نمایشگر چوبی LED بازی با رزبری پای زیرو: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

این پروژه دارای یک صفحه نمایش LED با ابعاد 20x10 پیکسل WS2812 با اندازه 78x35 سانتی متر است که می تواند به راحتی در اتاق نشیمن برای انجام بازی های یکپارچهسازی با سیستمعامل نصب شود. اولین نسخه از این ماتریس در سال 2016 ساخته شد و توسط بسیاری از افراد دیگر بازسازی شد. این تجربه برای جمع بندی تمام پیشرفت ها برای ساخت نسخه جدید ماتریس و ارائه آن در دستورالعمل های آموزشی مورد استفاده قرار گرفت. ویژگیهای اصلی جدید عبارتند از: به روزرسانی Raspberry Pi Zero و استفاده از Pi A به علاوه Arduino و جایگزینی کنترلر بزرگ قبلی با گیم پد بلوتوث. همچنین نرم افزار از جمله شبیه ساز بهبود یافته است ، که به شما امکان می دهد کد را در رایانه توسعه دهید حتی اگر به سخت افزار ماتریس دسترسی ندارید.

یکی از ویژگی های خاص این ماتریس LED روکش مخصوص چوب است که برای پوشاندن LED و پنهان کردن آنها هنگام غیرفعال شدن LED ها استفاده می شود. این امر ضریب پذیرش افراد غیرفناوری را بسیار افزایش می دهد ؛-) البته ، اگر این روکش مخصوص در کشور شما موجود نیست ، می توانید از مواد پخش کننده دیگری مانند اکریلیک برای پنهان کردن LED ها نیز استفاده کنید. همچنین برنامه ریزی شده است تا برخی از بخشهای کلیدی را در آینده برای سهولت بازسازی پروژه ارائه دهیم.

تدارکات:

• Raspberry Pi Zero W (با برخی تغییرات ، همه مدلهای دیگر نیز کار می کنند)
• 200 LED/s (نوار LED WS2812B با 30 LED/m)
• 4 برابر نمایشگر ماتریس LED SPI با MAX7219
• کابل ها
• صفحه بازی بلوتوث (به عنوان مثال این از Pimoroni)
• منبع تغذیه 5 ولت با حداقل 5 آمپر
• چوب ام دی اف جهت برش لیزری
• روکش چوبی یا صفحه اکریلیک انتشار
• خازن ، مقاومت
• چند پیچ

مرحله 1: برش لیزری

ساختار پایه ماتریس از چوب MDF با ضخامت 3 میلی متر ساخته شده و توسط برش لیزری بریده می شود. اگر شما برش لیزری ندارید ، می توانید از خدمات آنلاین مانند ponoko.com یا formulor.de استفاده کنید یا با fablab/makerspace بعدی در محیط خود تماس بگیرید. همچنین می توان از مقوا یا سایر مواد سبک تر استفاده کرد ، اما فایلهای پیوست به ضخامت 3 میلی متر طراحی شده اند ، بنابراین مواد نازک تر یا ضخیم تر نیاز به طراحی مجدد فایل ها دارند. طراحی در فیوژن 360 انجام شده است. اکثر قطعات فقط با کشیدن آنها در محل به هم چسبیده اند ، فقط برخی از قطعات مانند حاشیه های بیرونی باید با استفاده از چسب چوب به یکدیگر چسبانده شوند. قبل از استفاده از چسب اطمینان حاصل کنید که ماتریس شما کاملاً کار می کند! همچنین روکش چوبی باید چسبانده شود ، اما این آخرین مرحله پس از اطمینان از کارکردن همه چیز است.

در سمت راست (پایین) صفحه عقب ، یک قسمت قطع شده وجود دارد که قطعات الکترونیکی را به ماتریس محکم می کند و در هنگام چسباندن روکش همچنان به این اجزا دسترسی دارید.

مرحله 2: LED ها را نصب کنید

نوارهای LED استاندارد 30 نوار LED/m WS2812 هستند که در آمازون ، eBay یا سایر فروشگاه های آنلاین در سراسر جهان موجود است. این معمولاً ارزان ترین نوار LED آدرس پذیر موجود است. اگر می خواهید از LED های دیگر استفاده کنید ، باید از فاصله 30 LED/m برای مطابقت با الگوی ماتریس اطمینان حاصل کنید. قطعات برش خورده با لیزر دارای نواحی برش خورده کوچکی هستند که در عرض LED 10 سانتی متر قرار می گیرند. این نوارهای LED دارای نوار دو طرفه در پشت خود هستند ، بنابراین می توانید بعد از قرارگیری دقیق آنها را مستقیماً به MDF بچسبانید. قبل از استفاده از نوار (جهت DIN-DOUT) جهت صحیح هر نوار را بررسی کنید.

الگوی سیم کشی یک زیگزاگ است بنابراین در پایان ، فقط یک پین ورودی به ماتریس وجود دارد و طول کابل تا حد امکان کوتاه است. برای توزیع مناسب قدرت و کاهش کابل کشی در بالای ماتریس ، هر نوار LED به 5V و GND در پایین ماتریس متصل می شود. برای توزیع خط 5V و GND می توانید از سیم های تک یا نمونه اولیه PCB استفاده کنید.

مرحله 3: مونتاژ

نمای انفجار به شناسایی قطعات مناسب برای مونتاژ کمک می کند. کافی است تصاویر نصب را مرحله به مرحله دنبال کنید. صفحه عقب دارای ساختارهای متقاطع برای نگه داشتن دیوارهای جانبی طولانی و برخی از دیوارهای کوتاه است. اگر در نصب قطعات مشکل دارید ، از کاغذ ماسه ای برای تعمیر آن استفاده کنید.

مرحله 4: لحیم کاری

روشهای متفاوتی برای اتصال خطوط برق برای نوارهای مختلف با هم وجود دارد. برای لحیم کردن سیم های مختلف می توانید از سیم های تک یا نوعی سیم معمولی خارج از مس استفاده کنید. در این مورد ، قطعات نمونه اولیه PCB برای هدایت ریل های قدرت به نوارها استفاده شد. نوارهای WS2812B در حال حاضر دارای کابل های جداگانه برق هستند که می توانید از آنها برای اتصال ریل قدرت به اولین ورودی نوار (سمت چپ تصویر) استفاده کنید.

مرحله 5: نمایشگر SPI را نصب کنید

برای نمایش نمرات بازی و متن ، از یک صفحه ماتریس LED بر اساس درایور LED MAX7219 استفاده می شود. این دستگاه از طریق SPI (Serial Peripheral Interface) به Raspberry Pi متصل می شود. چهار صفحه نمایش 8x8 با یک صفحه نمایش ماتریس نقطه ای 32x8 پیکسل ترکیب شده اند. شما می توانید این صفحه نمایش 8x8 پیکسل را برای مثال خریداری کنید. در eBay ، نمایشگرهای ترکیبی 32x8 پیکسل نیز موجود است. همچنین شما می توانید رنگ های مختلف داشته باشید. در این مورد از نمایشگرهای قرمز استفاده شد. از آنجا که SPI مانند یک شیفت رجیستر عمل می کند ، نمایشگرها به صورت سریال به هم متصل می شوند و داده ها را از ماتریس اول به داده های مورد دوم متصل می کنند و به همین ترتیب از سمت راست صفحه شروع می شوند.

این صفحه نمایش تنها از خارج قابل خواندن است ، اگر مستقیماً پشت لایه روکش قرار گیرد. در غیر این صورت ، فقط یک تار قرمز قابل مشاهده است. بنابراین باید آن را در بالای قسمت برش پشت هواپیما با فاصله 30 میلی متر بین سطح پشت هواپیما و سطح ماتریس نصب کنید. من از قطعات و پیچ های چوبی باقی مانده برای تطبیق 19 میلی متری بین صفحه پشتی و مدار چاپی استفاده کرده ام ، اما شما همچنین می توانید از هر نوع جداکننده خارجی استفاده کنید.

سیم کشی صفحه نمایش در مرحله 7 نشان داده شده است.

مرحله 6: Pi را نصب کنید

در این نصب از Raspberry Pi Zero استفاده می شود. همچنین می توانید از هر مدل رزبری پای دیگر استفاده کنید ، اما مدلهای جدیدتر با WiFi و بلوتوث یکپارچه به شما این امکان را می دهند که به راحتی به گیم پد های بی سیم متصل شوید و برنامه نویسی را ساده کنید. می توانید Pi را با استفاده از حداقل دو پیچ و فاصله دهنده کوچک برای پیچاندن آن به صفحه عقب محکم کنید.

برای Raspberry Pi Zero W ، پین های زیر استفاده می شود:

• پین 2: 5 ولت
• پین 6: GND
• GPIO18 -> نوارهای LED
• GPIO11: SPI CLK -> MAX7219 CLK ماتریس
• GPIO10: SPI MOSI -> DIN ماتریس MAX7219
• GPIO8: SPI CS -> MAX7219 ماتریس CS

برخی از افراد مشکلی در استفاده از GPIO18 برای LED ها گزارش کردند. لطفاً در این مورد از GPIO21 استفاده کنید. اگر چنین است ، باید کد خط 21 را به pixel_pin = board. D21 تغییر دهید.

نوار WS2812B در اینجا خارج از مشخصات خود استفاده می شود. به طور معمول به یک منطق 5V در DIN نیاز دارد ، اما Pi فقط 3 ، 3V را ارائه می دهد. حتی اگر در بیشتر موارد این کار می کند ، باید این را با نوار خود آزمایش کنید. اگر کار نمی کند ، می توانید یک مبدل سطح مانند 74HCT245 یا هر مبدل 3V3 دیگر به 5V بین Pi و نوار اضافه کنید.

مرحله 7: سیم کشی و منبع تغذیه

سیم کشی مطابق طرح سیم کشی انجام می شود. منبع تغذیه منبع تغذیه 5 ولت DC است.

برای روشن/خاموش کردن آسان ماتریس ، یک سوئیچ بین دوشاخه برق و مدارهای ماتریس اضافه می شود. با این وجود ، چون Raspberry Pi خاموش شدن سخت را دوست ندارد ، یک گزینه خاموش در نرم افزار وجود دارد که قبل از تغییر ماتریس ، Pi را از طریق Gamepad با خیال راحت خاموش می کند.

پین DIN نوار LED از طریق مقاومت به Pi متصل می شود ، همچنین یک خازن بزرگ (4700uF) برای بافر شدن منبع تغذیه اضافه می شود. لطفاً برای اطلاعات بیشتر Adafruit berguide for Neopixels را مطالعه کنید.

LED ها حداکثر 60mA را در هر LED مصرف می کنند ، بنابراین حداکثر جریان 200x60mA = 12A ممکن است !!! با کاهش روشنایی و عدم استفاده از تمام LED ها با رنگ سفید کامل ، این مقدار نظری بیشتر است ، اما بستگی به کد دارد که حداکثر جریان چقدر است. بنابراین انتخاب منبع تغذیه به اندازه کافی بزرگ بسیار مهم است. برای اکثر برنامه های کاربردی ، منبع تغذیه 5V/5A (25W) باید کافی باشد.

برای ثابت کردن صفحه پشتی با صفحه نمایش Pi و Matrix ، می توان از چند تکه چوب کوچک برای پیچاندن آنها در لبه ها و همچنین استفاده از پیچ برای ثابت نگه داشتن صفحه عقب استفاده کرد.

مرحله 8: تنظیم Pi

1. آخرین تصویر Raspbian lite را از raspberrypi.org بارگیری کنید

2. آن را در و کارت SD کپی کنید ، 8 گیگابایت کافی است. می توانید به عنوان مثال استفاده کنید etcher برای انجام این کار

3. قبل از بوت کردن Pi با کارت SD ، WIFI و ssh access را آماده کنید

4. کارت SD را به هر رایانه ای وارد کنید ، یک پوشه بوت باید قابل دسترسی باشد

5. خطوط زیر را در فایل wpa_supplicant.conf کپی کنید (در صورت عدم وجود آن را ایجاد کنید) و پارامترها را بسته به Wifi و منطقه خود تغییر دهید

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

country = US_ update_config = 1 network = {ssid = "Wifi صفحه اصلی" psk = "mypassword" key_mgmt = WPA-PSK}

6. یک فایل خالی به نام ssh (بدون هیچ پسوندی) را به بوت اضافه کنید تا دسترسی به ssh فعال شود

7. اکنون کارت SD را به رزبری پای وارد کرده و آن را بوت کنید. برای دریافت آدرس IP Pi ، روتر wifi خود را بررسی کنید

8. اتصال SSH به Pi را با استفاده از ترمینال (لینوکس ، مک) یا به عنوان مثال شروع کنید. بتونه و ویندوز IP Pi را به جای 192.168.x.y وارد کنید

ssh [email protected]

9. Pi را به روز کنید (کمی زمان می برد!)

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

10. ابزار pip and setup را نصب کنید

sudo apt-get python3-pip را نصب کنید

sudo pip3 install -ارتقاء setuptools

11. درایور Neopixel ، ws281x lib ، pygame و libsdl را نصب کنید

sudo pip3 نصب rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel

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

12. SPI را با فراخوانی raps-config فعال کنید ، به 5 گزینه Interfacing Options / P4 SPI / Enable بروید.

sudo raspi-config

13. گیم پد بلوتوث را اضافه کنید

sudo bluetoothctl

[bluetooth]# نماینده در [bluetooth]# قابل جابجایی در [bluetooth]# اسکن در [bluetooth]# جفت aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# trust aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# connect aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# خروج

جایی که aa: bb: cc: dd: ee: ff لباس MAC دسته بازی بلوتوث شما است. این آدرس باید پس از فراخوانی فرمان "scan on" نشان داده شود. اطمینان حاصل کنید که کنترل کننده بلوتوث شما آماده جفت شدن است ، لطفاً نحوه انجام این کار را به دفترچه راهنمای کنترلر بررسی کنید.

14. اکنون می توانید از طریق Pi به شما متصل شوید ، رمز عبور پیش فرض تمشک است (کاربران ویندوز ممکن است از Putty استفاده کنند):

ssh [email protected]

مرحله 9: کد پایتون ، تست و شبیه ساز

کد در Github موجود است. games_pi_only.py و همه فایل های bmp مورد نیاز است.

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

کد دارای گزینه ای است که در حالت شبیه سازی خارج از Pi با استفاده از pygame برای شبیه سازی ماتریس اجرا می شود. این برای توسعه ویژگی های جدید بدون دسترسی مستقیم به سخت افزار ماتریس بسیار مفید است. همچنین اشکال زدایی بسیار ساده تر است. برای فعال کردن حالت شبیه سازی (خط 15) باید ثابت PI را تنظیم کنید:

PI = غلط

در این حالت شبیه سازی ، دیگر از صفحه کلید به جای صفحه بازی بلوتوث استفاده می شود. دکمه های 1 ، 2 ، 3 ، 4 در A ، B ، X ، Y گیم پد ، کلیدهای جهت دار جهت ها ، "s" برای شروع و "x" برای موارد انتخاب شده نشان داده شده است. می توانید از ویرایشگر استاندارد به علاوه کنسول یا برخی از IDE های یکپارچه مانند Micosoft Visual Studio Code یا Jetbrain PyCharm برای توسعه روی رایانه خود استفاده کنید.

اگر از ماتریس و رزبری پای استفاده می کنید ، باید موارد زیر را تعریف کنید:

PI = درست است

برای کپی کردن کد در Raspberry Pi ، می توانید از دستور scp (Windows WinSCP) استفاده کنید. یک پنجره کنسول را باز کنید ، به پوشه حاوی فایلهای Github بروید و تماس بگیرید

scp games_pi_only [email protected]:/home/pi

scp *.bmp [email protected]:/home/pi

سپس از طریق ssh به Pi متصل شوید (کاربران ویندوز ممکن است از Putty استفاده کنند):

ssh [email protected]

پس از ورود موفق به سیستم ، می توانید کد پایتون را با تماس زیر شروع کنید:

sudo python3 games_pi_only.py

اگر کد به درستی اجرا شود ، می توانید راه اندازی خودکار را با تماس زیر فعال کنید:

sudo nano /etc/rc.local

و قبل از خروج 0 خط زیر را اضافه کنید:

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

ذخیره (Ctrl+O) و خروج (Ctrl+X)

مرحله 10: آزمایش نهایی و روکش

قبل از چسباندن روکش در قسمت جلویی ، ماتریس باید آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که همه LED ها کار می کنند. خیلی راحت تر می توان چیزی را قبل از چسباندن روکش چسباند.

روکش چوبی مورد استفاده یک روکش افرا مخصوص روکش به نام Microwood است که یک طرف آن با کاغذ پوشانده شده و ضخامت آن 0 ، 1 میلی متر است. با استفاده از چسب کاغذ استاندارد بدون آب می توان سمت کاغذ را مستقیماً روی mdf چسباند.

مرحله 11: نتیجه

از بازی لذت ببر و خوش بگذران!

جایزه بزرگ در مسابقه رزبری پای 2020