حل شده مروری بر پروژهٔ مکعب ال ای دی

داشتم پست اخیر بخش پروژه‌های ‌DIY سایت را می‌دیدم که در رابطه با ساخت یک مکعب ال ای دی است و به خودم گفتم باید بیشتر از این‌ها با این پروژه انجام داد. احساس کردم که این را فقط باید به عنوان یک تکهٔ کوچک از یک مبحث بسیار بزرگتر دید. همین شد که تصمیم گرفتم بیشتر راجع بهش بنویسم و ابعاد مختلف قضیه را در بیاورم و به هم بچسبانم تا ببینم واقعاً چه‌ها می‌شود با همین پروژهٔ بسیار ساده، اما نه راحت! انجام داد.
مکعب ال ای دی ایدهٔ بسیار ساده‌ای دارد. یک تعداد ال ای دی را به هم می‌چسبانیم و با روشن و خاموش کردن آن‌ها در طی زمان اشکال زیبایی پدید می‌آوریم. همین!
هرچه مکعب کوچکتر باشد، ساخت آن راحت‌تر خواهد بود و هر چه بزرگتر می‌شود ناممکن‌تر! مثلاً یک مکعب ۲در۲ را درنظر بگیرید. هفت هشت‌تا اتصال را لحیم می‌کنید و ال ای دی ها را روشن و خاموش می‌کنید و از دیدن این تصویر زیبا لذت می‌برید.
نه!
نگاه کردن به یک مکعب ال ای دی ۲در۲ هیچ لذتی ندارد. ۴در۴ چطور؟ می‌تواند جالب باشد! ۸در۸ باید جالب باشد! ۱۶ در ۱۶...
خلاصه یک سرچی کردم که بزرگترین مکعب ال ای دی دنیا را پیدا کنم و به پستی رسیدم که واقعاً انتظارش را نداشتم!
برندان ورکوئلن دانشجوی دانشگاه نیوزیلند، تصمیم گرفته بزرگترین مکعب ال ای دی دنیا را با ابعاد ۱۶در۱۶در۱۶ بسازد! ۴۰۹۶ ال ای دی که باید به هم لحیم شوند! و تصمیم گرفت به تنهایی این کار را انجام دهد. او حدوداً ۵۵۰ دلار هزینه کرده‌است و خب، خیلی کمتر از هزینه‌ای است که انتظارش را داشتم. البته او کار را کامل نکرده و با یک مکعب ۱۶در۱۶در۸ ( که دیگر مکعب نیست! ) توانست رکورد بزرگترین مکعب ال ای دی را از آن خود کند که کار تحسین برانگیزی است و به تلاش او باید آفرین گفت!
پس از آن افراد و شرکت‌های مختلفی دست به ساخت این مکعب زده‌اند و همین حالا این مکعب با ابعاد ۱۶در۱۶در۱۶ بصورت کامل ساخته‌شده است.
البته این را هم بگویم که شرکت چینی سیک‌وِی تکنولوژی، این رکورد را شکسته و درحال حاضر مکعبی با ابعاد ۳۲ در ۳۲ در ۳۲ را به فروش می‌رساند! و از این نظر رکورددار است اما همچنان کار برندان برای ما تحسین برانگیز است.

مکعب ال ای دی چیست؟
یک مکعب ال ای دی مثل یک صفحهٔ ال ای دی است و تنها تفاوت آن‌ها در این است که این، یک بعد سوم هم دارد که آن‌را سه بعدی می‌کند. می‌توانید به ‌آن مثل یک صفحهٔ نمایش با رزولوشن پایین نگاه کنید. در صفحه نمایش‌های معمولی، برای اینکه ظاهر بهتری داشته باشیم، عادیست که پیکسل‌ها را تاجای ممکن نزدیک هم قرار دهیم. اما برای مکعب سه بعدی قضیه فرق می‌کند! در مکعب سه بعدی باید قادر باشیم که داخل ‌آن‌را هم ببینیم که باعث می‌شود فاصلهٔ بین پیکسل‌ها (ال ای دی ها) را بیشتر کنیم. البته واضح است که فاصلهٔ بین این ال ای دی ها باید تا اندازه‌‌ی معینی زیاد شود زیرا پس از آن دیگر مکعب کیفیت لازم برای نوازش چشم‌های مارا ندارد!
از آن‌جایی که ساختن مکعب سه بعدی از ساختن صفحه نمایش ال ای دی بسیار دشوارتر است ( گاها از این‌ها با نام ماتریس ال ای دی هم یاد می‌شود چرا که می‌توان دقیقاً مانند ماتریس‌های دوبعدی و سه‌بعدی با ‌آن‌ها رفتار کرد و البته رفتار هم می‌شود! که جلوتر به آن می‌پردازیم)، چه در زمینهٔ ساخت فیزیکی چه برنامه‌نویسی کد آن، آن‌ها را معمولاً در رزولوشن پایین‌تر می‌سازیم. مثلاً یک صفحه نمایش ال ای دی ۸در۸ فقط ۶۴ ال ای دی اما یک مکعب ۸در۸در۸، ۵۱۲ تا ال ای دی دارد! که ساخت با این تعداد بسیار سخت‌تر خواهد بود، نه؟! به همین دلیل است که مکعب ال ای دی را همیشه در ابعاد بسیار کوچکتر نسبت به صفحه نمایش‌های ال ای دی می‌سازند.
ساخت مکعب ال ای دی و چالش‌های آن
ساختن این مکعب و به دست آوردن محصول نهایی شامل دو مرحلهٔ مجزا است که هرکدام دقیقاً به یک‌اندازه حیاتی‌اند و در فرایند ساخت اگر هرکدام از این دومرحله به درستی انجام نشود به آن چیزی که می‌خواهیم نمی‌رسیم.
ساخت فیزیک مکعب
برنامه‌نویسی کد نرم‌افزاری آن

ساخت فیزیک مکعب:
معمول‌ترین راه برای ساخت این مکعب با استفاده از میکروکنترلرهای اتمگا است و به دفعات بسیار در سایت‌های مختلف این روش آموزش داده می‌شود. موضوع در اینجا این است که این کار به دانش الکترونیک فرد بستگی دارد و استفاده از ترانزیستورها و آی‌سی های مختلف بکار گرفته شده در این نوع پروژه‌ها بستگی به پیش زمینهٔ فرد در الکترونیک دارد. اما آموزشی که در سایت قرار گرفته‌است، آردوینو را به کمک خودآورده تا چالش‌های الکترونیکی پروژه را به حداقل برساند. از طرفی برنامه‌نویسی آن هم به مراتب ساده‌تر خواهد بود.
از طرفی دیگر یکی از چالش‌های بزرگ در ساخت این پروژه، شاید یکی از دو چالش بزرگ آن، لحیم کردن ال ای دی هااست که البته در تعداد بالا روش‌های جالبی برای این کار وجود دارد. Instructables و hownottoengineer این روش‌ها را در آموزش‌هایشان بکار برده‌اند که به آن‌ها می‌رسیم.
آموزش‌های بسیار زیاد و گوناگونی در سطح وب وجود دارد که نحوهٔ ساخت مکعب را به خوبی آموزش می‌دهد اما من دوتای آنها را خیلی دوست دارم که در بالاهم به آنها اشاره کردم. اولی آموزش ساخت مکعب ال ای دی ۸در۸در۸ سایت Instructables و دیگری هم دو آموزش از سایت hownottoengineer هستند. ( Instructables به تازگی در پستش ساخت بوسیلهٔ آردوینو راهم اضافه کرده است، هورا ! )
Instructables آموزش خود را تشریحی‌ترین آموزش مطرح شده در سطح وب معرفی می‌کند و باید بگویم که همین‌طور است! درواقع می‌توانم بگویم اگر این آموزش را مرحله به مرحله پیش بروید تقریباً هیچ جای ابهامی برایتان باقی نمی‌ماند و مکعب ۸در۸در۸ تان را می‌سازید!
تمامی مراحل هم بصورت تئوری هم بصورت عملی توضیح داده ‌شده‌اند و لابلای مطالب به نکات جالبی اشاره شده است که بعد از خواندن آن‌ها می‌گویید آها!
همچنین کامنت‌ها و بحث‌های زیادی هم آنجا مشاهده می‌کنید که بعضاً نکاتی را مطرح کرده‌اند که شاید به ‌آن‌ها توجهی نکرده باشید و حتی اگر مکعب را هم بسازید از چشمتان غافل مانده باشد.

Hownottoengineer دوآموزش دارد. یکی با ال ای دی معمولی و یکی با ال ای دی‌های RGB .
نکتهٔ حائز اهمیت و تحسین در مورد این دو آموزش خلاصه و موجز و در عین حال کاربردی بودن و کیفیت بسیار بالای ساخت آن بوده‌است بطوری که می‌توان گفت واقعاً زیباترین مکعب ال ای دی جهان است. مکعب به طرز حیرت‌انگیزی تقارن دارد و چشم‌نواز است که نشان می‌دهد که سازندهٔ دست به آچاری دارد!
خودتان ببینید:
http://www.hownottoengineer.com/projects/images/rgb_led_cube/cubecomp01.JPG

برنامه‌نویسی کد نرم‌افزاری آن:
اول از همه این را بگویم که کدزدن این پروژه اصلاً کار ساده‌ای نیست و همینطور کدهای آمادهٔ بسیار زیادی در سطح اینترنت پیدا می‌کنید که به زیبایی برایتان کار می‌کند، پس اگر اهل کدزدن نیستید اصلاً نگران نشوید!
در آموزش قرار گرفته‌شده در سایت چند کد بصورت نمونه وجود دارد و کسانی که پروژه را انجام می‌دهند از آن استفاده می‌کنند تا چند طرح را ( که غالباً زیبا هستند! ) ببینند.
اما این‌بار می‌خواهم به جرات بگویم برای آموزش مرحله به مرحلهٔ کدزدن مکعب instructables بهترین است!
در آن پست، از گام ۴۹ آموزش کدزدن مکعب شروع شده و تا مرحلهٔ ۶۹ به این مطلب می‌پردازد و همانطور که قول داده بود تمام جزئیات آن‌را بیان می‌کند. پس برای یاد گرفتن کدزدن مکعب ال ای دی برشماست که پست instructables رو ببینید.
در پست قرار گرفته شده در سایت هم کدهایی را بصورت آماده می‌بینید. اگر دقت کنید روند و الگوی برنامه را متوجه می‌شوید. دقیقاً همانطور که اشاره کردم مکعب را مثل یک ماتریس سه بعدی می‌بیند و با ساخت آرایه‌ها ال ای دی‌ ها را کنترل می‌کند. بازهم ساده ولی نه راحت!

گام بعدی
مسلماً استفاده از یک مکعب ال ای دی تنها به گذاشتن آن در یک گوشه و دیدن رنگ و لعاب آن محدود نمی‌شود!
مثلاً یکی از کارهایی که می‌شود کرد این است:
هروقت موسیقی پخش می‌شود( یا اصولاً هرنوع صدایی) رنگ ال ای دی‌ها متناسب با زیر و بم صدا تغییر می‌کند و الگوهای مختلفی را با توجه به ریتم موسیقی در گوشهٔ خانه ایجاد می‌کند.
یا مثلاًمی‌توانید...
باز هم نه!
حالا نوبت شماست که نظرتان را راجع به این پروژه بیان کنید. به نظرشما ساخت این پروژه، به چه دردی( جز جنبهٔ فان ماجرا) می‌خورد؟ کدام قسمت را می‌توانیم بهینه کنیم یا کدام کار را در روند ساخت مکعب می‌توانیم انجام دهیم تا نتیجهٔ بهتری بگیریم؟ چه استفاده‌ای می‌توانیم از آن ببریم تا این‌ پروژه جایی در گوشهٔ خانه یا اتاقمان داشته باشد؟
نظرات و پیشنهاداتتان را حتماً به اشتراک بگذارید تا با هم و به کمک هم بتوانیم پروژه را بهبود دهیم و مطمئن باشید این هم‌افزائی بسیار ارزشمند خواهد بود!