Leseni LED igralni zaslon, ki ga poganja Raspberry Pi Zero: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Ta projekt uresničuje LED zaslon z ločljivostjo 20x10 slikovnih pik WS2812 velikosti 78x35 cm, ki ga je mogoče enostavno namestiti v dnevno sobo za igranje retro iger. Prvo različico te matrice so zgradili leta 2016 in jo obnovili številni drugi ljudje. Ta izkušnja je bila uporabljena za povzetek vseh izboljšav za izdelavo nove različice matrike in to zdaj prinesla na instructables.com. Glavne nove funkcije so posodobitev na Raspberry Pi Zero, namesto da uporabite in Pi A ter Arduino in zamenjate prejšnji velik krmilnik z igralno ploščo Bluetooth. Izboljšana je bila tudi programska oprema, vključno s simulatorjem, ki omogoča razvoj kode v računalniku, tudi če nimate dostopa do strojne opreme matrice.

Posebnost te LED matrike je poseben lesni furnir, ki se uporablja za prekrivanje LED in njihovo skrivanje, ko so LED diode onemogočene. To močno poveča faktor sprejemljivosti netehnoloških ljudi;-) Seveda, če tega posebnega furnirja ni na voljo v vaši državi, lahko za skrivanje LED uporabite tudi kakšen drug razpršen material, kot je akril. Predvideno je tudi, da bo v prihodnje zagotovljenih nekaj ključnih delov, ki bodo olajšali obnovo projekta.

Zaloge:

• Raspberry Pi Zero W (z nekaj prilagoditvami bodo delovali tudi vsi drugi modeli)
• 200 LED/s (LED trakovi WS2812B s 30 LED/m)
• 4x SPI LED matrični zaslon z MAX7219
• Kabli
• Igralna plošča Bluetooth (na primer od Pimoronija)
• Napajanje 5V z najmanj 5A
• MDF les za lasersko rezanje
• Leseni furnir ali difuzijska akrilna plošča
• Kondenzator, upor
• Nekaj vijakov

Korak: Lasersko rezanje

Osnovna struktura matrice je iz lesa MDF debeline 3 mm in razrezana z laserskim rezalnikom. Če nimate laserskega rezalnika, lahko uporabite spletno storitev, kot je ponoko.com ali formulalor.de, ali pa se obrnete na naslednjo fablab/makerspace v svojem okolju. Možna je tudi uporaba kartona ali drugih lažjih materialov, vendar so priložene datoteke oblikovane za debelino 3 mm, zato je treba tanjše ali debelejše materiale preoblikovati. Oblikovanje je bilo izvedeno v Fusion 360. Večina delov se drži skupaj, tako da jih držite na mestu, le nekatere dele, kot so zunanje obrobe, je treba zlepiti skupaj z lepilom za les. Pred nanosom lepila se prepričajte, da je vaša matrica v celoti delujoča! Tudi leseni furnir je treba lepiti, vendar je to zadnji korak po zagotovitvi, da vse deluje.

Na desni (spodnji) strani hrbtne plošče je izrezan segment za pritrditev elektronskih komponent na matriko in še vedno dostop do teh komponent, ko je furnir lepljen.

Korak: Namestite LED

LED trakovi so standardni 30 LED/m trakovi WS2812, ki so na voljo v Amazon, eBay ali drugih spletnih trgovinah po vsem svetu. To je običajno tudi najcenejši naslovljiv LED trak, ki je na voljo. Če želite uporabiti druge LED, morate zagotoviti, da se razdalja 30 LED/m prilega matričnemu vzorcu. Laserski izrezani segmenti imajo majhna izrezana območja, ki se prilegajo širini LED 10 cm. Ti LED trakovi imajo na hrbtu dvostranski trak, zato jih lahko po natančnem pozicioniranju lepite neposredno na MDF. Pred uporabo traku preverite pravilno usmerjenost vsakega traku (smer DIN-DOUT).

Vzorec ožičenja je cik-cak, zato je na koncu le en vhodni pin na matriko, dolžine kabla pa so čim krajše. Za pravilno porazdelitev moči in zmanjšanje kabliranja na vrhu matrike je vsak LED trak priključen na 5V in GND na dnu matrice. Za distribucijo linije 5V in GND lahko uporabite posamezne žice ali prototipne tiskane vezje.

3. korak: Montaža

Pogled eksplozije pomaga prepoznati pravilne kose za sestavo. Samo sledite slikam namestitve po korakih. Hrbtna plošča ima križne strukture, ki držijo dolge stranske stene in nekatere kratke stene. Če imate težave pri nameščanju kosov, ga popravite z brusnim papirjem.

4. korak: Spajkanje

Obstajajo različni načini spajanja daljnovodov za različne proge skupaj. Za spajkanje različnih žic lahko uporabite posamezne žice ali nekakšen skupni vod iz bakra. V tem primeru so bili kosi prototipnih tiskanih vezij uporabljeni za vodenje vodil do črt. Trakovi WS2812B že imajo ločene napajalne kable, ki jih lahko uporabite za priključitev napajalnega vodila na prvi vhod traku (leva stran na sliki).

5. korak: Namestite zaslon SPI

Za prikaz rezultatov iger in besedil se uporablja LED matrični zaslon, ki temelji na gonilniku LED MAX7219. Preko SPI (serijski periferni vmesnik) je povezan z Raspberry Pi. Štirje zasloni 8x8 so združeni v matrični zaslon z ločljivostjo 32x8 slikovnih pik. Te zaslone 8x8 slikovnih pik lahko kupite za npr. na eBayu so na voljo tudi kombinirani zasloni z ločljivostjo 32 x 8 slikovnih pik. Prav tako imate različne barvne možnosti; v tem primeru so bili uporabljeni rdeči zasloni. Ker SPI deluje kot premični register, so zasloni povezani serijsko, tako da podatke iz prve matrice povežejo s podatki v drugi in tako naprej, od desne strani zaslona.

Ta zaslon je berljiv samo od zunaj, če je postavljen neposredno za plast furnirja. Če ne, je vidna le rdeča zamegljenost. Zato ga morate namestiti na izrezani segment zadnje plošče z razdaljo 30 mm med površino zadnje plošče in površino matrike. Nekaj preostalih lesenih kosov in vijakov sem uporabil za prilagoditev manjkajočih 19 mm med hrbtno ploščo in tiskanimi vezji, lahko pa uporabite tudi vse zunanje distančnike.

Ožičenje zaslona je prikazano v 7. koraku.

6. korak: Namestite Pi

V tej namestitvi se uporablja Raspberry Pi Zero. Uporabite lahko tudi kateri koli drug model Raspberry Pi, vendar novejši z vgrajeno WiFi in Bluetooth omogočajo preprosto povezavo z brezžičnimi igralnimi ploščami in poenostavijo programiranje. Pi lahko pritrdite z uporabo vsaj dveh vijakov in majhnih distančnikov, da ga privijete na hrbtno ploščo.

Za Raspberry Pi Zero W se uporabljajo naslednji zatiči:

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

Nekateri so poročali o težavah z uporabo GPIO18 za LED. V tem primeru uporabite GPIO21. Če je tako, morate kodo v vrstici 21 spremeniti v pixel_pin = board. D21.

Trak WS2812B se tukaj uporablja zunaj njegovih specifikacij. Običajno potrebuje logično raven 5V po DIN, vendar Pi zagotavlja le 3, 3V. Tudi če v večini primerov to deluje, morate to preizkusiti s svojim trakom. Če ne deluje, lahko med Pi in trakom dodate pretvornik nivoja, kot je 74HCT245 ali kateri koli drug pretvornik 3V3 v 5V.

7. korak: Ožičenje in napajanje

Ožičenje poteka po shemi ožičenja. Napajanje je 5V DC napajanje.

Za enostavno vklop/izklop matrice je med vtičem in matričnim vezjem dodano stikalo. Kljub temu, da Raspberry Pi ne mara trdega izklopa, je v programski opremi možnost zaustavitve za varno izklop Pi prek igralne plošče pred preklopom matrice.

DIN pin LED traku je preko upora priključen na Pi, prav tako je dodan velik kondenzator (4700uF) za varovanje napajanja. Za več podrobnosti si oglejte Adafruit Überguide za Neopixel.

LED porabi največ 60mA toka na LED, zato je možen največji tok 200x60mA = 12A !!! Z zmanjšanjem svetlosti in neuporabo vseh LED v beli barvi je to bolj teoretična vrednost, vendar je odvisno od kode, kateri največji tok je dosežen. Zato je izbira dovolj velikega napajalnika zelo pomembna. Za večino aplikacij bi moral zadostovati napajalnik s 5V/5A (25W).

Za pritrditev hrbtne plošče z zaslonom Pi in Matrix lahko uporabite nekaj majhnih kosov lesa, da jih razrežete po robovih in uporabite tudi vijake za pritrditev zadnje plošče.

8. korak: Namestite Pi

1. Prenesite najnovejšo sliko Raspbian lite s spletnega mesta raspberrypi.org

2. Kopirajte ga na kartico SD in dovolj je 8 GB. Uporabite lahko npr. jedkalec za to.

3. Preden zaženete Pi s kartice SD, pripravite dostop do WIFI in ssh

4. Vstavite kartico SD v kateri koli računalnik, dostopna mora biti zagonska mapa

5. Kopirajte naslednje vrstice v datoteko wpa_supplicant.conf (ustvarite jo, če ne obstaja) in spremenite parametre glede na vaš Wifi in regijo

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

država = US update_config = 1 omrežje = {ssid = "Domači Wi-Fi" psk = "moja geslo" key_mgmt = WPA-PSK}

6. Za zagon dodajte prazno datoteko, imenovano ssh (brez razširitve), da omogočite dostop ssh

7. Zdaj vstavite kartico SD v Raspberry Pi in jo zaženite. Preverite usmerjevalnik wifi, da dobite IP naslov Pi

8. vzpostavite povezavo SSH s Pi s pomočjo terminala (Linux, Mac) ali npr. Kiti Windows. Namesto 192.168.x.y vnesite IP Pi

ssh [email protected]

9. Posodobite Pi (traja nekaj časa!)

sudo apt-get posodobitev

sudo apt-get nadgradnja

10. Namestite pip in orodje za nastavitev

sudo apt-get install python3-pip

sudo pip3 install --upgrade setuptools

11. Namestite gonilnik Neopixel, ws281x lib, pygame in libsdl

sudo pip3 namestite rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel

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

12. Omogočite SPI tako, da pokličete raps-config, pojdite na 5 Možnosti vmesnika / P4 SPI / Omogoči

sudo raspi-config

13. Dodajte igralno ploščo Bluetooth

sudo bluetoothctl

[bluetooth]# agent on [bluetooth]# pakable on [bluetooth]# scan on [bluetooth]# pair aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# trust aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# poveži aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# zapusti

kjer je aa: bb: cc: dd: ee: ff obleka MAC vašega igralnega vmesnika bluetooth. Ta naslov bi moral biti prikazan po klicu ukaza "scan on". Prepričajte se, da je vaš krmilnik Bluetooth pripravljen za seznanjanje. Preverite priročnik za krmilnik, kako to storiti.

14. Sedaj se lahko povežete s Pi prek privzetega gesla malina (uporabniki sistema Windows lahko uporabljajo Putty):

ssh [email protected]

9. korak: Pythonova koda, test in simulator

Koda je na voljo na Githubu. games_pi_only.py in vse datoteke bmp so potrebne.

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

Koda ima možnost izvajanja v simulacijskem načinu zunaj Pi z uporabo igre pygame za simulacijo matrike. To je zelo koristno za razvoj novih funkcij brez neposrednega dostopa do strojne opreme matrice. Tudi odpravljanje napak je veliko lažje. Za aktiviranje simulacijskega načina (vrstica 15) morate nastaviti konstanto PI:

PI = Napačno

V tem simulacijskem načinu se namesto igralne plošče Bluetooth uporablja tipkovnica. Gumbi 1, 2, 3, 4 so preslikani v A, B, X, Y igralne plošče, puščične tipke za navodila, “s” za začetek in “x” za izbiro. Za razvoj v računalniku lahko uporabite standardni urejevalnik in konzolo ali nekaj integriranih IDE -jev, kot sta Micosoft Visual Studio Code ali Jetbrain PyCharm.

Če uporabljate matriko in Raspberry Pi, morate določiti:

PI = res

Za kopiranje kode v Raspberry Pi lahko uporabite ukaz scp (Windows WinSCP). Odprite okno konzole, preklopite v mapo z datotekami Github in pokličite

scp games_pi_only [email protected]:/home/pi

scp *.bmp [email protected]:/home/pi

nato se povežite s Pi prek ssh (uporabniki sistema Windows lahko uporabljajo Putty):

ssh [email protected]

po uspešni prijavi lahko zaženete kodo python s klicem:

sudo python3 games_pi_only.py

Če koda deluje pravilno, lahko samodejni zagon omogočite tako, da pokličete:

sudo nano /etc/rc.local

in pred izhodom 0 dodajte naslednjo vrstico:

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

Shrani (Ctrl+O) in Izhod (Ctrl+X)

10. korak: Končni preizkus in furniranje

Preden furnir nalepite na sprednjo stran, je treba preskusiti matriko, da zagotovite, da vse LED delujejo. Precej lažje je nekaj popraviti, preden se furnir prilepi.

Rabljeni furnir iz lesa je poseben papir iz javorjevega furnirja, imenovan Microwood, ki je enostransko prekrit s papirjem in ima debelino 0,1 mm. Stran papirja je mogoče lepiti neposredno na mdf s standardnim lepilom za papir brez vode.

11. korak: Rezultat

Lepo se imejte in uživajte v igri!

Velika nagrada na tekmovanju Raspberry Pi 2020