شاشة ألعاب خشبية LED مدعومة من Raspberry Pi Zero: 11 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:35

يحقق هذا المشروع شاشة LED مقاس 20 × 10 بكسل تستند إلى WS2812 بحجم 78 × 35 سم والتي يمكن تثبيتها بسهولة في غرفة المعيشة للعب الألعاب القديمة. تم إنشاء النسخة الأولى من هذه المصفوفة في عام 2016 وأعيد بناؤها من قبل العديد من الأشخاص الآخرين. تم استخدام هذه التجربة لتلخيص جميع التحسينات لإنشاء إصدار جديد من المصفوفة وإحضارها الآن إلى موقع Instructables.com. الميزات الرئيسية الجديدة هي التحديث إلى Raspberry Pi Zero بدلاً من ذلك باستخدام و Pi A plus Arduino واستبدال وحدة التحكم الكبيرة السابقة بلوحة ألعاب Bluetooth. كما تم تحسين البرنامج بما في ذلك المحاكي ، والذي يسمح لك بتطوير الكود على جهاز كمبيوتر حتى لو لم يكن لديك وصول إلى أجهزة المصفوفة.

إحدى الميزات الخاصة لمصفوفة LED هذه هي قشرة الخشب الخاصة ، والتي تُستخدم لتغطية LED وإخفائها ، عند تعطيل مصابيح LED. يؤدي هذا إلى زيادة عامل القبول للأشخاص غير التقنيين ؛-) بالطبع ، إذا لم تكن هذه القشرة الخاصة متوفرة في بلدك ، فيمكنك أيضًا استخدام بعض المواد الأخرى المنتشرة مثل الأكريليك لإخفاء مصابيح LED. ومن المخطط أيضًا توفير بعض الأجزاء الرئيسية في المستقبل لتسهيل إعادة بناء المشروع.

اللوازم:

• Raspberry Pi Zero W (مع بعض التكيف ، ستعمل جميع الطرز الأخرى أيضًا)
• 200 LED / s (WS2812B LED خطوط مع 30 LED / م)
• شاشة عرض مصفوفة 4x SPI LED مع MAX7219
• الكابلات
• لوحة ألعاب Bluetooth (على سبيل المثال من Pimoroni)
• مزود الطاقة 5 فولت مع 5 أمبير على الأقل
• خشب MDF للقطع بالليزر
• قشرة خشبية أو لوحة أكريليك منتشرة
• مكثف ، المقاوم
• بعض البراغي

الخطوة 1: القطع بالليزر

الهيكل الأساسي للمصفوفة مصنوع من خشب MDF بسمك 3 مم ومقطع بواسطة قاطع ليزر. إذا لم يكن لديك قاطع ليزر ، فيمكنك استخدام خدمة عبر الإنترنت مثل ponoko.com أو formulor.de أو الاتصال بـ fablab / makerpace التالي في بيئتك. من الممكن أيضًا استخدام الورق المقوى أو غيره من المواد الأخف وزنًا ولكن الملفات المرفقة مصممة بسماكة 3 مم ، لذا فإن المواد الأرق أو السميكة تحتاج إلى إعادة تصميم الملفات. تم التصميم في Fusion 360. تتماسك معظم الأجزاء معًا بمجرد تحريكها في مكانها ، فقط بعض الأجزاء مثل الحدود الخارجية يجب لصقها معًا باستخدام غراء الخشب. تأكد من أن المصفوفة تعمل بشكل كامل قبل وضع أي غراء! يجب أيضًا لصق قشرة الخشب ، ولكن هذه هي الخطوة الأخيرة بعد التأكد من أن كل شيء يعمل.

في الجانب الأيمن (السفلي) من اللوحة المعززة ، يوجد مقطع مقطوع لتأمين المكونات الإلكترونية بالمصفوفة ولا يزال بإمكانك الوصول إلى هذه المكونات عند لصق القشرة.

الخطوة 2: قم بتثبيت مصابيح LED

خطوط LED هي خطوط WS2812 30 LED / m قياسية ، وهي متوفرة في Amazon أو eBay أو المتاجر الأخرى عبر الإنترنت في جميع أنحاء العالم. هذا هو أيضًا أرخص شريط LED متاح عنونة. إذا كنت ترغب في استخدام مصابيح LED أخرى ، فعليك التأكد من أن مسافة 30 LED / m لتناسب نمط المصفوفة. تحتوي الأجزاء المقطوعة بالليزر على مناطق قطع صغيرة لتناسب عرض LED البالغ 10 سم. تحتوي خطوط LED هذه على شريط على الوجهين على ظهرها ، لذلك يمكنك لصقها مباشرة على MDF بعد تحديد الموضع بدقة. تحقق من الاتجاه الصحيح لكل شريط قبل استخدام الشريط (اتجاه DIN-DOUT).

نمط الأسلاك عبارة عن شكل متعرج ، لذلك في النهاية ، لا يوجد سوى دبوس إدخال واحد في المصفوفة وأطوال الكبلات قصيرة قدر الإمكان. لتوزيع الطاقة بشكل صحيح وتقليل الكابلات في الجزء العلوي من المصفوفة ، يتم توصيل كل شريط LED بـ 5V و GND في أسفل المصفوفة. يمكنك استخدام أسلاك مفردة أو نماذج أولية لثنائي الفينيل متعدد الكلور لتوزيع خط 5V و GND.

الخطوة 3: التجميع

يساعد عرض الانفجار على تحديد القطع الصحيحة للتجميع. ما عليك سوى اتباع صور التثبيت خطوة بخطوة. تحتوي اللوحة المعززة على هياكل متقاطعة لتثبيت الجدران الجانبية الطويلة وبعض الجدران القصيرة. إذا كانت لديك مشاكل في تثبيت القطع ، فاستخدم ورقًا رمليًا لإصلاحها.

الخطوة 4: اللحام

هناك طرق مختلفة لحام خطوط الكهرباء هناك للخطوط المختلفة معًا. إما يمكنك استخدام أسلاك مفردة أو نوع من السكك الحديدية المشتركة من النحاس لتلحيم الأسلاك المختلفة. في هذه الحالة ، تم استخدام قطع من النماذج الأولية لثنائي الفينيل متعدد الكلور لتوجيه قضبان الطاقة إلى الخطوط. تحتوي خطوط WS2812B بالفعل على كبلات طاقة منفصلة يمكنك استخدامها لتوصيل سكة الطاقة بمدخل الشريط الأول (الجانب الأيسر من الصورة).

الخطوة الخامسة: تثبيت SPI Display

لعرض نتائج اللعبة والنصوص ، يتم استخدام شاشة مصفوفة LED تعتمد على برنامج تشغيل LED MAX7219. وهو متصل عبر SPI (الواجهة المحيطية التسلسلية) بـ Raspberry Pi. يتم دمج أربع شاشات مقاس 8 × 8 في شاشة عرض نقطية بحجم 32 × 8 بكسل. يمكنك شراء شاشات 8 × 8 بكسل على سبيل المثال في eBay ، تتوفر أيضًا شاشات مجمعة 32 × 8 بكسل. أيضًا لديك خيارات ألوان مختلفة ؛ في هذه الحالة تم استخدام شاشات عرض حمراء. نظرًا لأن SPI يعمل مثل سجل الإزاحة ، يتم توصيل الشاشات معًا في تسلسلي عن طريق توصيل البيانات من المصفوفة الأولى بالبيانات الموجودة في المصفوفة الثانية وهكذا بدءًا من الجانب الأيمن من الشاشة.

يمكن قراءة هذه الشاشة من الخارج فقط إذا تم وضعها مباشرة خلف طبقة القشرة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فلا يوجد سوى تمويه أحمر مرئي. لذلك يجب عليك تثبيته أعلى مقطع قطع لوحة معززة بمسافة 30 مم بين سطح اللوحة الخلفية وسطح المصفوفة. لقد استخدمت بعض القطع والبراغي الخشبية المتبقية لتكييف 19 مم المفقود بين اللوحة الخلفية وثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ولكن يمكنك أيضًا أي نوع خارجي من الفواصل.

يتم عرض الأسلاك الخاصة بالشاشة في الخطوة 7.

الخطوة 6: قم بتثبيت Pi

في هذا التثبيت ، يتم استخدام Raspberry Pi Zero. يمكنك أيضًا استخدام أي طراز آخر من طراز Raspberry Pi ، ولكن الطرازات الأحدث المزودة بشبكات WiFi و Bluetooth مدمجة تتيح لك الاتصال بسهولة بلوحات الألعاب اللاسلكية وتبسيط البرمجة. يمكنك تأمين Pi باستخدام ما لا يقل عن اثنين من البراغي والفواصل الصغيرة لربطها باللوحة الخلفية.

بالنسبة لـ Raspberry Pi Zero W ، يتم استخدام المسامير التالية:

• رقم التعريف الشخصي 2: 5 فولت
• رقم التعريف الشخصي 6: GND
• GPIO18 -> خطوط LED
• GPIO11: SPI CLK -> مصفوفة MAX7219 CLK
• GPIO10: SPI MOSI -> مصفوفة MAX7219 DIN
• GPIO8: SPI CS -> MAX7219 مصفوفة CS

أبلغ بعض الأشخاص عن مشكلات في استخدام GPIO18 لمصابيح LED. الرجاء استخدام GPIO21 في هذه الحالة. إذا كان الأمر كذلك ، يجب عليك تغيير الكود في السطر 21 إلى pixel_pin = board. D21.

يتم استخدام شريط WS2812B هنا خارج المواصفات الخاصة به. يتطلب عادةً مستوى منطقي 5 فولت على DIN ، لكن Pi يوفر فقط 3 ، 3 فولت. حتى لو نجح هذا في معظم الحالات ، يجب أن تختبر ذلك باستخدام الشريط. إذا لم يعمل ، يمكنك إضافة محول مستوى مثل 74HCT245 أو أي محول 3V3 إلى 5V بين Pi والشريط.

الخطوة 7: توصيل الأسلاك وإمدادات الطاقة

يتم إجراء الأسلاك وفقًا لمخطط الأسلاك. مزود الطاقة هو مصدر طاقة بجهد 5 فولت.

لسهولة تشغيل / إيقاف تشغيل المصفوفة ، تمت إضافة مفتاح بين قابس الطاقة ودوائر المصفوفة. ومع ذلك ، نظرًا لأن Raspberry Pi لا يحب إيقاف التشغيل الثابت ، فهناك خيار إيقاف التشغيل في البرنامج لإغلاق Pi عبر Gamepad بأمان قبل تبديل المصفوفة.

يتم توصيل دبوس DIN لشريط LED عبر المقاوم إلى Pi ، كما يضاف مكثف كبير (4700 فائق التوهج) لتخزين مصدر الطاقة. يرجى مراجعة Adafruit Überguide لـ Neopixels لمزيد من التفاصيل.

تستهلك مصابيح LED حدًا أقصى للتيار يبلغ 60 مللي أمبير لكل LED ، لذا من الممكن أن يكون الحد الأقصى للتيار 200 × 60 مللي أمبير = 12 أمبير !!! من خلال تقليل السطوع وعدم استخدام جميع مصابيح LED باللون الأبيض الكامل ، تعد هذه قيمة نظرية ، ولكنها تعتمد على الكود الذي تم الوصول إليه للحد الأقصى من التيار. لذا فإن اختيار مصدر طاقة كبير بما يكفي مهم للغاية. بالنسبة لمعظم التطبيقات ، يجب أن يكون مصدر الطاقة 5V / 5A (25W) كافيًا.

لتثبيت لوحة معززة مع Pi وشاشة Matrix ، يمكن استخدام بعض القطع الصغيرة من الخشب لخلطها في الحواف وأيضًا استخدام البراغي لتثبيت اللوحة الخلفية في مكانها.

الخطوة 8: إعداد Pi

1. قم بتنزيل أحدث صورة Raspbian lite من موقع raspberrypi.org

2. نسخه إلى بطاقة SD ، 8 جيجا بايت كافية. يمكنك استخدام على سبيل المثال حفر للقيام بذلك.

3. قبل تمهيد Pi باستخدام بطاقة SD ، قم بإعداد وصول WIFI و ssh

4. أدخل بطاقة SD في أي جهاز كمبيوتر ، يجب أن يكون مجلد التمهيد متاحًا

5. انسخ الأسطر التالية إلى الملف wpa_supplicant.conf (قم بإنشائه إذا لم يكن موجودًا) وقم بتغيير المعلمات وفقًا لشبكة Wifi ومنطقتك

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. إضافة ملف فارغ يسمى ssh (بدون أي امتداد) للتمهيد لتمكين وصول ssh

7. الآن أدخل بطاقة SD في Raspberry Pi وقم بتشغيلها. تحقق من جهاز توجيه wifi الخاص بك للحصول على عنوان IP الخاص بـ Pi

8. ابدأ اتصال SSH بـ Pi باستخدام محطة طرفية (Linux ، Mac) أو على سبيل المثال المعجون على النوافذ. أدخل عنوان IP الخاص بـ Pi بدلاً من 192.168.x.y

ssh [email protected]

9. قم بتحديث Pi (يستغرق بعض الوقت!)

sudo apt-get update

sudo apt-get ترقية

10. تثبيت أداة النقطة والإعداد

sudo apt-get install python3-pip

تثبيت sudo pip3 - ترقية أدوات الإعداد

11. قم بتثبيت برنامج تشغيل Neopixel ، ws281x lib ، pygame و libsdl

تثبيت sudo pip3 rpi_ws281x adafruit-circpython-neopixel

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

12. قم بتمكين SPI عن طريق استدعاء raps-config ، وانتقل إلى 5 Interfacing Options / P4 SPI / Enable

sudo raspi-config

13. إضافة بلوتوث Gamepad

sudo bluetoothctl

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

حيث aa: bb: cc: dd: ee: ff هو فستان MAC الخاص بلوحة الألعاب التي تعمل بالبلوتوث. يجب أن يظهر هذا العنوان بعد استدعاء أمر "scan on". تأكد من أن وحدة تحكم Bluetooth الخاصة بك جاهزة للإقران ، يرجى مراجعة دليل وحدة التحكم حول كيفية القيام بذلك.

14. يمكنك الآن الاتصال بـ Pi عبر ، كلمة المرور الافتراضية هي raspberry (يمكن لمستخدمي Windows استخدام Putty):

ssh [email protected]

الخطوة 9: كود بايثون والاختبار والمحاكي

الكود متاح على جيثب. games_pi_only.py وجميع ملفات bmp مطلوبة.

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

يحتوي الكود على خيار للتشغيل في وضع المحاكاة خارج Pi باستخدام pygame لمحاكاة المصفوفة. هذا مفيد جدًا لتطوير ميزات جديدة دون الوصول المباشر إلى أجهزة المصفوفة. أيضا التصحيح أسهل بكثير. يجب عليك ضبط ثابت PI لتنشيط وضع المحاكاة (السطر 15):

PI = خطأ

في وضع المحاكاة هذا ، يتم استخدام لوحة المفاتيح أيضًا بدلاً من لوحة ألعاب Bluetooth. يتم تعيين الأزرار 1 و 2 و 3 و 4 إلى A و B و X و Y من لوحة الألعاب ومفاتيح الأسهم للاتجاهات و "s" للبداية و "x" للاختيار. يمكنك استخدام محرر قياسي بالإضافة إلى وحدة التحكم أو بعض IDEs المدمجة مثل Micosoft Visual Studio Code أو Jetbrain PyCharm للقيام بالتطوير على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

إذا كنت تستخدم المصفوفة و Raspberry Pi ، فعليك تحديد:

PI = صحيح

لنسخ الرمز إلى Raspberry Pi ، يمكنك استخدام الأمر scp (Windows WinSCP). افتح نافذة وحدة التحكم ، وانتقل إلى المجلد الذي يحتوي على ملفات Github واتصل

scp games_pi_only [email protected]: / home / pi

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

ثم اتصل بـ Pi عبر ssh (يمكن لمستخدمي Windows استخدام Putty):

ssh [email protected]

بعد تسجيل الدخول بنجاح ، يمكنك بدء تشغيل كود Python عن طريق استدعاء:

sudo python3 games_pi_only.py

إذا تم تشغيل الكود بشكل صحيح ، فيمكنك تمكين التشغيل التلقائي عن طريق الاتصال بـ:

sudo nano /etc/rc.local

وأضف السطر التالي قبل الخروج 0:

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

حفظ (Ctrl + O) والخروج (Ctrl + X)

الخطوة العاشرة: الاختبار النهائي والقشرة

قبل أن يتم لصق القشرة أعلى المقدمة ، يجب اختبار المصفوفة للتأكد من أن جميع مصابيح LED تعمل. من الأسهل بكثير إصلاح شيء ما قبل لصق القشرة.

قشرة الخشب المستخدمة عبارة عن ورق خاص بقشرة خشب القيقب يسمى Microwood ، وهو من جانب واحد مغطى بالورق ويبلغ سمكه 0 ، 1 مم. يمكن لصق جانب الورق مباشرة على mdf باستخدام غراء ورق قياسي خالٍ من الماء.

الخطوة 11: النتيجة

امرح واستمتع باللعبه!

الجائزة الكبرى في مسابقة Raspberry Pi لعام 2020