Matrix Pixel Rain - Mô hình trang trí hiệu ứng ma trận tự lắp ráp

Có quá nhiều thông tin để giải mã Matrix. Nhưng rồi bạn cũng sẽ quen thôi. Bộ não của bạn sẽ tự làm công việc dịch mã đó. Tôi thậm chí chẳng còn nhìn thấy mã nữa. Tất cả những gì tôi thấy là tóc vàng, tóc nâu, tóc đỏ.

Đây là một món đồ chơi đơn giản lấy cảm hứng từ bộ phim nổi tiếng "The Matrix". Thiết bị này là một ma trận các ký tự được chiếu sáng từ phía sau với hiệu ứng hạt mưa rơi. Hướng dẫn được chia làm hai phần:

1. Cách in và lắp ráp thiết bị sử dụng các tệp được cung cấp;
2. Cách tùy chỉnh thiết kế theo nhu cầu của bạn.

Lý do phần tùy chỉnh nằm cuối là vì… nó hơi "kỳ công" một chút và tôi chỉ dành nó cho những ai thực sự "đam mê" thôi ;)

Vật liệu và Phần mềm cần thiết

Vật liệu

• Nhựa PLA đen và trắng (để rõ ràng: 2 loại sợi riêng biệt, không phải loại nhựa pha sẵn đen&trắng!)
• Ma trận LED (Tôi đã sử dụng ma trận WS2812B ARGB 32x8 của BTF-Lighting trên Amazon)
• Arduino Nano hoặc loại tương đương
• Bộ nguồn (tùy chọn, xem hướng dẫn đấu dây)

Phần mềm

• Cura (các phần mềm slicer khác cũng có thể dùng được nếu chúng cho phép chuyển đổi PNG thành mô hình 3D)
• Arduino IDE

Nếu bạn muốn tùy chỉnh thiết kế:

• Inkscape với simple scripting extension
• FreeCAD

Phần 1: Tự làm (DIY!)

In ấn

Phần vỏ (Case)

Đối với ma trận "tiêu chuẩn" 32x8, bạn cần in:

• Hai bản matrix-box-ext.stl và một bản matrix-box-int.stl
• Hai bản matrix-grid-4.stl và hai bản matrix-grid-12.stl
• Hai bản matrix-diff-ext.stl và một bản matrix-diff-int.stl (sử dụng nhựa PLA trắng cho các phần này!)

Nhớ dùng nhựa PLA đen cho tất cả các bộ phận ngoại trừ tấm khuếch tán ánh sáng (diffuser) - tấm này bắt buộc phải màu trắng để ánh sáng xuyên qua. Các bộ phận này có thể in bằng thiết lập standard quality của Cura (độ cao lớp 0.2mm với đầu phun 0.4mm).

Bảng ký tự

Tải về tệp characters.zip và giải nén 16 hình ảnh PNG chứa các ký tự. Bạn sẽ cần nhập từng tệp một vào Cura, tạo mô hình 3D và slice nó. Hãy làm theo các bước sau:

1. Trong Cura, nhấp vào nút import và chọn một tệp PNG.
2. Một cửa sổ tên là Convert Image sẽ hiện ra. Nhập các thông số sau:
   • Height (Chiều cao): 0.8mm
   • Base (Đáy): 0.0mm
   • Width (Chiều rộng): 41mm
   • Depth (Chiều sâu): giữ nguyên (do Cura tự tính toán)
   • "Lighter is higher" (Sáng hơn là cao hơn)
   • Color Model (Mô hình màu): Linear
   • 1mm Transmittance (Độ xuyên thấu): 50.0%
   • Smoothing (Làm mịn): 1
3. Chọn thiết lập standard quality của Cura và cập nhật các thông số:
   • Walls → Wall Thickness → Wall Line Count: 1
   • Material → Build Plate Temperature: 60°C
   • Speed → Initial Layer Speed: 10.0mm/s

Sau khi in, tôi khuyên bạn nên chà nhám các cạnh và bề mặt để các tấm ký tự trông đẹp hơn.

Lắp ráp

1. Lắp vỏ hộp, ghép ba phần lại với nhau bằng keo hoặc băng dính.
2. Chèn ma trận LED vào bên trong.
3. Lắp các tấm lưới (grid) lên trên các đèn LED. Những tấm dài (12 ô) đặt ở giữa, các tấm ngắn (4 ô) đặt ở hai đầu. Lưu ý các tấm ngắn có chiều lắp cụ thể! Nếu quan sát kỹ, một cạnh sẽ dày hơn. Cạnh đó phải tiếp xúc với vỏ hộp. Các cạnh mỏng nên chạm vào các tấm lưới 12 ô.
4. Dán ba tấm khuếch tán màu trắng lên trên lưới. Tôi khuyên nên đặt các tấm ngắn ở hai đầu.
5. Dán các tấm ký tự màu đen lên trên tấm khuếch tán. Lưu ý chúng có thứ tự nhất định! Kiểm tra tệp konkani.svg để xem cách đặt.

Nạp chương trình & Đấu dây Arduino

Giải nén tệp chứa mã nguồn và mở tệp chính (đuôi .ino) trong Arduino IDE. Cài đặt FastLED bằng cách vào Tools → Library Manager, tìm FastLED và nhấn Install.

Bạn có thể tùy chỉnh script bằng cách thay đổi các hằng số sau:

• Định nghĩa phần cứng:
  • DATA_PINS: số chân kỹ thuật số kết nối với ma trận. Mặc định là pin 3.
  • LED_TYPE: loại chip LED. Kiểm tra thông số LED của bạn.
  • COLOR_ORDER: liên quan đến loại chip, kiểm tra tài liệu FastLED.
• Cài đặt hiệu ứng:
  • REFRESH_PERIOD_MS: tốc độ làm mới màu sắc (tôi thấy 20ms là ổn).
  • MAX_BRIGHTNESS: độ sáng của giọt mưa (khoảng 50 là vừa đẹp và tiết kiệm điện).
  • DROPLET_MIN/MAX_RESPAWN_DELAY_MS: thời gian chờ để giọt mưa quay lại từ trên đầu.
  • DROPLET_MIN/MAX_FALL_DELAY: kiểm soát tốc độ rơi của giọt mưa.
  • DIM_INTERVAL_MS: tốc độ làm mờ vệt đuôi của giọt mưa.
  • DROPLETS_PER_COLUMN: số lượng giọt mưa trong một cột cùng lúc.
• Cài đặt màu sắc:
  • DROPLET_COLOR: màu của giọt mưa (mặc định là trắng tinh).
  • COLOR_TRAIL: màu của vệt đuôi.
  • COLOR_REST: màu nền của ma trận khi không có giọt mưa (để 0,0,0 nếu muốn tắt hẳn).
  • COLOR_DECAY: màu trừ đi mỗi chu kỳ để tạo hiệu ứng mờ dần.
• Cài đặt ma trận:
  • ROWS_PER_LED_MATRIX và COLS_PER_LED_MATRIX: kích thước ma trận.
  • ORDERING: cách kết nối vật lý giữa các đèn LED.

Sau khi tùy chỉnh, kết nối Arduino với máy tính, chọn đúng model và cổng COM, rồi nhấn "Upload".

Đấu dây rất đơn giản:

• Kết nối chân dữ liệu (DATA_PINS) với dây tương ứng của ma trận.
• Nối chung cực âm (GND) của Arduino, ma trận LED và nguồn điện.
• Nối cực dương của nguồn với dây dương của ma trận.

Nếu bạn không để độ sáng quá cao, bạn có thể cấp nguồn trực tiếp từ chân 5V của Arduino mà không cần bộ nguồn ngoài.

(Mới!) Sử dụng nhiều ma trận

Code hiện đã hỗ trợ chạy tới 8 ma trận song song! Chỉ cần đặt DATA_PINS thành danh sách các chân bạn sử dụng (ví dụ: 6, 10, 13). Đảm bảo ROWS và COLS được đặt theo kích thước của một ma trận đơn lẻ.

Phần 2: Tùy chỉnh thiết kế (Tùy chọn)

Nếu bạn không thích thiết kế sẵn, bạn có thể tự sửa đổi:

Tạo bảng ký tự mới trong Inkscape

Sử dụng extension Simple Inkscape Scripting với tệp _matrixinkscape.py. Bạn có thể thay đổi số hàng, số cột và các ký tự trong biến konkani. Hãy nhớ: không in các ký tự có lỗ hổng (đó là lý do tôi tránh dùng chữ cái Latinh).

Cập nhật mô hình FreeCAD

Nếu bạn thay đổi kích thước bảng, hãy mở matrix.FCStd trong FreeCAD và chỉnh sửa các thông số trong bảng tính (spreadsheet) như Cell size, Rows, Columns để khớp với thiết kế mới.