خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / ماتریکس LED درست کنید و با آردوینو آن را به ساعت رومیزی تبدیل کنید

ماتریکس LED درست کنید و با آردوینو آن را به ساعت رومیزی تبدیل کنید

در این ساختنی یاد می‌گیرید چطور ماتریکس LED بسازید. ساخت ماتریکس LED نیاز به مطالعه زیادی دارد اما با این آموزش ساخت شما فقط باید مراحل را دنبال کنید. وقتی یاد بگیرید ماتریکس LED بسازید، می‌توانید از آن در پروژه‌های مختلف استفاده کنید. ما ماتریکس LED که می‌سازیم را به یک ساعت رومیزی تبدیل می‌کنیم.

برای ساخت ساعت ماتریکس LED به یک برد آردوینو و تراشه ۷۴hc595 نیاز دارید. برای ساخت این ساعت باید با برنامه ریزی آردوینو، لحیم کاری، خواندن شماتیک و دیاگرام سیم کشی و اشکال یابی مدارات الکترونیکی آشنا باشید. مهارت آخر از سایر موارد مهم تر است. توصیه می‌کنیم قبل از ساخت ماتریکس، این راهنمای استفاده از LED را بخوانید و یک مکعب LED ساده هم بسازید.

گام اول : وسایل مورد نیاز

  • کامپیوتر برای برنامه ریزی آردوینو
  • آردوینو – ما از برد UNO استفاده می‌کنیم
  • ۸۰ عدد LED 5 میلیمتری
  • ماژول RTC
  • بازر پیزو – صدای بازر باید به قدری بلند باشد که بیدارتان کند
  • مقاومت نوری
  • ۱۶ عدد مقاومت ۳۳۰ اهمی
  • ۵ عدد مقاومت ۱ کیلو اهمی
  • ۳ عدد مقاومت ۱۰ کیلو اهمی
  • ۵ عدد ترانزیستور NPN
  • دو عدد شیفت رجیستر ۷۴hc595
  • دو عدد باتن
  • پتانسیومتر ۱۰ کیلو
  • مقدار زیادی سیم جامپر
  • برد بورد ۸۳۰ پین
  • برد بورد ۴۰۰ پین
  • منبع تغذیه ۵ ولتی
  • سیم سایز ۲۰ در رنگ‌های مختلف
  • تخته چوبی
  • سیم چین
  • دستگاه لحیم کاری

گام دوم : آرایه‌های LED

نحوه کار تسهیم آرایه LED
نحوه کار تسهیم آرایه LED

وقتی می‌خواهید از نمایشگر LED استفاده کنید، می‌توانید برای کنترل هر LED از یک پین آردوینو استفاده کنید که کارایی زیادی ندارد. روش مناسب برای کنترل یک مجموعه LED تسهیم (multiplexing) است. در این روش، با خطوط عمودی آندهای متصل به هم تعدادی ردیف و با خطوط افقی خروجی‌های متصل به هم تعدادی ستون می‌سازید. برای استفاده یک ستون را و LEDهای دلخواه از ردیف‌ها را روشن می‌کنیم. سپس ستون را خاموش می‌کنیم و به بعدی سوئیچ می‌کنیم. با تغییر LEDهای روشن و خاموش و حرکت سریع بین ستون‌ها اینطور به نظر می‌رسد که تمام LEDها روشن هستند.

این روش کار با LED را می‌توانید در تصویر متحرک بالا ببینید. خطوط مشکی ستون‌ها هستند که با فعال شدن، زرد می‌شوند. خطوط سبز ردیف‌ها هستند و با فعال شدن سبز می‌شوند. LEDها هم با رنگ نارمجی نشان داده شده و بعد از روشن شدن بنفش می‌شوند. روش تسهیم به خاطر پدیده ای به نام تداوم دید که نوعی توهم بینایی است، کار می‌کند؛ درست مثل تصاویر متحرکی که روی برگه‌های دفتر می‌کشیدیم.

گام سوم : ماتریکس LED را بسازید

ساخت ماتریکس LED را با هولدری شروع می‌کنیم که تمام LEDهایی که لحیم می‌کنیم، داخلش قرار می‌گیرند. برای ساخت این هولدر به یک تکه چوب، دریل و مته نیاز دارید. از مته‌ها طوری استفاده کنید که سوراخ‌هایی ایجاد کنند که LEDها کاملاً داخل شان فرو بروند اما لبه برآمده انتهای حباب‌ها بیرون بماند. در تصاویر بالا می‌توانید حالت استاندارد برای هولدر LED را مشاهده کنید.

روی یک لبه چوب ۱۶ علامت با فواصل ۹ میلیمتری بزنید. اینها ردیف‌های ماتریکس LED هستند. با فاصله ۹۰ درجه از ردیف‌ها، ۵ علامت با فواصل ۹ میلیمتری ایجاد کنید. اینها ستون‌های ماتریکس LED هستند.

حالا با گونیا این علامت‌ها را ادامه بدهید و خط بکشید تا یک شبکه مربعی ۱۵٫۲ در ۳٫۷ سانتیمتری ایجاد بشود.

ابتدا سوراخ‌ها را با مته کوچک دریل کنید. سپس روی این سوراخ‌ها از یک مته با اندازه مناسب برای LEDها استفاده کنید و آنها را بزرگ کنید. این مرحله شاید کم اهمیت به نظر برسد اما تاثیر زیادی روی ظاهر ماتریکس LED دارد. حتماً از مته با اندازه مناسب استفاده کنید، عمق تمام سوراخ‌ها را یکسان در نظر بگیرید و فاصله‌هایی که ایجاد کرده اید را رعایت کنید.

حالا باید آرایه LED واقعی را بسازیم. برای اینکار وسایل لحیم کاری، LEDها، دم باریک و هولدری که ساخته اید را آماده کنید.

کارتان را با تست کردن تمام LEDهایی که قرار است استفاده کنید، شروع کنید. این فرایند خسته کننده و زمان بر است اما حتماً باید انجام بشود. در تصویر می‌بینید که از دو سیم نر به ماده استفاده کرده ایم که یکی به اتصال به زمین و دیگری به مقاومت ۳۳۰ اهمی‌و سپس به منیع تغذیه ۵ ولتی وصل می‌شوند. برای ساخت ماتریکس LED از هشتاد LED استفاده می‌کنیم؛ پس این قسمت کار وقت زیادی می‌برد.

هویه را به برق بزنید تا داغ بشود. یک LED بردارید و آن را طوری در دست بگیرید که آند ازتان دور باشد. با انبر کاتد را از زیر قسمت باریکش بگیرید و آن را ۹۰ درجه به سمت راست خم کنید. سپس آند را از بالای قسمت باریکش بگیرید و آن را با زاویه ۹۰ درجه نسبت به کاتد خم کنید. تصویر نهایی LED را می‌توانید در گالری بالا مشاهده کنید.

از پایین خطوط ستون‌ها شروع کنید و LEDها را داخل سوراخ‌ها قرار بدهید. با موچین پایه‌های LED را کنار هم نگه دارید و با اتصال آندها به آندها و کاتدها به کاتدها، ردیف‌ها و ستون‌های ماتریکس LED را شکل بدهید. حالا هویه را برای یک تا دو ثانیه روی قسمتی که دو پایه با هم برخورد می‌کنند، قرار بدهید. سپس لحیم را روی همین قسمت قرار بدهید و یک نقطه اتصال کوچک بسازید. هویه را بردارید و لحیم را با اسفنج خیس یا دستمال کاغذی تمیز کنید (هر چندبار یک دفعه).

بعد اینکه لحیم را روی هویه و پایه‌های LED قرار دادید، یک ثانیه صبر کنید و سپس هویه را بردارید. اگر هویه را بیش از حد روی پایه‌ها نگه دارید، LEDهایتان خراب می‌شوند.

این اولین اتصالی بود که ایجاد کردید. ۱۵۹ اتصال بعدی را هم به همین ترتیب ایجاد کنید!

بعد از اینکه چهار LED را بهم وصل کردید، می‌توانید آنها را تست کنید. ستون را به اتصال به زمین آردوینو وصل کنید. یک سر مقاومت یکی از LEDها را به منبع ۵ ولتی وصل کنید و سر دیگر را به یک سیم بلند وصل کنید. حالا آردوینو را روشن کنید و سیم را به همه ردیف‌های عمودی بزنید. LEDهایی که در این ردیف‌ها قرار دارند، باید روشن بشوند.

اگر آزمایش با موفقیت انجام شد، اتصال LEDها را ادامه بدهید. در غیر این صورت یکبار اتصالات را چک کنید و اشتباه را پیدا کنید. اگر با اصلاح اتصال هم LED روشن نشد، باید آن را با یک LED جدید و سالم جایگزین کنید.

بعد از اتمام ساخت ماتریکس LED، پین‌ها از پایین و سمت راست بیرون زده اند و حباب‌ها هم به سمت شما هستند. حالا پین‌های LED را داخل برد بورد ۶۰ پین قرار بدهید یا سیم‌هایشان را بهم لحیم کنید. سیم‌ها باید به پایه‌های ردیف ۵ لحیم بشوند.

در تصویر آخر می‌بینید که چطور می‌توان با اتصال دو ماتریکس LED کوچک یک ماتریکس LED بزرگ تر ساخت. ساخت ماتریکسی که در تصویر آخر می‌بینید، سه ساعت طول کشیده است.

گام چهارم : مدار را بسازید

مدار را با استفاده از دیاگرام بسازید. در این مرحله باید تمام قطعات الکترونیکی را بهم وصل کنید و به همین خاطر باید چند سیم به لبه‌های ماتریکس LED وصل کنید. قبل از اینکه ساخت مدار را شروع کنید، راهنمای متنی را هم با دقت بخوانید تا دقیقاً بدانید چکار می‌کنید. نحوه اتصال ماژول RTC به آردوینو هم در متن آماده است.

برد بورد ۴۰۰ پین (برد شماره یک)

ریل‌ها

ریل مثبت به ۵ ولتی
ریل منفی به اتصال به زمین

شیفت رجیسترها

ابتدا باید شیفت رجیستر (SR) روی خط وسطی برد بورد وصل کنید؛ طوری که بریدگی آی سی به سمت خودتان باشد.

  1. SR2 را زیر این قطعه و در همان جهت وصل کنید.
  2. پین ۱۶ و پین ۱۰ هر دو SR را به ریل ۵ ولتی وصل کنید.
  3. پین ۱۴ SR2 را به پین ۲ آردوینو وصل کنید.
  4. پین ۱۳ SR1 و SR2 را به پین ۵ آردوینو وصل کنید.
  5. پین ۱۲ SR1 و SR2 را به پین ۳ آردوینو وصل کنید.
  6. پین ۱۱ SR1 و SR2 را به پین ۴ آردوینو وصل کنید.
  7. پین ۹ SR1 را به پین ۱۴ SR2 را وصل کنید.
  8. پین ۸ هر دو SR را به GND وصل کنید.

ترانزیستورها

  1. ترانزیستور NPN را از طرف صاف در ردیف C و پین‌های ۲۸، ۲۹ و ۳۰ قرار بدهید (رو به سمت چپ).
  2. یک ترانزیستور را از طرف صاف در ردیف C و پین‌های ۲۵، ۲۶ و ۲۷ قرار بدهید (رو به سمت چپ).
  3. یک ترانزیستور در ردیف C و پین‌های ۲۲، ۲۳ و ۲۴ قرار بدهید.
  4. یک ترانزیستور در ردیف C و پین‌های ۱۹، ۲۰ و ۲۱ قرار بدهید.
  5. ترانزیستور آخر را هم رد ردیف C و پین‌های ۱۶، ۱۷ و ۱۸ قرار بدهید. اتصال به زمین این ترانزیستور با SR2 اشتراکی است.
  6. به پین وسط هر کدام از ترانزیستورها هم یک مقاومت ۱ کیلو اهمی‌در ردیف طرف مقابل وصل کنید.

مقاومت نوری

  1. یک پایه را به پین G19 و پین دیگر را به G17 وصل کنید.
  2. یک سیم از پین G17 به پین A0 آردوینو وصل کنید.
  3. از پین J17 یک مقاومت ۱۰ کیلو اهمی‌را به منبع تغذیه ۵ ولتی وصل کنید.
  4. پین J19 را به زمین وصل کنید.
  5. برد بورد ۸۳۰ پین (برد شماره دو)

آرایه LED

پایه‌های ردیف را به برد بورد وصل کنید.

مقاومت‌ها

به هر ردیف یک مقاومت وصل کنید و سپس از وسط آن را به طرف دیگر برد هم وصل کنید.

برد بورد شماره یک و دو

  1. حالا از سمت چپ یک سیم از مقاومت LED اول به G2 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  2. مقاومت LED دوم را به A1 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  3. مقاومت LED سوم را به A2 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  4. مقاومت LED چهارم را به A3 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  5. مقاومت LED پنجم را به A4 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  6. مقاومت LED ششم را به A5 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  7. مقاومت LED هفتم را به A6 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  8. مقاومت LED هشتم را به A7 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  9. مقاومت LED نهم را به G10 وصل کنید.
  10. مقاومت LED دهم را به A9 وصل کنید.
  11. مقاومت LED یازدهم را به A10وصل کنید.
  12. مقاومت LED دوازدهم را به A11 وصل کنید.
  13. مقاومت LED سیزدهم را به A12وصل کنید.
  14. مقاومت LED چهاردهم را به A13 وصل کنید.
  15. مقاومت LED پانزدهم را به A14 وصل کنید.
  16. مقاومت LED شانزدهم را به A15 وصل کنید.
  17. ستون اول از بالا را به A30 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  18. ستون شماره دو را به A27 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  19. ستون شماره سه را به A24برد بورد شماره یک وصل کنید.
  20. ستون شماره چهار را به A21 برد بورد شماره یک وصل کنید.
  21. ستون شماره پنج را به A18 برد بورد شماره یک وصل کنید.

باتن (دکمه) شماره یک

  1. باتن را طوری قرار بدهید که هر کدام از چهار پین داخل یکی از نقاط E60، E62، F60 و F62 قرار بگیرند.
  2. مقاومت ۱۰ کیلویی را به ۵ ولتی و J60 وصل کنید.
  3. J60 و اتصال به زمین را وصل کنید.
  4. I60 را به پین ۱۲ آردوینو وصل کنید.

باتن شماره دو

جای این قطعه روی برد بورد و بین مقاومت‌های LEDها کمی‌تنگ است. باید فشار زیادی برای نصب این قطعه روی برد اعمال کنید.

  1. یک مقاومت ۱۰ کیلویی بین یک طرف باتن و ۵ ولتی وصل کنید.
  2. از همان نقطه یک سیم به پین A1 آردوینو وصل کنید.
  3. طرف دیگر دکمه را هم به زمین وصل کنید.

مقاومت نوری

سه پین در یک ردیف وجود دارد که باید:

  1. یکی از کناری‌ها را به ۵ ولتی وصل کنید.
  2. وسطی را به پین A2 آردوینو وصل کنید.
  3. یکی از کناری‌ها را به زمین وصل کنید.

پیزو

این قطعه را می‌توانید هر جای برد که فضا وجود دارد، قرار بدهید. پایه منفی را به زمین و پایه مثبت را به پین ۶ آردوینو وصل کنید.

ماژول RTC

  1. پین Vcc ماژول را به ۵ ولتی و پین GND را به زمین وصل کنید.
  2. پین SDA را به A4 وصل کنید.
  3. پین SCL را به A5 وصل کنید.

برد آردوینو UNO تنها ۲۳ پین دیجیتال I/O دارد و برای ساخت ماتریکس LED به ۱۶ پین برای ردیف‌ها، ۵ پین برای ستون‌ها، یک پین برای مقاومت نوری، یکی برای باتن، یکی برای پیزو و یکی برای تنظیم میزان درخشش نیاز داریم که روی هم ۲۵ پین می‌شود. به همین خاطر از چند شیفت رجیستر به صورت زنجیری استفاده کردیم تا بتوانیم از سه پین آردوینو برای کنترل ۱۶ LED استفاده کنیم.

گام پنجم : برنامه را آپلود کنید

برای استفاده از ماتریکس LED به عنوان ساعت باید کتابخانه RTClib را دانلود و نصب کنید (کتابخانه را از این لینک دانلود کنید). فولدری که دانلود می‌کنید را در مسیر Documents\Arduino\library ذخیره کنید. سپس کدهای موجود در لینک زیر را روی آردوینو آپلود کنید. حالا تنها کاری که باقی مانده، درجه بندی ساعت است.

درجه بندی

از مثال ۱۳۰۷ RTC در کتابخانه real time clock برای تنظیم زمان ماژول RTC استفاده کنید. اینکار را فقط زمانی تکرار کنید که باتری تمام بشود. فقط باید در قسمت void setup خطی که حاوی عبارت rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__))); است را آن کامند و سپس کدها را آپلود کنید.

از کد Analog_Reader برای نشان دادن مقدار مقاومت نوری در نور کم و زیاد استفاده کنید. فراموش نکنید این مقادیر را ضبط و حفظ کنید.

حالا سراغ کدهای Led_Clock بروید. مقدار Int brightlow را برابر نور کم مقاومت نوری قرار بدهید. مقدار Int brighthigh را هم برابر نور زیاد مقاومت نوری قرار بدهید. مقدار Int brightadjust را هم تنظیم کنید تا نور کلی ماتریکس تنظیم بشود.

از متغیر String alarm1 برای تنظیم وقتی که آلارم یک باید خاموش بشود، استفاده کنید. حالا وقتی زمان ۱۲ ساعته را نشان می‌دهد، ساعت ۲۴ ساعته را فعال می‌کند. پس اگر می‌خواهید ساعت۸ شب خاموش بشود، باید آن را روی ۲۰۰۰ تنظیم کنید. اگر هم می‌خواهید ساعت را روی ۸:۳۰ تنظیم کنید، باید ۰۸۳۰ را وارد کنید.

برای تنظیم آلارم دوم از متغیر String alarm2 استفاده کنید.

گام ششم : اشکال یابی

LEDها اصلاً روشن نمی‌شوند

احتمالاً یکی از سیم‌ها سرجایش نیست. همه اتصالات را یکبار چک کنید. اگر اتصالات مشکل ندارند، باید مطمئن شوید لحیم کاری درست انجام شده باشد و هیچ سیمی‌نسوخته باشد.

LEDها روشن می‌شوند اما نورشان کم است

این احتمال وجود دارد که منبع تغذیه نتواند جریان مورد نیاز را تامین کند (البته احتمالش کمی‌است). ترانزیستورها را هم چک کنید.

نمایشگر نورهای تصادفی و عجیبی نشان می‌دهد

مطمئن شوید پین‌های دیتا و ساعت درست وصل شده اند. اگر اینکار مشکلی را حل نکرد، یکبار دیگر کدهای آردوینو را آپلود کنید (که بیشتر از دفعه اول طول می‌کشد).

ساعت ماتریکس LED آماده است

ساعت ماتریکس LED آماده است
ساعت ماتریکس LED آماده است

حالا که ساعت آماده است، باید طرز کار با آن را یاد بگیرید. با فشار دادن باتن شماره یک و قطعه ای که پین ۱۲ آردوینو وصل است، می‌توانید آلارم را روشن کنید. وقتی آلارم فعال شد، از باتن شماره دو برای تنظیم زمان استفاده کنید. با بوق اول می‌توانید ساعت را با پتانسیومتر تنظیم کنید و بعد از بوق دوم می‌توانید دقیقه را به همین شکل تنظیم کنید.

این ساده ترین روش برای تبدیل ماتریکس LED به ساعت است و می‌توانید با اضافه کردن قطعات بیشتر آن را پیشرفته تر کنید. مثلاً با یک سنسور می‌توانید ساعت را به محض وارد شدن کسی به اتاق، فعال کنید. شما هم اگر پیشنهادی برای بهبود این ساعت دارید، آن را با ساختنی به اشتراک بگذارید.

منبع

خلاصه مطلب
ماتریکس LED درست کنید و با آردوینو آن را به ساعت رومیزی تبدیل کنید
عنوان مطلب
ماتریکس LED درست کنید و با آردوینو آن را به ساعت رومیزی تبدیل کنید
توضیح کوتاه
طرز ساخت ماتریکس LED را یاد بگیرید و پروژه‌های مختلف بسازید.
نویسنده
ساختنی

بیشتر بخوانید:

مدار الکترونیکی فرستنده FM استریو با کیفیت بالا... ساختنی امروز می خواهد یک مدار فرستنده FM را به شما دوست داران مدارهای الکترونیکی تقدیم کند. این مدار صدا را با کیفیت بسیار خوبی به صورت امواج رادیویی ...
چراغ رومیزی سیمانی مدرن و منحصر به فرد بسازید... ایده استفاده از سیمان برای ساخت وسایل تزیینی مثل جاشمعی، سه پایه، گلدان و چراغ رومیزی ایده تازه ای نیست. در این ساختنی دوباره سراغ این ایده کم هزینه و...
با برد آردوینو مترجم مورس بسازید و کدهای مورس را ترجمه کنید... در این ساختنی آموزش ساخت مداری را می خوانید که با آن می توانید کدهای مورس را به کلمات انگلیسی ترجمه کنید! این مترجم مورس به شما کمک می کند مهارت‌تان د...
با برد آردوینو و شیلد GPRS دستگاه ردیاب کوچک و کارآمد بسازید... در این ساختنی طرز ساخت یک دستگاه ردیاب کوچک با برد آردوینو را یاد می گیرید. این دستگاه بسیار ساده است و از یک برد آردوینو Mega، شیلد GPRS، GPS و یک SD...
مدل مریخ واقعی و دقیق با پایه متحرک و نورافکن بسازید... در این ساختنی یاد می گیرید چطور یک مدل مریخ رومیزی دقیق و واقعی بسازید. پایه این مدل مریخ متحرک است و به خاطر چراغی که دارد، جزییات را بهتر نشان می ده...
آزمایش شناس‌گر PH و کاغذ تورنسل با کلم قرمز، لیمو و نمک... آزمایش شناس‌گر PH  یا کاغذ تورنسل یکی از ساده ترین آزمایش‌های علمی است که نتیجه بسیار جالبی دارد. برای انجام این آزمایش علمی فقط به کمی کلم قرمز و چند...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

آموزش ساخت مدار شارژر باتری اتوماتیک به دو روش مختلف

باتری‌های قلمی‌هنوز کاربرد زیادی دارند و عمر کم آنها تاثیری در این مسئله ندارد. اگر …

پاسخ دهید