuri ușor de învățat.

Principalul motiv pentru care îmi place App Inventor este că îmi poate folosi telefoanele Bluetooth pentru a mă conecta la un Arduino cu un modul Bluetooth!

Există o mulțime de tutoriale pentru a începe. Iată o instruire excelentă pentru App Inventor cu Arduino.

Prietena mea a contribuit aici construind aplicația folosită pentru a controla ecranul. Există o listă de căutare pentru a selecta elemente individuale, bare glisante pentru funcțiile de temperatură și dată și butoane pentru orice altceva. Are, de asemenea, un meniu de sus cu defilare!

Fișierul App Inventor este atașat dacă doriți să-l priviți. Rețineți că încă mai elaborăm câteva bug-uri.

Pasul 12: Sfaturi

Iată câteva sfaturi pentru orice proiect electronic

Ori de câte ori faceți un proiect complex cu multe părți care interacționează, începeți cu componentele individuale mici.

Pentru afișaj, am început urmând un tutorial pentru a conecta modulul Bluetooth la un Arduino și a trimite date cu o aplicație terminal Bluetooth gata construită.

După ce am lucrat, am primit LED-urile WS2812B care funcționează singure, apoi m-am conectat, apoi am adăugat modulul Bluetooth.

După ce am adăugat câteva funcții diferite, prietena mea mi-a făcut aplicația cu App Inventor 2 pentru a trimite comenzile automat atunci când butoanele sunt apăsate.

Nu face totul dintr-o dată. Începeți mic, apoi construiți mare.

LED-uri pâlpâitoare

Am avut o mare problemă cu LED-urile care pâlpâiau când am făcut prea multe LED-uri albe în același timp.

A fost din cauză că sursa mea de alimentare a fost subestimată pentru numărul de LED-uri? Probabil. Dar un alt factor care contribuie este căderea de tensiune pe cablurile de distanță mare.

Pentru a remedia căderea de tensiune am conectat sursa de alimentare + 5V și firele GND direct la capăt și la centrul lanțului LED. Acest lucru a rezolvat problema mea.

Rețineți că numai firele + 5V și GND trebuie conectate la capăt și centru. Ar trebui să existe doar 1 fir de date care să conecteze lanțul împreună.

Tăierea și umplerea

Aveți grijă în timp ce tăiați piesele pentru a obține tăieturi exacte. Un ferăstrău cu un bloc de blocare ar ajuta probabil la grămezi pentru bucățile mici. Tăieturile mele nu erau perfecte, ceea ce duce la goluri care duc la umplerea și șlefuirea lemnului.

Vă mulțumim pentru lectură, sper că v-a plăcut procesul