Tampilan Gaming LED Kayu Didukung oleh Raspberry Pi Zero: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Proyek ini mewujudkan layar LED berbasis WS2812 20x10 piksel dengan ukuran 78x35 cm yang dapat dengan mudah dipasang di ruang tamu untuk bermain game retro. Versi pertama dari matriks ini dibangun pada tahun 2016 dan dibangun kembali oleh banyak orang lain. Pengalaman ini digunakan untuk meringkas semua peningkatan untuk membangun versi baru dari matriks dan membawanya sekarang ke instruksi.com. Fitur baru utama adalah pembaruan ke Raspberry Pi Zero sebagai gantinya menggunakan dan Pi A plus Arduino dan mengganti pengontrol besar sebelumnya dengan gamepad Bluetooth. Juga perangkat lunak ditingkatkan termasuk simulator, yang memungkinkan Anda untuk mengembangkan kode di komputer bahkan jika Anda tidak memiliki akses ke perangkat keras matriks.

Salah satu fitur khusus dari matriks LED ini adalah lapisan kayu khusus, yang digunakan untuk menutupi LED dan menyembunyikannya, ketika LED dinonaktifkan. Ini sangat meningkatkan faktor penerimaan orang non-teknologi;-) Tentu saja, jika veneer khusus ini tidak tersedia di negara Anda, Anda juga dapat menggunakan beberapa bahan difus lainnya seperti akrilik untuk menyembunyikan LED. Direncanakan juga untuk menyediakan beberapa bagian penting di masa depan untuk memudahkan pembangunan kembali proyek.

Perlengkapan:

• Raspberry Pi Zero W (dengan beberapa penyesuaian, semua model lain juga akan berfungsi)
• 200 LED/dtk (garis LED WS2812B dengan 30 LED/m)
• 4x tampilan matriks LED SPI dengan MAX7219
• Kabel
• Gamepad Bluetooth (mis. ini dari Pimoroni)
• Catu Daya 5V dengan setidaknya 5A
• Kayu MDF untuk pemotongan laser
• Veneer kayu atau pelat akrilik difusi
• Kapasitor, Resistor
• Beberapa sekrup

Langkah 1: Pemotongan Laser

Struktur dasar matriks terbuat dari kayu MDF dengan ketebalan 3mm dan dipotong dengan pemotong laser. Jika Anda tidak memiliki pemotong laser, Anda dapat menggunakan layanan online seperti ponoko.com atau formulor.de atau menghubungi fablab/makerspace berikutnya di lingkungan Anda. Dimungkinkan juga untuk menggunakan karton atau bahan ringan lainnya tetapi file yang dilampirkan dirancang untuk ketebalan 3mm, jadi bahan yang lebih tipis atau lebih tebal memerlukan desain ulang file. Desain dilakukan di Fusion 360. Sebagian besar bagian disatukan hanya dengan menggesernya di tempatnya, hanya beberapa bagian seperti batas luar yang harus direkatkan menggunakan lem kayu. Pastikan matriks Anda berfungsi penuh sebelum menerapkan lem apa pun! Veneer kayu juga harus direkatkan, tetapi ini adalah langkah terakhir setelah memastikan semuanya berfungsi.

Di sisi kanan (bawah) bidang belakang, ada segmen potong untuk mengamankan komponen elektronik ke matriks dan masih memiliki akses ke komponen ini saat veneer direkatkan.

Langkah 2: Pasang LED

Strip LED adalah strip standar 30 LED/m WS2812, yang tersedia di Amazon, eBay, atau toko online lainnya di seluruh dunia. Ini biasanya juga merupakan strip LED beralamat termurah yang tersedia. Jika Anda ingin menggunakan LED lain, Anda harus memastikan jarak 30 LED/m agar sesuai dengan pola matriks. Segmen yang dipotong laser memiliki area potongan kecil agar sesuai dengan lebar LED 10 cm. Garis-garis LED ini memiliki pita dua sisi di bagian belakang, jadi Anda bisa merekatkannya langsung ke MDF setelah pemosisian yang tepat. Periksa orientasi yang benar dari setiap strip sebelum menggunakan pita (arah DIN-DOUT).

Pola pengkabelan adalah zig-zag sehingga pada akhirnya, hanya ada satu pin input ke matriks dan panjang kabel sesingkat mungkin. Untuk mendistribusikan daya dengan benar dan mengurangi kabel di bagian atas matriks, setiap strip LED terhubung ke 5V dan GND di bagian bawah matriks. Anda dapat menggunakan kabel tunggal atau membuat prototipe PCB untuk mendistribusikan jalur 5V dan GND.

Langkah 3: Perakitan

Tampilan ledakan membantu mengidentifikasi bagian yang benar untuk perakitan. Ikuti saja gambar instalasi langkah demi langkah. Bagian belakang memiliki struktur silang untuk menahan dinding samping panjang dan beberapa dinding pendek. Jika Anda memiliki masalah untuk memasang potongan, gunakan kertas pasir untuk memperbaikinya.

Langkah 4: Menyolder

Ada berbagai cara untuk menyolder saluran listrik di sana untuk garis-garis yang berbeda bersama-sama. Entah Anda dapat menggunakan kabel tunggal atau semacam rel biasa dari tembaga untuk menyolder kabel yang berbeda. Dalam hal ini, potongan-potongan prototipe PCB digunakan untuk memandu rel daya ke garis-garis. Strip WS2812B sudah memiliki kabel daya terpisah yang dapat Anda gunakan untuk menghubungkan rel daya ke input strip pertama (sisi kiri pada gambar).

Langkah 5: Instal Tampilan SPI

Untuk menampilkan skor dan teks permainan, digunakan tampilan matriks LED berdasarkan driver LED MAX7219. Itu terhubung melalui SPI (Serial Peripheral Interface) ke Raspberry Pi. Empat tampilan 8x8 digabungkan menjadi tampilan dot matrix 32x8 piksel. Anda dapat membeli tampilan piksel 8x8 ini untuk mis. di eBay, ada juga tampilan gabungan 32x8 piksel yang tersedia. Anda juga memiliki pilihan warna yang berbeda; dalam hal ini tampilan merah digunakan. Karena SPI bekerja seperti register geser, tampilan dihubungkan bersama secara serial dengan menghubungkan data dari matriks pertama ke data di matriks kedua dan seterusnya mulai dari sisi kanan layar.

Tampilan ini hanya dapat dibaca dari luar, jika ditempatkan tepat di belakang lapisan veneer. Jika tidak, hanya ada guratan merah yang terlihat. Jadi Anda harus memasangnya di atas segmen cut-out backplane dengan jarak 30mm antara permukaan backplane dan permukaan matriks. Saya telah menggunakan beberapa sisa potongan kayu dan sekrup untuk mengadaptasi 19 mm yang hilang antara bidang belakang dan PCB, tetapi Anda juga dapat menggunakan jenis spacer luar apa pun.

Pengkabelan layar ditunjukkan pada langkah 7.

Langkah 6: Instal Pi

Dalam instalasi ini, Raspberry Pi Zero digunakan. Anda juga dapat menggunakan model Raspberry Pi lainnya, tetapi yang lebih baru dengan WiFi dan Bluetooth terintegrasi memungkinkan Anda terhubung dengan mudah ke gamepad nirkabel dan menyederhanakan pemrograman. Anda dapat mengamankan Pi dengan menggunakan setidaknya dua sekrup dan spacer kecil untuk memasangnya ke bidang belakang.

Untuk Raspberry Pi Zero W, pin berikut digunakan:

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

Beberapa orang melaporkan masalah saat menggunakan GPIO18 untuk LED. Silakan gunakan GPIO21 dalam kasus ini. Jika demikian, Anda harus mengubah kode pada baris 21 menjadi pixel_pin = board. D21.

Strip WS2812B digunakan di sini di luar spesifikasinya. Biasanya membutuhkan level logika 5V pada DIN, tetapi Pi hanya menyediakan 3, 3V. Bahkan jika ini berhasil di sebagian besar kasus, Anda harus mengujinya dengan strip Anda. Jika tidak berhasil, Anda dapat menambahkan konverter level seperti 74HCT245 atau konverter 3V3 ke 5V lainnya antara Pi dan strip.

Langkah 7: Pengkabelan dan Catu Daya

Pengkabelan dilakukan sesuai dengan skema pengkabelan. Catu daya adalah catu daya 5V DC.

Untuk menghidupkan/mematikan matriks dengan mudah, sakelar ditambahkan antara steker listrik dan sirkuit matriks. Namun demikian, karena Raspberry Pi tidak menyukai hard switch, ada opsi shutdown pada perangkat lunak untuk mematikan Pi dengan aman melalui Gamepad sebelum beralih dari matriks.

Pin DIN strip LED terhubung melalui Resistor ke Pi, juga kapasitor besar (4700uF) ditambahkan untuk menyangga catu daya. Silakan lihat berguide Adafruit untuk Neopixels untuk detail lebih lanjut.

LED mengkonsumsi arus maksimum 60mA per LED, sehingga arus maksimum 200x60mA = 12A dimungkinkan!!! Dengan mengurangi kecerahan dan tidak menggunakan semua LED dalam warna putih penuh, ini lebih merupakan nilai teoretis, tetapi tergantung pada kode yang arus maksimumnya tercapai. Jadi memilih catu daya yang cukup besar sangat penting. Untuk sebagian besar aplikasi, catu daya dengan 5V/5A (25W) sudah cukup.

Untuk memperbaiki bidang belakang dengan tampilan Pi dan Matrix, beberapa potongan kayu kecil dapat digunakan untuk menyatukannya di tepinya dan juga menggunakan sekrup untuk menahan bidang belakang pada tempatnya.

Langkah 8: Siapkan Pi

1. Unduh gambar Raspbian lite terbaru dari raspberrypi.org

2. Salin ke dan kartu SD, 8GB sudah cukup. Anda dapat menggunakan mis. etsa untuk melakukan ini.

3. Sebelum mem-boot Pi dengan kartu SD, siapkan WIFI dan akses ssh

4. Masukkan kartu SD ke komputer mana pun, folder boot harus dapat diakses

5. Salin baris berikut ke file wpa_supplicant.conf (buat jika tidak ada) dan ubah parameternya tergantung pada Wifi dan wilayah Anda

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. Tambahkan file kosong bernama ssh (tanpa ekstensi apa pun) ke boot untuk mengaktifkan akses ssh

7. Sekarang masukkan kartu SD ke Raspberry Pi dan boot. Periksa router wifi Anda untuk mendapatkan alamat IP dari Pi

8. mulai koneksi SSH ke Pi menggunakan terminal (Linux, Mac) atau mis. Putty sebuah Windows. Masukkan IP Pi alih-alih 192.168.x.y

ssh [email protected]

9. Perbarui Pi (butuh waktu!)

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

10. Instal pip dan alat pengaturan

sudo apt-get install python3-pip

sudo pip3 install --upgrade setuptools

11. Instal driver Neopixel, ws281x lib, pygame dan 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. Aktifkan SPI dengan memanggil raps-config, navigasikan ke 5 Opsi Antarmuka / P4 SPI / Aktifkan

sudo raspi-config

13. Tambahkan Gamepad Bluetooth

sudo bluetoothctl

[bluetooth]# agen di [bluetooth]# dapat dipasangkan di [bluetooth]# pindai di [bluetooth]# pasangkan aa:bb:cc:dd:ee:ff [bluetooth]# trust aa:bb:cc:dd:ee:ff [bluetooth]# sambungkan aa:bb:cc:dd:ee:ff [bluetooth]# keluar

di mana aa:bb:cc:dd:ee:ff adalah MAC dress dari gamepad bluetooth Anda. Alamat ini harus ditampilkan setelah memanggil perintah "scan on". Pastikan pengontrol Bluetooth Anda siap dipasangkan, silakan periksa manual pengontrol bagaimana melakukan ini.

14. Sekarang Anda dapat terhubung ke Pi Anda melalui, kata sandi default adalah raspberry (pengguna Windows dapat menggunakan Putty):

ssh [email protected]

Langkah 9: Kode Python, Tes dan Simulator

Kode tersedia di Github. games_pi_only.py dan semua file bmp diperlukan.

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

Kode memiliki opsi untuk dijalankan dalam mode simulasi di luar Pi menggunakan pygame untuk mensimulasikan matriks. Ini sangat membantu untuk mengembangkan fitur baru tanpa memiliki akses langsung ke perangkat keras matriks. Juga debugging jauh lebih mudah. Anda harus menyetel konstanta PI untuk mengaktifkan mode simulasi (Baris 15):

PI=Salah

Dalam mode simulasi ini, Keyboard juga digunakan sebagai pengganti gamepad Bluetooth. Tombol 1, 2, 3, 4 dipetakan ke A, B, X, Y dari gamepad, tombol panah untuk arah, "s" untuk memulai dan "x" untuk pilih. Anda dapat menggunakan editor standar plus konsol atau beberapa IDE terintegrasi seperti Micosoft Visual Studio Code atau Jetbrain PyCharm untuk melakukan pengembangan pada PC Anda.

Jika Anda menggunakan matriks dan Raspberry Pi, Anda harus mendefinisikan:

PI=Benar

Untuk menyalin kode ke Raspberry Pi, Anda dapat menggunakan perintah scp (Windows WinSCP). Buka jendela konsol, alihkan ke folder yang berisi file Github dan panggil

scp games_pi_only [email protected]:/home/pi

scp *.bmp [email protected]:/home/pi

kemudian sambungkan ke Pi melalui ssh (pengguna Windows dapat menggunakan Putty):

ssh [email protected]

setelah berhasil masuk, Anda dapat memulai kode python dengan memanggil:

sudo python3 games_pi_only.py

Jika kode berjalan dengan benar, Anda dapat mengaktifkan autostart dengan memanggil:

sudo nano /etc/rc.local

dan tambahkan baris berikut sebelum exit 0:

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

Simpan (Ctrl+O) dan Keluar (Ctrl+X)

Langkah 10: Tes Akhir dan Veneer

Sebelum veneer dilem di atas bagian depan, matriks harus diuji untuk memastikan, bahwa semua LED berfungsi. Jauh lebih mudah untuk memperbaiki sesuatu sebelum veneer direkatkan.

Veneer kayu yang digunakan adalah kertas vinir maple khusus yang disebut Microwood, yang satu sisinya dilapisi kertas dan memiliki ketebalan 0,1 mm. Sisi kertas dapat direkatkan langsung pada mdf menggunakan lem kertas bebas air standar.

Langkah 11: Hasilnya

Selamat bersenang senang dan nikmati permainannya!

Hadiah Utama dalam Kontes Raspberry Pi 2020