Visor LED de madeira para jogos com tecnologia Raspberry Pi Zero: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Este projeto realiza um display LED de 20x10 pixels baseado em WS2812 com um tamanho de 78x35 cm que pode ser facilmente instalado na sala de estar para jogar jogos retro. A primeira versão dessa matriz foi construída em 2016 e reconstruída por muitas outras pessoas. Essa experiência foi usada para resumir todas as melhorias para construir uma nova versão da matriz e trazê-la agora para instructables.com. Os principais novos recursos são a atualização para um Raspberry Pi Zero em vez de usar um Pi A mais um Arduino e substituir o controlador anterior grande por um gamepad Bluetooth. Além disso, o software foi aprimorado incluindo o simulador, que permite desenvolver o código em um computador mesmo que você não tenha acesso ao hardware da matriz.

Uma característica especial desta matriz de LED é o folheado de madeira especial, que é usado para cobrir o LED e ocultá-lo, quando os LEDs estão desativados. Isso aumenta muito o fator de aceitação de pessoas que não são da área de tecnologia;-) Claro, se este verniz especial não estiver disponível em seu país, você também pode usar algum outro material difuso como acrílico para esconder os LEDs. Também está planejado fornecer algumas peças-chave no futuro para facilitar a reconstrução do projeto.

Suprimentos:

• Raspberry Pi Zero W (com alguma adaptação, todos os outros modelos também funcionarão)
• 200 LED / s (listras de LED WS2812B com 30 LED / m)
• Display de matriz LED 4x SPI com MAX7219
• Cabos
• Gamepad Bluetooth (por exemplo, este da Pimoroni)
• Fonte de alimentação 5V com pelo menos 5A
• Madeira MDF para corte a laser
• Folha de madeira ou placa de acrílico de difusão
• Capacitor, Resistor
• Alguns parafusos

Etapa 1: Corte a laser

Estrutura da base da matriz em madeira MDF com espessura de 3mm e cortada por cortador a laser. Se você não possui um cortador a laser, pode usar um serviço online como ponoko.com ou formulor.de ou entrar em contato com o próximo fablab / makerpace em seu ambiente. Também é possível usar papelão ou outros materiais mais leves, mas os arquivos anexados são projetados para 3 mm de espessura, portanto, materiais mais finos ou mais grossos precisam de um redesenho dos arquivos. O design foi feito no Fusion 360. A maioria das partes se mantém unidas apenas deslizando-as no lugar, apenas algumas das partes, como as bordas externas, devem ser coladas com cola de madeira. Certifique-se de que sua matriz esteja funcionando totalmente antes de aplicar qualquer cola! Também o folheado de madeira tem que ser colado, mas este é o último passo depois de garantir que tudo funciona.

No lado direito (inferior) do painel traseiro, há um segmento recortado para prender os componentes eletrônicos à matriz e ainda ter acesso a esses componentes quando o verniz for colado.

Etapa 2: Instale os LEDs

As faixas de LED são faixas padrão WS2812 de 30 LED / m, que estão disponíveis na Amazon, eBay ou outras lojas online em todo o mundo. Normalmente, esta é também a faixa de LED endereçável mais barata disponível. Se quiser usar outros LEDs, você deve garantir a distância de 30 LED / m para se ajustar ao padrão da matriz. Os segmentos cortados a laser têm pequenas regiões recortadas para caber na largura do LED de 10 cm. Essas faixas de LED têm fita dupla-face nas costas, então você pode simplesmente colá-las diretamente no MDF após um posicionamento preciso. Verifique a orientação correta de cada faixa antes de usar a fita (direção DIN-DOUT).

O padrão de fiação é um zigue-zague, portanto, no final, há apenas um pino de entrada na matriz e os comprimentos dos cabos são os mais curtos possíveis. Para distribuir adequadamente a energia e reduzir o cabeamento na parte superior da matriz, cada faixa de LED é conectada a 5V e GND na parte inferior da matriz. Você pode usar fios simples ou PCBs de prototipagem para distribuir a linha 5V e GND.

Etapa 3: Montagem

A visualização da explosão ajuda a identificar as peças corretas para a montagem. Basta seguir as fotos de instalação passo a passo. O painel traseiro tem estruturas cruzadas para segurar as paredes laterais longas e algumas das paredes curtas. Se você tiver problemas para instalar as peças, use lixa para consertar.

Etapa 4: Solda

Existem diferentes maneiras de soldar as linhas de força para as diferentes listras. Você pode usar fios simples ou algum tipo de trilho comum de cobre para soldar os diferentes fios. Nesse caso, pedaços do protótipo de PCBs foram usados para guiar os trilhos de alimentação até as listras. As faixas do WS2812B já possuem cabos de alimentação separados que você pode usar para conectar o barramento de alimentação à primeira entrada das faixas (lado esquerdo da imagem).

Etapa 5: Instale o SPI Display

Para exibir pontuações de jogos e texto, um display de matriz de LED com base no driver de LED MAX7219 é usado. Ele é conectado via SPI (Interface Periférica Serial) ao Raspberry Pi. Quatro monitores 8x8 são combinados em um display de matriz de pontos de 32x8 pixels. Você pode comprar telas de 8x8 pixels para, por exemplo, no eBay, também estão disponíveis monitores combinados de 32x8 pixels. Além disso, você tem diferentes opções de cores; neste caso, foram usados visores vermelhos. Como o SPI funciona como um registrador de deslocamento, os visores são conectados em série conectando os dados da primeira matriz aos dados da segunda e assim por diante, começando do lado direito do visor.

Este display só pode ser lido do lado de fora, se for colocado diretamente atrás da camada de verniz. Caso contrário, haverá apenas um borrão vermelho visível. Portanto, você deve montá-lo no topo do segmento de corte do backplane com uma distância de 30 mm entre a superfície do backplane e a superfície da matriz. Usei alguns pedaços de madeira e parafusos que sobraram para adaptar os 19 mm que faltam entre o backplane e os PCBs, mas você também pode usar qualquer tipo de espaçador externo.

A fiação do display é mostrada na etapa 7.

Etapa 6: Instale o Pi

Nesta instalação, um Raspberry Pi Zero é usado. Você também pode usar qualquer outro modelo Raspberry Pi, mas os mais novos com WiFi e Bluetooth integrados permitem que você se conecte facilmente a gamepads sem fio e simplifique a programação. Você pode prender o Pi usando pelo menos dois parafusos e pequenos espaçadores para aparafusá-lo ao painel traseiro.

Para o Raspberry Pi Zero W, os seguintes pinos são usados:

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

Algumas pessoas relataram problemas com o uso de GPIO18 para os LEDs. Use GPIO21 neste caso. Nesse caso, você deve alterar o código na linha 21 para pixel_pin = board. D21.

A tira WS2812B é usada aqui fora de suas especificações. Normalmente requer um nível lógico de 5 V em DIN, mas o Pi fornece apenas 3, 3 V. Mesmo se isso funcionar na maioria dos casos, você deve testar isso com sua tira. Se não funcionar, você pode adicionar um conversor de nível como um 74HCT245 ou qualquer outro conversor de 3V3 para 5V entre o Pi e a faixa.

Etapa 7: Fiação e fonte de alimentação

A fiação é feita de acordo com o esquema de fiação. A fonte de alimentação é 5 V DC.

Para uma fácil ativação / desativação da matriz, um interruptor é adicionado entre o plugue de alimentação e os circuitos da matriz. No entanto, como o Raspberry Pi não gosta do desligamento forçado, há uma opção de desligamento no software para desligar com segurança o Pi via Gamepad antes de alternar a matriz.

O pino DIN da tira de LEDs é conectado através de um resistor ao Pi, também um grande capacitor (4700uF) é adicionado para proteger a fonte de alimentação. Por favor, verifique o Adafruit Überguide for Neopixels para mais detalhes.

Os LEDs estão consumindo uma corrente máxima de 60mA por LED, então uma corrente máxima de 200x60mA = 12A é possível !!! Por reduzir o brilho e não usar todos os LEDs totalmente brancos, este é mais um valor teórico, mas depende do código qual a corrente máxima é atingida. Portanto, selecionar uma fonte de alimentação grande o suficiente é muito importante. Para a maioria das aplicações, uma fonte de alimentação com 5V / 5A (25W) deve ser suficiente.

Para fixar o painel traseiro com o Pi e a tela Matrix, alguns pequenos pedaços de madeira podem ser usados para amassá-los nas bordas e também usar parafusos para segurar o painel traseiro no lugar.

Etapa 8: Configurar Pi

1. Baixe a imagem Raspbian Lite mais recente em raspberrypi.org

2. Copie para um cartão SD, 8 GB é o suficiente. Você pode usar, por exemplo, gravador para fazer isso.

3. Antes de inicializar o Pi com o cartão SD, prepare o acesso WIFI e ssh

4. Insira o cartão SD em qualquer computador, uma pasta de inicialização deve estar acessível

5. Copie as seguintes linhas para o arquivo wpa_supplicant.conf (gere-o se não existir) e mude os parâmetros dependendo do seu Wifi e região

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. Adicione um arquivo vazio chamado ssh (sem qualquer extensão) para inicializar para habilitar o acesso ssh

7. Agora insira o cartão SD no Raspberry Pi e inicialize-o. Verifique seu roteador wi-fi para obter o endereço IP do Pi

8. inicie uma conexão SSH com o Pi usando um terminal (Linux, Mac) ou, por exemplo, Putty an Windows. Insira o IP do Pi em vez de 192.168.x.y

ssh [email protected]

9. Atualize o Pi (leva algum tempo!)

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

10. Instale o pip e a ferramenta de configuração

sudo apt-get install python3-pip

sudo pip3 install - atualizar ferramentas de configuração

11. Instale o driver Neopixel, ws281x lib, pygame e 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. Habilite o SPI chamando raps-config, navegue até 5 Opções de Interface / P4 SPI / Habilitar

sudo raspi-config

13. Adicionar Gamepad Bluetooth

sudo bluetoothctl

[bluetooth] # agente em [bluetooth] # emparelhamento em [bluetooth] # varredura em [bluetooth] # par aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth] # trust aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth] # conectar aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth] # sair

onde aa: bb: cc: dd: ee: ff é o vestido MAC do seu gamepad bluetooth. Este endereço deve ser mostrado após chamar o comando “scan on”. Certifique-se de que seu controlador Bluetooth está pronto para emparelhar, verifique o manual do controlador para saber como fazer isso.

14. Agora você pode se conectar a você Pi via, a senha padrão é raspberry (usuários do Windows podem usar Putty):

ssh [email protected]

Etapa 9: código Python, teste e simulador

O código está disponível no Github. games_pi_only.py e todos os arquivos bmp são necessários.

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

O código tem a opção de rodar em modo de simulação fora do Pi usando pygame para simular a matriz. Isso é muito útil para desenvolver novos recursos sem ter acesso direto ao hardware da matriz. Além disso, a depuração é muito mais fácil. Você deve definir a constante PI para ativar o modo de simulação (Linha 15):

PI = False

Neste modo de simulação, também o teclado é usado em vez do gamepad Bluetooth. Os botões 1, 2, 3, 4 são mapeados para A, B, X, Y do gamepad, teclas de seta para direções, “s” para iniciar e “x” para selecionar. Você pode usar um editor padrão mais o console ou alguns IDEs integrados como Micosoft Visual Studio Code ou Jetbrain PyCharm para fazer o desenvolvimento em seu PC.

Se você usar a matriz e o Raspberry Pi, terá que definir:

PI = Verdadeiro

Para copiar o código para o Raspberry Pi, você pode usar o comando scp (Windows WinSCP). Abra uma janela de console, mude para a pasta que contém os arquivos Github e chame

scp games_pi_only [email protected]: / home / pi

scp *.bmp [email protected]: / home / pi

em seguida, conecte-se ao Pi via ssh (usuários do Windows podem usar Putty):

ssh [email protected]

após o logon bem-sucedido, você pode iniciar o código Python chamando:

sudo python3 games_pi_only.py

Se o código for executado corretamente, você pode ativar a inicialização automática chamando:

sudo nano /etc/rc.local

e adicione a seguinte linha antes da saída 0:

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

Salvar (Ctrl + O) e sair (Ctrl + X)

Etapa 10: Teste Final e Revestimento

Antes que o verniz seja colado na parte superior da frente, a matriz deve ser testada para garantir que todos os LEDs estejam funcionando. É muito mais fácil consertar algo antes de colar o verniz.

O folheado de madeira usado é um papel folheado a bordo especial denominado Microwood, que tem um lado coberto com papel e tem uma espessura de 0,1 mm. O lado do papel pode ser colado diretamente no mdf usando cola de papel sem água padrão.

Etapa 11: O Resultado

Divirta-se e aproveite o jogo!

Grande Prêmio no Raspberry Pi Contest 2020