Dados do arco-íris: 6 etapas (com imagens)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58

Isso cria uma caixa de jogos de dados com 5 dados feitos de LEDs smd em 5 cores. O software que o conduz permite diferentes modos de jogo com vários dados envolvidos.

Um interruptor mestre permite a seleção do jogo e o lançamento dos dados. Interruptores individuais ao lado de cada dado permitem a seleção ou controle de acordo com o tipo de jogo.

Os custos de construção são muito modestos, mas requerem uma boa quantidade de tempo de construção, um bom ferro de solda e uma mão firme.

A eletrônica é baseada em um módulo ESP8266 (ESP-12F) que roda um servidor web permitindo fácil atualização de firmware e a possibilidade de monitoramento / expansão de jogos.

A caixa é alimentada por bateria recarregável e como o consumo de corrente é bastante modesto, ela funcionará por muitas horas com uma carga.

Etapa 1: Peças e Ferramentas

Componentes

Os seguintes componentes são necessários. Eles estão todos disponíveis no eBay

1. Módulo de processamento wi-fi ESP-12F ESP8266. (£ 1,50)
2. Bateria 18650 e suporte (£ 3,00)
3. LEDs SMD x7 de vermelho, azul, verde, amarelo, branco (pacote de 20 de cada cor £ 0,99)
4. Interruptores de botão de 6 mm x 6 (£ 0,12)
5. Interruptor deslizante liga / desliga mini 8x4mm (£ 0,10)
6. Módulo carregador de bateria LIPO USB (£ 0,20)
7. MOSFETS do canal n - AO3400 x6 (£ 0,20)
8. Regulador de baixa queda de 3,3 V - XC6203E (£ 0,20)
9. Eletrolítico 220uF (£ 0,15)
10. Resistor 220R x5 (£ 0,05)
11. Resistor 4K7 x 6 (0,06)
12. Furos laterais duplos isolados da placa protótipo (£ 0,50)
13. Fio de conexão flexível
14. Fio de cobre esmaltado 32
15. Cabeçalho alfinetes 40 tiras de alfinetes x3 (£ 0,30)

Além disso, é necessário um gabinete. Projetei uma caixa impressa em 3D para conter tudo e permitir que os LEDs brilhem. Isso está disponível no Thingiverse.

Ferramentas

1. Ferro de solda de ponta fina
2. Pinças finas
3. Cortadores de arame
4. Serra de hack júnior
5. Arquivos de agulha são úteis
6. Cola de resina
7. Acesso à impressora 3D se usar o design da caixa incluído.

Etapa 2: Descrição do circuito

O esquema mostra o módulo ESP-12F conduzindo as 5 matrizes de LED que compõem os dados.

Cada dado é feito de 7 LEDs dispostos em 3 pares (2 diagonais e meio) mais um único LED central. Eles precisam de 4 pinos GPIO para selecionar os LEDs a serem exibidos. Resistores 220R são usados para determinar a corrente e 2 são usados em série para o LED central para que a corrente seja a mesma.

Os 5 dados são multiplexados por 5 linhas GPIO acionando interruptores MOSFET. Apenas um switch é habilitado por vez. O software permite 1 mSeg por matriz, de modo que o período de atualização geral é de 200 Hz e não há oscilação.

5 interruptores estão associados a cada dado. Como o GPIO é limitado, eles são lidos usando as mesmas linhas usadas para multiplexar a matriz. Durante a sequência multiplex, essas linhas de controle são definidas como entradas com pull ups e o estado das chaves é lido. Eles são então retornados às saídas para o resto da seqüência multiplex.

Uma 6ª chave para controle geral é lida pela linha GPIO16. Isso só pode ser puxado para baixo, de modo que a chave é conectada a 3,3V. A leitura é baixa quando o interruptor está aberto e alto quando está fechado.

Etapa 3: Construção da DIe

Essa é a parte mais demorada do trabalho e precisa de cuidados.

Cada dado é construído em um pedaço de placa de prototipagem quadrada de 6 furos x 6 furos. O primeiro passo é cortar 5 deles de uma placa usando uma mini serra hack. Tente deixar o mínimo de limite possível fora dos buracos.

O próximo estágio é adicionar 2 cabeçalhos de 6 pinos em cada lado e 2 conjuntos de 3 pinos isolados próximos a eles e, em seguida, um outro par no meio. Estes são os que manterão os LEDs SMD. Acho bom remover os 2 pinos não usados de cada uma das colunas externas. O lado superior da placa onde os LEDS serão montados deve ter os pinos do coletor cortados de forma que apenas cerca de 1 mm fique saliente. Tente mantê-los todos nivelados. Isso permite que os LEDs se projetem acima da superfície da placa.

Os 7 LEDs SMD agora estão soldados no topo de cada par de pinos. Esta é a parte mais complicada da construção geral, mas não demora muito depois de um pouco de prática. A técnica que usei foi estanhar a parte superior da metade dos pinos para que já houvesse um pouco de solda. Em seguida, segurando o LED em uma pinça, derreta a solda novamente e coloque o LED nela. Não se preocupe muito com a qualidade da junta nesta fase. Mais importante é obter o alinhamento do LED o melhor possível, horizontal e entre os pinos. Assim que o LED estiver no lugar, ele pode ser devidamente soldado na outra extremidade em seu pino e, em seguida, a primeira junta resoldada, se necessário.

A polaridade dos diodos deve estar correta. Organizo todos os pinos de cabeçalho externos para serem conectados aos ânodos. O LED central I fez a mesma orientação da coluna da esquerda (visto de frente e com a fileira sobressalente na parte inferior. Os diodos têm uma marca tênue no cátodo, mas também é bom verificar com um medidor. Os diodos vão realmente acendem ao usar a faixa de resistência (digamos 2K) e o cabo vermelho no ânodo e preto no cátodo. Eles permanecem apagados ao contrário. Este também é um bom método para verificar as cores se elas se misturarem.

Assim que os LEDs forem montados, o resto da placa pode ser concluído.

Na parte inferior da placa.

1. Conecte todos os cátodos usando um fio de fio único fino não isolado.
2. Solde o mosfet com o pino de drenagem conectado à corda do cátodo
3. Conecte a fonte mosfet ao pino do cabeçalho, que será 0V eventualmente
4. Ligue a porta através de um resistor de 4 K7 para seu pino de cabeçalho. É bom fazer a raiz através de outro orifício inferior, conforme mostrado, pois é onde o switch se conectará.

Na parte frontal da placa, conecte os 3 pares de ânodos em cruz.

1. Use fio esmaltado soldável para manter o perfil baixo.
2. Pré-estanhar uma extremidade de cada fio
3. Solde em um ânodo.
4. Passe-o e corte no comprimento certo.
5. Pré-estanho e solda no par de ânodos correspondentes.

Neste ponto, é bom fazer um teste preliminar de cada matriz usando o multímetro. Com o cabo preto nos cátodos comuns (dreno Mosfet), o cabo vermelho pode ser movido para os 3 pares de ânodos e o ânodo único. Os LEDs correspondentes devem acender.

Etapa 4: construção da caixa

Isso pressupõe que a versão em caixa impressa em 3D está sendo usada. A caixa possui indentações para cada dado e cada LED. A camada inferior abaixo de cada LED é muito fina (0,24 mm), portanto, com o plástico branco, ela permite que a luz brilhe muito bem e atua como um difusor. Existem recortes para todos os interruptores e ponto de carregamento. A bateria possui seu próprio compartimento.

Primeiro monte os 6 mini interruptores de botão e o interruptor deslizante no lugar. Certifique-se de que estão alinhados com o exterior. As chaves de botão têm dois pares de contatos conectados em paralelo. Oriente-os de forma que os contatos de comutação fiquem adjacentes à matriz. Use um pouco de resina de presa rápida para travar no lugar.

Agora monte a bateria e sua caixa no espaço fornecido. Deve ser um ajuste bastante confortável, mas use um pouco de cola, se necessário.

Cole o carregador LIPO na parede fornecido com micro USB acessível através de seu orifício.

Conclua a fiação de alimentação básica fazendo um loop do aterramento da bateria em todos os interruptores de botão e na conexão LIPO B- e deixando um rabo de cavalo para a conexão com os componentes eletrônicos. A bateria + deve ir para B + no carregador LIPO e para o interruptor deslizante. O outro lado do interruptor deslizante deve ser o sexto interruptor e um rabo de porco para os eletrônicos. Certifique-se de que a chave deslizante esteja na posição desligada e isole temporariamente os rabos de porco. Você não quer colocar a bateria em curto!

Solde dois rabichos curtos não isolados em cada um dos 5 interruptores de matriz. Eles precisam ser um pouco flexíveis.

Posicione e prenda cada um dos moldes em sua posição soldando os dois pigtails do switch na placa do molde, certificando-se de que o 0V do switch esteja conectado à fonte mosfet / ponto 0V e o lado ativo do switch através do 4K7 / gate mosfet. Os LEDs na placa devem ser encaixados nas reentrâncias da caixa e os fios da chave devem ser suficientes para manter a matriz na posição.

Em seguida, conecte todos os ânodos comuns dos 5 dados. Isso é facilitado porque as conexões dos pares de diodos estão disponíveis em ambos os lados da matriz, mas tenha em mente que elas estão cruzadas nas diagonais. Não se confunda com o fio vermelho na imagem aparentemente indo para o dado. É apenas o pigtail e não está conectado a nada neste estágio.

ESP-12F make up

Observe que você pode querer programar o módulo ESP-12F antes da montagem. Depois de ter sido ativado, todas as outras atualizações podem ser feitas usando wi-fi OTA.

Compense o regulador de 3,3 V em um pedaço de placa protótipo que sobrou. Isso tem apenas o regulador LDO e o capacitor de desacoplamento. Embora a dissipação de energia seja muito baixa, soldo alguns dos contatos para atuar como um dissipador de calor para o dispositivo. Dois fios podem se projetar para fora e fazer uma conexão direta aos 3,3 V / 0 V do ESP-12F.

Solde os fios nos pinos GPIO para as 5 linhas multiplex e o switch 6. As 4 linhas do acionador de ânodo de LED precisam dos resistores da série 220R / 440R em linha. Pode-se usar pequenos resistores de furo passante no ESP-12F para isso ou eu fiz isso com SMD apenas empilhado nos furos, que também é bastante robusto.

Finalmente, conecte as linhas multiplex aos pinos individuais do cabeçote da matriz e as linhas do acionador do ânodo à sua cadeia correspondente.

Etapa 5: Software

O software para isso é baseado no ambiente ESP8266 Arduino. Ele está disponível no github.

Código disponível aqui

Existe uma biblioteca diceDriver que fornece as funções de baixo nível usadas para multiplexar os LEDs e ler os interruptores. Isso é interrompido, então uma vez que os valores dos dados são definidos, ele é auto-mantido.

O tempo geral é dividido em intervalo de 1 ms por dado. O período dentro deste 1 ms em que os LEDs ficam acesos pode ser configurado para cada matriz independentemente. Isso permite que a iluminação seja equilibrada entre as diferentes cores e também permite escurecimento e intermitência como parte do controle do jogo.

A biblioteca também lê as trocas de dados como parte do multiplex e tem as rotinas para 'lançar' um ou mais dados em paralelo.

O esboço usa a biblioteca para fornecer uma seleção de modos de jogo de dados e para executar esses jogos. Ele também fornece funções de manutenção para configurar o wi-fi inicialmente, para fazer download OTA de novo firmware e para fornecer algumas funções básicas da web para testar e verificar o status do dispositivo.

O software é compilado em um IDE Arduino. Além do ino, ele usa a biblioteca BaseSupport para fornecer funções básicas. Isso é configurado no arquivo BaseConfig.h local. Uma senha padrão de 'senha' é usada para conectar à sua configuração wi-fi. Você pode querer mudar isso para outra coisa. Você também pode configurá-lo com credenciais de wi-fi fixas se não quiser usar a configuração integrada. Da mesma forma, há a mesma senha padrão para o processo de atualização do firmware OTA que você pode querer alterar. Na primeira vez, o firmware deve ser carregado pela conexão serial com o IDE do Arduino. Isso deve obedecer às regras normais de flash com GPIO0 puxado para baixo durante a reinicialização para colocá-lo no modo serial de flash. Isso é feito de forma mais conveniente antes que o módulo seja finalmente conectado, mas pode ser feito no local se os clipes forem presos aos pinos relevantes.

Quando o firmware for executado pela primeira vez, ele falhará ao se conectar ao wi-fi local e entrará automaticamente em um modo de configuração configurando uma rede de acesso própria. Você pode se conectar a ele a partir de um dispositivo wi-fi (por exemplo, telefone) e, em seguida, navegar até 192.168.4.1, que permitirá selecionar o wi-fi local real e inserir sua senha. Se estiver tudo bem, ele reiniciará e usará esta rede.

OTA é feito exportando binários no IDE do Arduino e, em seguida, navegando para ip / firmware onde ip é o ip da caixa quando conectado. Isso solicitará / navegará pelo novo binário.

Outras funções da web são

• setpower - define a potência de um dado (ip / setpower? dice = 3 e potência = 50)
• setflash - define flash para dados (ip / setflash? mask = 7 & interval = 300)
• setdice - define um valor de dado (ip / setdice? dice = 3 & value = 2)
• parâmetros - define parâmetros de rotação (ip / parâmetros? máscara = 7 & tempo = 4000 & intervalo = 200)
• status - retorna valores de dados e troca de status

Etapa 6: Jogos

O software permite a seleção e a execução do jogo controlada pelo interruptor principal.

Inicialmente, o sistema está no modo de configuração de jogo com apenas o primeiro dado mostrando um '1'. Você percorre 12 modos de jogo diferentes pressionando rapidamente este botão. O primeiro dado vai de 1 - 6, e então permanece em 6, enquanto o segundo dado mostra 1-6.

Para selecionar um jogo específico, você pressiona longamente o botão (> 1 segundo) e isso o coloca no modo de execução de jogo.

Em um jogo, um lançamento é normalmente iniciado com um toque curto neste botão. Para voltar ao modo de seleção de jogo a partir do modo de execução, pressione longamente esse botão e ele exibirá o número do jogo como antes e permitirá outras seleções.

9 modos de jogo estão definidos no momento com 3 sobressalentes.

Os jogos de 1 a 5 são lançamentos simples desse número de dados. Cada lançamento apenas rola todos os dados. As trocas de dados não têm efeito nestes jogos.

O jogo 6 é um número dinâmico de dados. Pressione um dos interruptores de dados para selecionar o número de dados e, em seguida, o interruptor principal para lançar os dados. O número de dados pode ser alterado antes de cada lançamento.

O jogo 7 é um teste multi-lançamento. Todos os 5 dados estão envolvidos. Pressionar o botão principal rola todos os dados. Pressionar cada interruptor de morrer faz com que pisque. Quando o interruptor principal é pressionado, apenas o dado piscante rola, exceto que, se nenhum estiver piscando, todos rolarão. Isso é como dados de pôquer ou Yahtzee. Observe que não há imposição do número de arremessos permitidos. Isso se deve à integridade do jogador.

O jogo 8 é como o jogo 7, exceto que dim é usado para indicar que o dado selecionado não está piscando.

O jogo 9 usa os interruptores de dados para determinar as jogadas. Se um dos 3 primeiros for selecionado, isso determina o número de dados para lançar 1, 2 ou 3). Então, se um dos 2 botões inferiores for pressionado, a linha superior é mantida e isso seleciona o número de dados a serem lançados na linha inferior (1 ou 2). Isso é usado em jogos como Risk.