Regenbogenwürfel - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Dies ergibt eine Würfelspielbox mit 5 Würfeln aus SMD-LEDs in 5 Farben. Die Software, die es steuert, ermöglicht verschiedene Spielmodi mit mehreren beteiligten Würfeln.

Ein Hauptschalter ermöglicht die Spielauswahl und das Würfeln. Individuelle Schalter neben jedem Würfel ermöglichen eine Auswahl oder Steuerung je nach Spieltyp.

Die Baukosten sind sehr bescheiden, aber es erfordert viel Bauzeit, einen guten Lötkolben und eine ruhige Hand.

Die Elektronik basiert auf einem ESP8266-Modul (ESP-12F), das einen Webserver betreibt, der einfache Firmware-Updates und die Möglichkeit zur Überwachung / Erweiterung von Spielen ermöglicht.

Die Box ist batteriebetrieben mit einem wiederaufladbaren Akku und da der Stromverbrauch recht bescheiden ist, wird sie viele Stunden mit einer Ladung laufen.

Schritt 1: Teile und Werkzeuge

Komponenten

Die folgenden Komponenten werden benötigt. Sie sind alle bei eBay erhältlich

1. ESP-12F ESP8266 WLAN-Verarbeitungsmodul. (1,50 €)
2. 18650 Akku und Halter (£ 3,00)
3. SMD-LEDs x7 in Rot, Blau, Grün, Gelb, Weiß (20 Stück pro Farbe 1,99 €)
4. Druckknopf 6 mm Schalter x6 (0,12 €)
5. Ein-/Ausschalter Mini 8x4mm (0,10 €)
6. LIPO USB-Akkulademodul (0,20 €)
7. n-Kanal-MOSFETS - AO3400 x6 (0,20 €)
8. 3.3V Low-Drop-Out-Regler - XC6203E (0,20 €)
9. 220uF elektrolytisch (0,15 €)
10. 220R Widerstand x5 (0,05 €)
11. 4K7 Widerstand x 6 (0,06)
12. Isolierte doppelseitige Löcher auf der Prototypenplatine (0,50 €)
13. Flexibler Anschlussdraht
14. Kupferlackdraht 32
15. Kopfstifte 40 Stiftleisten x3 (0,30 €)

Außerdem wird ein Gehäuse benötigt. Ich habe eine 3D-gedruckte Box entworfen, um alles aufzunehmen und die LEDs durchscheinen zu lassen. Diese ist bei Thingiverse erhältlich.

Werkzeuge

1. Lötkolben mit feiner Spitze
2. Feine Pinzette
3. Kabelschneider
4. Junior Bügelsäge
5. Nadelfeilen sind nützlich
6. Harzkleber
7. Zugang zum 3D-Drucker bei Verwendung des mitgelieferten Box-Designs.

Schritt 2: Schaltungsbeschreibung

Das Schema zeigt das ESP-12F-Modul, das die 5 LED-Arrays ansteuert, aus denen die Würfel bestehen.

Jeder Würfel besteht aus 7 LEDs, die zu 3 Paaren (2 Diagonalen und Mitte) und einer einzigen zentralen LED angeordnet sind. Diese benötigen 4 GPIO-Pins, um die anzuzeigenden LEDs auszuwählen. 220R-Widerstände werden verwendet, um den Strom zu bestimmen und 2 werden in Reihe für die mittlere LED verwendet, damit der Strom gleich ist.

Die 5 Chips werden durch 5 GPIO-Leitungen gemultiplext, die MOSFET-Schalter ansteuern. Es ist immer nur ein Schalter aktiviert. Die Software erlaubt 1 ms pro Chip, sodass die gesamte Aktualisierungsperiode 200 Hz beträgt und kein Flimmern auftritt.

Jedem Chip sind 5 Schalter zugeordnet. Da der GPIO begrenzt ist, werden diese unter Verwendung der gleichen Leitungen gelesen, die zum Multiplexen des Chips verwendet werden. Während der Multiplexsequenz werden diese Steuerleitungen mit Pull-Ups als Eingänge gesetzt und der Zustand der Schalter gelesen. Sie werden dann für den Rest der Multiplexsequenz an die Ausgänge zurückgegeben.

Ein sechster Schalter für die Gesamtsteuerung wird von der GPIO16-Leitung gelesen. Dies kann nur einen Pull-Down haben, so dass der Schalter auf 3,3 V verdrahtet ist. Dies ist niedrig, wenn der Schalter geöffnet ist, und hoch, wenn er geschlossen ist.

Schritt 3: Konstruktion des DIe

Dies ist der zeitaufwendigste Teil der Arbeit und erfordert Pflege.

Jeder Chip ist auf einem Stück einer quadratischen Prototyping-Platine mit 6 Löchern x 6 Löchern aufgebaut. Der erste Schritt besteht darin, 5 davon mit einer Mini-Bügelsäge aus dem einen Brett auszuschneiden. Versuchen Sie, so wenig Begrenzung wie möglich außerhalb der Löcher zu lassen.

Der nächste Schritt besteht darin, 2 6-Pin-Header auf jeder Seite und 2 Sätze von 3 isolierten Pins daneben und dann ein weiteres Paar in der Mitte hinzuzufügen. Diese halten die SMD-LEDs. Ich finde es gut, die 2 unbenutzten Stifte von jeder der äußeren Spalten zu entfernen. Auf der Oberseite der Platine, auf der die LEDs montiert werden sollen, sollten die Header-Pins so abgeschnitten sein, dass nur etwa 1 mm herausragt. Versuchen Sie, sie alle auf Augenhöhe zu halten. Dadurch können die LEDs über die Oberfläche der Platine hinausragen.

Die 7 SMD-LEDs werden nun auf jedes Pinpaar gelötet. Dies ist der kniffligste Teil der Gesamtkonstruktion, dauert aber nach etwas Übung nicht allzu lange. Die Technik, die ich verwendet habe, bestand darin, die Oberseite der Hälfte der Stifte zu verzinnen, so dass bereits etwas Lötmittel vorhanden war. Halten Sie dann die LED in einer Pinzette, schmelzen Sie das Lot erneut und führen Sie die LED hinein. Machen Sie sich zu diesem Zeitpunkt keine allzu großen Sorgen um die Qualität der Verbindung. Wichtiger ist es, die LED so gut wie möglich horizontal und über die Pins auszurichten. Sobald eine LED an Ort und Stelle ist, kann sie am anderen Ende richtig auf ihren Stift gelötet und dann die erste Verbindung bei Bedarf nachgelötet werden.

Die Polarität der Dioden muss stimmen. Ich ordne alle äußeren Kopfstifte an, die mit den Anoden verbunden werden. Die mittlere LED habe ich genauso ausgerichtet wie die linke Spalte (von der Vorderseite aus gesehen und mit der Reservereihe unten). Die Dioden haben eine schwache Markierung auf der Kathode, aber es ist auch gut, mit einem Messgerät zu überprüfen. Die Dioden werden leuchten tatsächlich bei Verwendung des Widerstandsbereichs (z. B. 2K) und der roten Leitung an der Anode und schwarz an der Kathode. Sie bleiben umgekehrt unbeleuchtet. Dies ist auch eine gute Methode, um die Farben zu überprüfen, wenn sie verwechselt werden.

Sobald die LEDs montiert sind, kann der Rest der Platine fertiggestellt werden.

Auf der Unterseite der Platine.

1. Verdrahten Sie alle Kathoden mit einem dünnen, unisolierten Einzellitzendraht.
2. Löten Sie den Mosfet mit dem Ablassstift, der mit dem Kathodenstrang verbunden ist
3. Verdrahten Sie die Mosfet-Quelle mit ihrem Header-Pin, der schließlich 0 V beträgt
4. Verdrahten Sie das Gate durch einen 4K7-Widerstand mit seinem Header-Pin. Es ist gut, dies durch ein anderes unteres Loch zu wurzeln, wie gezeigt, da der Schalter hier angeschlossen wird.

Auf der Vorderseite des Boards kreuzen Sie die 3 Anodenpaare.

1. Verwenden Sie lötbaren Lackdraht, um das Profil niedrig zu halten.
2. Ein Ende jedes Drahtes vorverzinnen
3. Löten Sie es an eine Anode.
4. Führen Sie es durch und schneiden Sie es auf Länge.
5. Vorverzinn und auf das entsprechende Anodenpaar auflöten.

An dieser Stelle ist es gut, mit dem Multimeter einen Vortest jedes Chips durchzuführen. Mit dem schwarzen Kabel an den gemeinsamen Kathoden (Mosfet-Drain) kann das rote Kabel auf die 3 Anodenpaare und die Einzelanode verlegt werden. Die entsprechenden LEDs sollten aufleuchten.

Schritt 4: Kastenkonstruktion

Dies setzt voraus, dass die 3D-gedruckte Boxversion verwendet wird. Die Box hat Einbuchtungen für jeden Chip und jede LED. Die untere Schicht unter jeder LED ist sehr dünn (0,24 mm), sodass sie bei weißem Kunststoff das Licht sehr gut durchscheinen lässt und als Diffusor fungiert. Es gibt Ausschnitte für alle Schalter und Ladepunkt. Der Akku hat ein eigenes Fach.

Montieren Sie zuerst die 6 Mini-Drucktastenschalter und den Schiebeschalter. Stellen Sie sicher, dass sie mit der Außenseite bündig sind. Die Drucktaster haben zwei parallel verdrahtete Kontaktpaare. Richten Sie sie so aus, dass die Schaltkontakte neben ihrer Matrize liegen. Verwenden Sie etwas schnellhärtendes Harz, um es einzurasten.

Montieren Sie nun die Batterie und ihre Box an der dafür vorgesehenen Stelle. Es sollte ziemlich eng anliegen, aber bei Bedarf etwas Kleber verwenden.

Kleben Sie das LIPO-Ladegerät an die Wand, die mit einem Micro-USB-Anschluss ausgestattet ist, der durch das Loch zugänglich ist.

Vervollständigen Sie die grundlegende Stromverkabelung, indem Sie die Batteriemasse durch alle Druckschalter und den LIPO B-Anschluss schleifen und einen Pigtail für den Anschluss an die Elektronik belassen. Der Akku + sollte am LIPO-Ladegerät auf B+ und auf den Schiebeschalter gehen. Die andere Seite des Schiebeschalters sollte der sechste Schalter und ein Pigtail für die Elektronik sein. Stellen Sie sicher, dass sich der Schiebeschalter in der Aus-Position befindet und isolieren Sie die Pigtails vorübergehend. Sie möchten die Batterie nicht kurzschließen!

Löten Sie zwei kurze unisolierte Pigtails auf jeden der 5 Schalter. Diese müssen etwas flexibel sein.

Positionieren und sichern Sie jeden Die in ihrer Position, indem Sie die beiden Schalter-Pigtails auf die Die-Platine löten Mosfet. Die LEDs auf der Platine sollten in die Aussparungen im Gehäuse passen und die Schalterdrähte sollten ausreichen, um die Matrize in Position zu halten.

Als nächstes schließen Sie alle gemeinsamen Anoden der 5 Würfel an. Dies wird dadurch erleichtert, dass die Diodenpaaranschlüsse auf beiden Seiten des Chips vorhanden sind, aber beachten Sie, dass diese auf den Diagonalen gekreuzt sind. Lassen Sie sich nicht durch den roten Draht im Bild verwirren, der anscheinend zum Würfel geht. Es ist nur der Pigtail und ist zu diesem Zeitpunkt mit nichts verbunden.

ESP-12F-Make-up

Beachten Sie, dass Sie das ESP-12F-Modul möglicherweise vor der Montage programmieren möchten. Sobald es geflasht wurde, können alle anderen Updates über WLAN-OTA durchgeführt werden.

Bilden Sie den 3,3-V-Regler auf einem Stück übrig gebliebenen Prototypenkarte. Auf diesem befindet sich nur der LDO-Regler und der Entkopplungskondensator. Obwohl die Verlustleistung sehr gering ist, löte ich einige der Kontakte zusammen, um als Kühlkörper für das Gerät zu dienen. Zwei Drähte können herausragen und eine direkte Verbindung zu den 3.3V / 0V des ESP-12F herstellen.

Löten Sie Drähte auf die GPIO-Pins für die 5 Multiplexleitungen und den Schalter 6. Die 4 LED-Anodentreiberleitungen benötigen die 220R / 440R-Serienwiderstände in Reihe. Man kann dafür kleine Durchgangslochwiderstände auf dem ESP-12F verwenden oder ich habe es mit SMD gemacht, das nur auf die Löcher gestapelt ist, was auch ziemlich robust ist.

Schließlich verdrahten Sie die Multiplexleitungen zu den einzelnen Die-Header-Pins und die Anodentreiberleitungen zu ihrer entsprechenden Daisy-Chain.

Schritt 5: Software

Die Software dafür basiert auf der Arduino-Umgebung ESP8266. Es ist auf github verfügbar.

Code hier erhältlich

Es gibt eine diceDriver-Bibliothek, die die Low-Level-Funktionen bereitstellt, die zum Multiplexen der LEDs und zum Lesen der Schalter verwendet werden. Dies ist Interrupt-gesteuert, so dass, sobald die Würfelwerte gesetzt sind, es selbsterhaltend ist.

Die Gesamtzeitgebung ist in Intervalle von 1 ms pro Chip unterteilt. Der Zeitraum innerhalb dieser 1 ms, in dem LEDs eingeschaltet sind, kann für jeden Chip unabhängig eingestellt werden. Dadurch kann die Beleuchtung über die verschiedenen Farben hinweg ausgeglichen werden und auch Dimmen und Blinken als Teil der Spielsteuerung.

Die Bibliothek liest auch die Würfelschalter als Teil des Multiplex und verfügt über die Routinen, um einen oder mehrere Würfel parallel zu "rollen".

Der Sketch verwendet die Bibliothek, um eine Auswahl an Würfelspielmodi bereitzustellen und diese Spiele auszuführen. Es bietet auch Wartungsfunktionen zum erstmaligen Einrichten des WLANs, zum Herunterladen neuer Firmware durch OTA und zum Bereitstellen einiger grundlegender Webfunktionen zum Testen und Überprüfen des Gerätestatus.

Die Software ist in einer Arduino-IDE kompiliert. Neben dem ino verwendet es die BaseSupport-Bibliothek, um grundlegende Funktionen bereitzustellen. Dies wird in der lokalen Datei BaseConfig.h konfiguriert. Das Standardpasswort 'password' wird für die Verbindung mit dem WLAN-Setup verwendet. Vielleicht möchten Sie das in etwas anderes ändern. Sie können es auch mit festen WLAN-Anmeldeinformationen konfigurieren, wenn Sie das integrierte Setup nicht verwenden möchten. Ebenso gibt es das gleiche Standardpasswort für den OTA-Firmware-Update-Prozess, das Sie möglicherweise ändern möchten. Beim ersten Mal muss die Firmware über die serielle Verbindung zur Arduino IDE geladen werden. Dies muss die normalen Blinkregeln befolgen, wobei GPIO0 während des Zurücksetzens niedrig gezogen wird, um in den seriellen Flash-Modus zu gelangen. Dies geschieht bequemer, bevor das Modul endgültig verdrahtet wird, kann jedoch vor Ort durchgeführt werden, wenn Clips an den entsprechenden Pins angebracht werden.

Wenn die Firmware zum ersten Mal ausgeführt wird, kann sie keine Verbindung zum lokalen WLAN herstellen und wechselt automatisch in einen Einrichtungsmodus, indem ein eigenes Zugangsnetzwerk eingerichtet wird. Sie können sich von einem WLAN-Gerät (z. Wenn dies in Ordnung ist, wird es neu gestartet und dieses Netzwerk verwendet.

OTA wird durchgeführt, indem Binärdateien in die Arduino-IDE exportiert und dann zu IP/Firmware navigiert werden, wobei IP die IP der Box ist, wenn sie verbunden ist. Dadurch wird nach der neuen Binärdatei gesucht / gesucht.

Weitere Webfunktionen sind

• setpower - setzt die Macht für einen Würfel (ip/setpower?dice=3&power=50)
• setflash - setzt Blitz für Würfel (ip/setflash?mask=7&interval=300)
• setdice - setzt einen Würfelwert (ip/setdice?dice=3&value=2)
• Parameter - legt Rollparameter fest (ip/parameters?mask=7&time=4000&interval=200)
• status - gibt Würfelwerte und Schalterstatus zurück

Schritt 6: Spiele

Die Software ermöglicht die Spielauswahl und den Spielablauf gesteuert durch den Hauptschalter.

Anfänglich befindet sich das System im Spieleinstellungsmodus, wobei nur der erste Würfel eine '1' zeigt. Durch kurzes Drücken dieser Taste können Sie zwischen 12 verschiedenen Spielmodi wechseln. Der erste Würfel geht 1 - 6 und bleibt dann bei 6, während der zweite Würfel 1-6 zeigt.

Um ein bestimmtes Spiel auszuwählen, drücken Sie die Taste lange (> 1 Sekunde) und dies versetzt es in den Spielmodus.

Innerhalb eines Spiels wird ein Wurf normalerweise durch kurzes Drücken dieses Schalters gestartet. Um aus dem Run-Modus in den Spielauswahlmodus zurückzukehren, drücken Sie diesen Schalter lange und es wird dann die Spielnummer wie zuvor angezeigt und eine weitere Auswahl ermöglicht.

9 Spielmodi sind im Moment mit 3 Ersatz definiert.

Die Spiele 1 bis 5 sind einfache Würfe dieser Anzahl von Würfeln. Jeder Wurf würfelt nur alle Würfel. Die Würfelschalter haben in diesen Spielen keine Wirkung.

Spiel 6 ist eine dynamische Würfelzahl. Drücken Sie einen der Würfelschalter, um die Anzahl der Würfel auszuwählen, und dann den Hauptschalter, um zu würfeln. Die Anzahl der Würfel kann vor jedem Wurf geändert werden.

Spiel 7 ist ein Multi-Throw-Wurf. Alle 5 Würfel sind beteiligt. Ein Druck auf den Hauptschalter würfelt alle Würfel. Das Drücken jedes Würfelschalters lässt ihn blinken. Wenn der Hauptschalter gedrückt wird, würfelt nur ein blinkender Würfel, außer wenn keiner blinkt, würfeln alle. Das ist wie Pokerwürfel oder Yahtzee. Beachten Sie, dass die Anzahl der zulässigen Würfe nicht durchgesetzt wird. Das liegt an der Integrität der Spieler.

Spiel 8 ist wie Spiel 7, außer dass dim verwendet wird, um anzuzeigen, dass der ausgewählte Würfel nicht blinkt.

Spiel 9 verwendet die Würfelschalter, um die Würfe zu bestimmen. Wenn einer der Top 3 ausgewählt wird, bestimmt dies die Anzahl der Würfel, die 1, 2 oder 3 geworfen werden. Wenn dann einer der unteren 2 Schalter gedrückt wird, wird die obere Reihe beibehalten und dies wählt die Anzahl der Würfel aus, die in der unteren Reihe geworfen werden (1 oder 2). Dies wird in Spielen wie Risk verwendet.