Ξύλινη οθόνη παιχνιδιών LED Powered by Raspberry Pi Zero: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Αυτό το έργο πραγματοποιεί μια οθόνη LED βασισμένη σε WS2812 20x10 pixel με μέγεθος 78x35 cm, η οποία μπορεί εύκολα να εγκατασταθεί στο σαλόνι για να παίξει ρετρό παιχνίδια. Η πρώτη έκδοση αυτού του πίνακα χτίστηκε το 2016 και ανακατασκευάστηκε από πολλούς άλλους ανθρώπους. Αυτή η εμπειρία χρησιμοποιήθηκε για να συνοψίσει όλες τις βελτιώσεις για να δημιουργήσει μια νέα έκδοση της μήτρας και να την φέρει τώρα στο instructables.com. Κύρια νέα χαρακτηριστικά είναι η ενημέρωση σε ένα Raspberry Pi Zero αντί για χρήση και Pi A συν ένα Arduino και η αντικατάσταση του προηγούμενου μεγάλου ελεγκτή με ένα gamepad Bluetooth. Επίσης, το λογισμικό βελτιώθηκε συμπεριλαμβανομένου του προσομοιωτή, ο οποίος σας επιτρέπει να αναπτύξετε τον κώδικα σε έναν υπολογιστή ακόμη και αν δεν έχετε πρόσβαση στο υλικό της μήτρας.

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτής της μήτρας LED είναι ο ειδικός καπλαμάς ξύλου, ο οποίος χρησιμοποιείται για την κάλυψη των LED και την απόκρυψή τους, όταν τα LED είναι απενεργοποιημένα. Αυτό αυξάνει σημαντικά τον συντελεστή αποδοχής των μη τεχνολογικών ατόμων;-) Φυσικά, εάν αυτός ο ειδικός καπλαμάς δεν είναι διαθέσιμος στη χώρα σας, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε κάποιο άλλο διάχυτο υλικό όπως το ακρυλικό για να αποκρύψετε τα LED. Προγραμματίζεται επίσης η παροχή ορισμένων βασικών τμημάτων στο μέλλον για να διευκολυνθεί η ανασυγκρότηση του έργου.

Προμήθειες:

• Raspberry Pi Zero W (με κάποια προσαρμογή, όλα τα άλλα μοντέλα θα λειτουργήσουν επίσης)
• 200 LED/s (λωρίδες LED WS2812B με 30 LED/m)
• Οθόνη μήτρας 4x SPI LED με MAX7219
• Καλώδια
• Gamepad Bluetooth (π.χ. αυτό από το Pimoroni)
• Τροφοδοσία 5V με τουλάχιστον 5Α
• Ξύλο MDF για κοπή με λέιζερ
• Ξύλινη καπλαμά ή ακρυλική πλάκα διάχυσης
• Πυκνωτής, Αντίσταση
• Κάποιες βίδες

Βήμα 1: Κοπή λέιζερ

Η βασική δομή της μήτρας είναι κατασκευασμένη από ξύλο MDF με πάχος 3mm και κόβεται με κόφτη λέιζερ. Εάν δεν είστε κάτοχος λέιζερ, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια διαδικτυακή υπηρεσία όπως το ponoko.com ή το formulor.de ή να επικοινωνήσετε με το επόμενο fablab/makerspace στο περιβάλλον σας. Είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιείτε χαρτόνι ή άλλα ελαφρύτερα υλικά, αλλά τα συνημμένα αρχεία είναι σχεδιασμένα για πάχος 3mm, οπότε τα πιο λεπτά ή παχύτερα υλικά χρειάζονται επανασχεδιασμό των αρχείων. Ο σχεδιασμός έγινε στο Fusion 360. Τα περισσότερα μέρη συγκρατούνται απλά σύροντάς τα στη θέση τους, μόνο μερικά από τα μέρη όπως τα εξωτερικά περιγράμματα πρέπει να κολληθούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας κόλλα ξύλου. Βεβαιωθείτε ότι η μήτρα σας λειτουργεί πλήρως πριν εφαρμόσετε οποιαδήποτε κόλλα! Επίσης το ξύλινο καπλαμά πρέπει να κολληθεί, αλλά αυτό είναι το τελευταίο βήμα αφού διασφαλίσετε ότι όλα λειτουργούν.

Στη δεξιά (κάτω) πλευρά του οπίσθιου επιπέδου, υπάρχει ένα κομμένο τμήμα για να στερεώσετε τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα στη μήτρα και να έχετε ακόμα πρόσβαση σε αυτά τα εξαρτήματα όταν είναι κολλημένο το καπλαμά.

Βήμα 2: Εγκαταστήστε LED

Οι λωρίδες LED είναι τυπικές λωρίδες 30 LED/m WS2812, οι οποίες είναι διαθέσιμες στο Amazon, eBay ή σε άλλα ηλεκτρονικά καταστήματα σε όλο τον κόσμο. Αυτή είναι κανονικά και η φθηνότερη διαθέσιμη λωρίδα LED με δυνατότητα διεύθυνσης. Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε άλλα LED, πρέπει να διασφαλίσετε την απόσταση 30 LED/m για να ταιριάζει στο μοτίβο μήτρας. Τα τμήματα που έχουν κοπεί με λέιζερ έχουν μικρές περιοχές αποκοπής για να ταιριάζουν στο πλάτος LED 10 cm. Αυτές οι λωρίδες LED έχουν ταινία διπλής όψης στην πλάτη τους, ώστε να μπορείτε να τις κολλήσετε απευθείας στο MDF μετά από ακριβή τοποθέτηση. Ελέγξτε τον σωστό προσανατολισμό κάθε λωρίδας πριν χρησιμοποιήσετε την ταινία (κατεύθυνση DIN-DOUT).

Το μοτίβο καλωδίωσης είναι ζιγκ-ζαγκ, έτσι στο τέλος, υπάρχει μόνο ένας πείρος εισόδου στη μήτρα και τα μήκη καλωδίων είναι όσο το δυνατόν μικρότερα. Για σωστή κατανομή της ισχύος και μείωση της καλωδίωσης στο πάνω μέρος της μήτρας, κάθε λωρίδα LED συνδέεται με 5V και GND στο κάτω μέρος της μήτρας. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε είτε απλά καλώδια είτε πρωτότυπα PCB για τη διανομή της γραμμής 5V και GND.

Βήμα 3: Συναρμολόγηση

Η προβολή έκρηξης βοηθά στον προσδιορισμό των σωστών τεμαχίων για τη συναρμολόγηση. Ακολουθήστε τις εικόνες εγκατάστασης βήμα προς βήμα. Το πίσω επίπεδο έχει εγκάρσιες κατασκευές για να συγκρατεί τους μακριούς πλευρικούς τοίχους και μερικούς από τους κοντούς τοίχους. Εάν έχετε προβλήματα με την εγκατάσταση των τεμαχίων, χρησιμοποιήστε χαρτί άμμου για να το διορθώσετε.

Βήμα 4: Συγκόλληση

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να κολλήσετε εκεί καλώδια ρεύματος για τις διαφορετικές λωρίδες μαζί. Είτε μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μεμονωμένα καλώδια είτε κάποιο είδος κοινού κάδου από χαλκό για να κολλήσετε τα διαφορετικά σύρματα. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιήθηκαν κομμάτια πρωτοτύπων PCB για να καθοδηγήσουν τις ράγες ισχύος στις λωρίδες. Οι λωρίδες WS2812B έχουν ήδη ξεχωριστά καλώδια τροφοδοσίας τα οποία μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να συνδέσετε τη ράγα τροφοδοσίας στην πρώτη είσοδο λωρίδας (αριστερή πλευρά της εικόνας).

Βήμα 5: Εγκαταστήστε την οθόνη SPI

Για την εμφάνιση των αποτελεσμάτων και του κειμένου των παιχνιδιών, χρησιμοποιείται μια οθόνη μήτρας LED βασισμένη στο πρόγραμμα οδήγησης LED MAX7219. Συνδέεται μέσω SPI (Serial Peripheral Interface) με το Raspberry Pi. Τέσσερις οθόνες 8x8 συνδυάζονται σε μια οθόνη κουκκίδας 32x8 pixel. Μπορείτε να αγοράσετε αυτές τις οθόνες 8x8 pixel για π.χ. στο eBay, υπάρχουν επίσης διαθέσιμες συνδυασμένες οθόνες 32x8 pixel. Επίσης έχετε διαφορετικές επιλογές χρωμάτων. Σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν κόκκινες οθόνες. Επειδή το SPI λειτουργεί σαν καταχωρητής βάρδιας, οι οθόνες συνδέονται μεταξύ τους σειριακά συνδέοντας δεδομένα από την πρώτη μήτρα με δεδομένα της δεύτερης και ούτω καθεξής ξεκινώντας από τη δεξιά πλευρά της οθόνης.

Αυτή η οθόνη είναι αναγνώσιμη μόνο από έξω, εάν είναι τοποθετημένη ακριβώς πίσω από το στρώμα καπλαμά. Εάν όχι, υπάρχει μόνο μια κόκκινη θόλωση ορατή. Επομένως, πρέπει να το τοποθετήσετε πάνω από το τμήμα αποκοπής του πίσω επιπέδου με απόσταση 30 mm μεταξύ της επιφάνειας του πίσω επιπέδου και της επιφάνειας της μήτρας. Έχω χρησιμοποιήσει μερικά ξύλινα κομμάτια και βίδες για να προσαρμόσω τα 19 mm που λείπουν μεταξύ του πίσω επιπέδου και των PCB, αλλά μπορείτε επίσης να κάνετε οποιοδήποτε εξωτερικό τύπο αποστάτη.

Η καλωδίωση της οθόνης εμφανίζεται στο βήμα 7.

Βήμα 6: Εγκαταστήστε το Pi

Σε αυτήν την εγκατάσταση, χρησιμοποιείται Raspberry Pi Zero. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε άλλο μοντέλο Raspberry Pi, αλλά τα νεότερα με ενσωματωμένο WiFi και Bluetooth σας επιτρέπουν να συνδέεστε εύκολα σε ασύρματα gamepads και να απλοποιείτε τον προγραμματισμό. Μπορείτε να ασφαλίσετε το Pi χρησιμοποιώντας τουλάχιστον δύο βίδες και μικρά διαχωριστικά για να το βιδώσετε στο πίσω επίπεδο.

Για το Raspberry Pi Zero W, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες ακίδες:

• PIN 2: 5V
• PIN 6: GND
• GPIO18 -> λωρίδες LED
• GPIO11: SPI CLK -> MAX7219 μήτρα CLK
• GPIO10: SPI MOSI -> MAX7219 μήτρα DIN
• GPIO8: SPI CS -> MAX7219 μήτρα CS

Μερικοί άνθρωποι ανέφεραν προβλήματα με τη χρήση του GPIO18 για τα LED. Σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιήστε το GPIO21. Εάν ναι, πρέπει να αλλάξετε τον κωδικό στη γραμμή 21 σε pixel_pin = board. D21.

Η ταινία WS2812B χρησιμοποιείται εδώ εκτός των προδιαγραφών της. Κανονικά απαιτεί ένα επίπεδο λογικής 5V στο DIN, αλλά το Pi παρέχει μόνο 3, 3V. Ακόμα κι αν αυτό λειτουργεί στις περισσότερες περιπτώσεις, θα πρέπει να το δοκιμάσετε με τη λωρίδα σας. Εάν δεν λειτουργεί, μπορείτε να προσθέσετε έναν μετατροπέα στάθμης όπως ένα 74HCT245 ή οποιονδήποτε άλλο μετατροπέα 3V3 σε 5V μεταξύ του Pi και της ταινίας.

Βήμα 7: Καλωδίωση και τροφοδοσία

Η καλωδίωση γίνεται σύμφωνα με το σχέδιο καλωδίωσης. Το τροφοδοτικό είναι 5V DC.

Για εύκολη ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της μήτρας, προστίθεται ένας διακόπτης μεταξύ του βύσματος τροφοδοσίας και των κυκλωμάτων μήτρας. Παρ 'όλα αυτά, επειδή το Raspberry Pi δεν του αρέσει η απενεργοποίηση, υπάρχει μια επιλογή τερματισμού λειτουργίας στο λογισμικό για την ασφαλή απενεργοποίηση του Pi μέσω Gamepad πριν από την εναλλαγή της μήτρας.

Ο πείρος DIN της ταινίας LED συνδέεται μέσω ενός Resistor στο Pi, επίσης ένας μεγάλος πυκνωτής (4700uF) προστίθεται για να ρυθμιστεί η τροφοδοσία. Ανατρέξτε στον Adafruit berguide for Neopixels για περισσότερες λεπτομέρειες.

Οι λυχνίες LED καταναλώνουν ένα μέγιστο ρεύμα 60mA ανά LED, οπότε ένα μέγιστο ρεύμα 200x60mA = 12A είναι δυνατό !!! Με τη μείωση της φωτεινότητας και τη μη χρήση όλων των LED σε λευκό χρώμα, αυτό είναι περισσότερο μια θεωρητική τιμή, αλλά εξαρτάται από τον κωδικό στο οποίο επιτυγχάνεται το μέγιστο ρεύμα. Έτσι, η επιλογή ενός αρκετά μεγάλου τροφοδοτικού είναι πολύ σημαντική. Για τις περισσότερες εφαρμογές θα πρέπει να υπάρχει αρκετή παροχή ρεύματος με 5V/5A (25W).

Για να στερεώσετε το πίσω μέρος με την οθόνη Pi και Matrix, μερικά μικρά κομμάτια ξύλου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να τα σκαρφαλώσετε στις άκρες και επίσης να χρησιμοποιήσετε βίδες για να συγκρατήσετε το πίσω επίπεδο στη θέση του.

Βήμα 8: Ρύθμιση Pi

1. Κατεβάστε την πιο πρόσφατη εικόνα Raspbian lite από το raspberrypi.org

2. Αντιγράψτε το σε και κάρτα SD, 8GB είναι αρκετά. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε π.χ. κλπ να το κανεις αυτο.

3. Πριν από την εκκίνηση του Pi με την κάρτα SD, προετοιμάστε την πρόσβαση WIFI και ssh

4. Τοποθετήστε την κάρτα SD σε οποιονδήποτε υπολογιστή, πρέπει να έχετε πρόσβαση σε έναν φάκελο εκκίνησης

5. Αντιγράψτε τις ακόλουθες γραμμές στο αρχείο wpa_supplicant.conf (δημιουργήστε το αν δεν υπάρχει) και αλλάξτε τις παραμέτρους ανάλογα με το Wifi και την περιοχή σας

ctrl_interface = DIR =/var/run/wpa_supplicant GROUP = netdev

country = US update_config = 1 network = {ssid = "Home Wifi" psk = "mypassword" key_mgmt = WPA-PSK}

6. Προσθέστε ένα κενό αρχείο που ονομάζεται ssh (χωρίς καμία επέκταση) στην εκκίνηση για να ενεργοποιήσετε την πρόσβαση ssh

7. Τώρα τοποθετήστε την κάρτα SD στο Raspberry Pi και εκκινήστε την. Ελέγξτε τον δρομολογητή wifi για να λάβετε τη διεύθυνση IP του Pi

8. ξεκινήστε μια σύνδεση SSH με το Pi χρησιμοποιώντας ένα τερματικό (Linux, Mac) ή π.χ. Στόκος και Windows. Εισαγάγετε την IP του Pi αντί 192.168.x.y

ssh [email protected]

9. Ενημερώστε το Pi (χρειάζεται λίγος χρόνος!)

sudo apt-get ενημέρωση

sudo apt-get αναβάθμιση

10. Εγκαταστήστε το pip και το εργαλείο εγκατάστασης

sudo apt-get install python3-pip

sudo pip3 install -αναβάθμιση setuptools

11. Εγκαταστήστε το πρόγραμμα οδήγησης Neopixel, ws281x lib, pygame και libsdl

sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel

sudo pip3 install pygame sudo apt-get install libsdl1.2-dev sudo pip3 install --upgrade luma.led_matrix

12. Ενεργοποιήστε το SPI καλώντας το raps-config, μεταβείτε στις 5 Επιλογές διασύνδεσης / P4 SPI / Ενεργοποίηση

sudo raspi-config

13. Προσθέστε Bluetooth Gamepad

sudo bluetoothctl

[bluetooth]# agent on [bluetooth]# paiable on [bluetooth]# scan on [bluetooth]# pair aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# trust aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# connect aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# quit

όπου aa: bb: cc: dd: ee: ff είναι το φόρεμα MAC του bluetooth gamepad σας. Αυτή η διεύθυνση πρέπει να εμφανίζεται μετά την κλήση της εντολής "σάρωση". Βεβαιωθείτε ότι το χειριστήριο Bluetooth είναι έτοιμο για σύζευξη, ελέγξτε πώς να το κάνετε αυτό στο εγχειρίδιο του χειριστηρίου.

14. Τώρα μπορείτε να συνδεθείτε σε σας Pi μέσω, ο προεπιλεγμένος κωδικός είναι βατόμουρο (οι χρήστες των Windows μπορούν να χρησιμοποιούν Putty):

ssh [email protected]

Βήμα 9: Python Code, Test and Simulator

Ο κωδικός είναι διαθέσιμος στο Github. games_pi_only.py και χρειάζονται όλα τα αρχεία bmp.

git clone href = https://github.com/makeTVee/ledmatrix/tree/master/python/pi_only

Ο κώδικας έχει μια επιλογή να εκτελείται σε λειτουργία προσομοίωσης εκτός του Pi χρησιμοποιώντας pygame για να προσομοιώσει το πλέγμα. Αυτό είναι πολύ χρήσιμο για την ανάπτυξη νέων δυνατοτήτων χωρίς άμεση πρόσβαση στο υλικό μήτρας. Επίσης ο εντοπισμός σφαλμάτων είναι πολύ πιο εύκολος. Πρέπει να ορίσετε τη σταθερά PI για να ενεργοποιήσετε τη λειτουργία προσομοίωσης (Γραμμή 15):

PI = Λάθος

Σε αυτήν τη λειτουργία προσομοίωσης, χρησιμοποιείται το πληκτρολόγιο αντί για το gamepad Bluetooth. Τα κουμπιά 1, 2, 3, 4 αντιστοιχίζονται στα A, B, X, Y του gamepad, πλήκτρα βέλους για οδηγίες, "s" για εκκίνηση και "x" για επιλογή. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν τυπικό επεξεργαστή συν την κονσόλα ή κάποια ενσωματωμένα IDE όπως το Micosoft Visual Studio Code ή το Jetbrain PyCharm για να κάνετε την ανάπτυξη στον υπολογιστή σας.

Εάν χρησιμοποιείτε τη μήτρα και το Raspberry Pi, πρέπει να ορίσετε:

PI = Αλήθεια

Για να αντιγράψετε τον κώδικα στο Raspberry Pi, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εντολή scp (Windows WinSCP). Ανοίξτε ένα παράθυρο κονσόλας, μεταβείτε στο φάκελο που περιέχει τα αρχεία Github και καλέστε

scp games_pi_only [email protected]:/home/pi

scp *.bmp [email protected]:/home/pi

στη συνέχεια, συνδεθείτε στο Pi μέσω ssh (οι χρήστες των Windows μπορούν να χρησιμοποιούν Putty):

ssh [email protected]

μετά την επιτυχή σύνδεση, μπορείτε να ξεκινήσετε τον κώδικα python καλώντας:

sudo python3 games_pi_only.py

Εάν ο κώδικας εκτελείται σωστά, μπορείτε να ενεργοποιήσετε την αυτόματη εκκίνηση καλώντας:

sudo nano /etc/rc.local

και προσθέστε την ακόλουθη γραμμή πριν από την έξοδο 0:

/usr/bin/nice -n -20 python3 /home/pi/games_pi_only.py &

Αποθήκευση (Ctrl+O) και Έξοδος (Ctrl+X)

Βήμα 10: Τελική δοκιμή και καπλαμά

Πριν κολλήσει ο καπλαμάς στο μπροστινό μέρος, η μήτρα πρέπει να δοκιμαστεί για να διασφαλιστεί ότι όλα τα LED λειτουργούν. Είναι πολύ πιο εύκολο να διορθώσετε κάτι πριν κολλήσετε το καπλαμά.

Το μεταχειρισμένο καπλαμά ξύλου είναι ένα ειδικό χαρτί καπλαμά σφενδάμου που ονομάζεται Microwood, το οποίο είναι μονόπλευρο καλυμμένο με χαρτί και έχει πάχος 0, 1 mm. Η πλευρά του χαρτιού μπορεί να κολληθεί απευθείας στο mdf χρησιμοποιώντας τυπική κόλλα χαρτιού χωρίς νερό.

Βήμα 11: Το αποτέλεσμα

Διασκεδάστε και απολαύστε το παιχνίδι!

Μεγάλο Βραβείο στο Raspberry Pi Contest 2020