基于樹莓派PICO 2和Waveshare RGB-Matrix-P3的手持游戲機

大家好，歡迎回來，這里有一些超級有趣的東西。

貪吃蛇游戲機是一款便攜式游戲機，具有特別設(shè)計的樹莓派PICO 2驅(qū)動電路和RGB 64x32 P3矩陣面板。

我們在Fusion360中建模設(shè)備，3D打印框架，并將其與矩陣面板和定制pcb組裝在一起，制作我們自己的游戲機。

對于游戲，我們從零開始創(chuàng)建了傳統(tǒng)的Snake游戲，使用一個簡單的Snake實體，可以通過四個方向按鈕來控制。隨機地，一個紅點出現(xiàn)在矩陣面板上，我們可以使用方向按鈕引導(dǎo)蛇吃掉這個隨機的紅點。在右上角，我們還添加了一個分?jǐn)?shù)標(biāo)記，它記錄了我們的蛇消耗了多少紅點。

此外，當(dāng)蛇咬到自己的身體時，游戲就結(jié)束了。

這款游戲機有一個機載電源，它是一個3.7V 2600mAh的鋰離子電池，為設(shè)備供電，使它成為一個便攜式游戲系統(tǒng)，我們可以帶著它去任何地方玩。

本文涵蓋了這個項目的整個構(gòu)建過程，所以讓我們開始吧。

材料要求

這些是這個項目中使用的材料：

?定制pcb(由PCBWAY提供)

?樹莓派PICO 2

?RGB矩陣64x32

?IP5306集成電路

?10 uf電容器

?USB微接口

?18650鋰電池

?18650電池座SMD版本

?按鈕

?3D打印部件

64x32 RGB矩陣

我們使用的是64x32 RGB矩陣面板，它通過在64 × 32網(wǎng)格中安排2048個RGB led來創(chuàng)建生動的文本，圖形和動畫。

HUB75接口使用多個控制引腳，包括RGB、地址、時鐘、數(shù)據(jù)鎖存器和輸出使能引腳，用于操作該面板。

行-列掃描技術(shù)是通過HUB75鏈路實現(xiàn)的，它將一行像素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到移位寄存器中。然后使用解復(fù)用器來確定應(yīng)該顯示哪些行。RGB通道、尋址引腳A、B、C和D、時鐘信號(CLK)、鎖存信號(LAT)和輸出使能(OE)引腳都包含在HUB75連接器中。

我們還可以使用提供的in和OUT連接成對地鏈接幾個面板，以創(chuàng)建一個鏈。確保我們正在使用的控制解決方案(PICO 2)可以管理兩個或多個顯示器的額外數(shù)據(jù)負(fù)載，這是連接多個面板的困難之一。

至于采購這個矩陣面板，我們從PCBWAY禮品店得到了它。

控制臺的設(shè)計

這個項目的第一階段是建立一個控制臺的3D模型，它有兩個類似手柄的組件安裝在矩陣的背面。然后我們在一邊創(chuàng)建了一個特殊按鈕板的模型。

PICO驅(qū)動電路，用四個墊片固定在手柄框架上，位于設(shè)備的背面。

使用已經(jīng)在矩陣上的三個M3插入件，兩個Handgrip框架組件從矩陣面板的背面安裝。每個手柄有三個安裝孔，我們添加，以便M3螺栓可以用來連接手柄到矩陣。

使用4顆M2螺釘將按鈕板固定在控制臺一側(cè)。

模型完成后，我們導(dǎo)出了左右把手和四個墊片的網(wǎng)格文件，然后使用0.6mm噴嘴在黑色PLA中3D打印它們。

PCB設(shè)計：PICO驅(qū)動

使用我們的PCB Cad軟件，我們首先創(chuàng)建PICO驅(qū)動板設(shè)計的原理圖。為了將樹莓派PICO 2連接到矩陣的HUB75連接器，我們的設(shè)置由CON 16連接器組成。

我們將矩陣的HUB75引腳(CON 16)按以下順序連接到PICO的GPIO引腳：A到GPIO19， B到GPIO16， C到GPIO18， D到GPIO20， E到GPIO22， CLK到GPIO11， LAT/STB到GPIO12， OE到GPIO13， R1到GPIO2， G1到GPIO3， B1到GPIO4， R2到GPIO5， G2到GPIO8， B2到GPIO9。

我們?yōu)榘粹o添加了一個CON5連接器，它的四個引腳連接到PICO的GPIO6， GPIO7， GPIO14和GPIO15。GND連接到CON5的第五個引腳。每個GPIO將被連接到這個CON5的按鈕板拉到GND， PICO可以檢測到這是一個按鈕按下。

我們還集成了一個電源管理IC， IP5306，一個完全集成的多功能電源管理SoC，為整個設(shè)置供電。

它可以使用3.7V作為輸入提供穩(wěn)定的5V 2.1A，可用于為任何5V設(shè)備供電-在我們的實例中，矩陣和PICO 2。

在原理圖設(shè)置之后，我們導(dǎo)出網(wǎng)表，并通過參考CAD文件的板布局創(chuàng)建板文件。PICO 2，按鈕，鋰電池支架和USB迷你端口都在板的頂部，而所有的SMD組件都在底部。

PCB設(shè)計：按鈕板

接下來，我們得到按鈕板的原理圖準(zhǔn)備。它有四個按鈕，每個按鈕的4和3引腳連接到GND。此外，還有一個CON5連接器，連接到每個連接器的1和2用于GPIO， 3和4用于GND。

在建立了原理圖之后，我們使用PCB編輯器通過在適當(dāng)?shù)奈恢脤R按鈕并完全按照CAD文件布局來準(zhǔn)備板文件。

PCBWAY

我們?yōu)檫@個項目制作了兩個pcb：按鈕板和PICO驅(qū)動板。下了兩個訂單：一個是按鈕板，一個是PICO驅(qū)動板。

按鈕板PCB訂購了白色阻焊和黑色絲印，而PICO驅(qū)動器PCB訂購了藍(lán)色阻焊和白色絲印。

下訂單后，PCB在一周內(nèi)收到，PCB質(zhì)量非常好。

在過去的十年中，PCBWay通過提供出色的PCB制造和組裝服務(wù)而脫穎而出，成為全球無數(shù)工程師和設(shè)計師值得信賴的合作伙伴。

他們對質(zhì)量和客戶滿意度的承諾一直堅定不移，導(dǎo)致了顯著的增長和擴張。

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PCB組件：pico驅(qū)動器

使用焊膏分配針，我們將焊膏(在本例中為63/37 Sn/Pb焊膏)涂抹在每個SMD組件PAD上，以開始PICO Driver組裝過程。

接下來，我們使用ESD Tweeser來選擇和定位PCB上的每個SMD組件。

在元件放置之后，將電路抬起并置于回流加熱板上，從而將PCB的溫度從下面提高到錫膏的熔點。當(dāng)PCB達(dá)到190°C的溫度時，錫膏熔化，所有SMD組件都安全就位。

按照回流過程，我們翻轉(zhuǎn)板，并使用烙鐵定位18650持有人。

安裝好USB微端口和Push Switch后，我們翻轉(zhuǎn)電路板并焊接它們的兩個焊盤。

測試動力部分

在繼續(xù)進行PICO DRIVER組裝過程之前，我們停止組裝過程，并通過將18650 3.7V 2600mAh鋰電池以正確的極性放置在其電池支架中來驗證功率模塊電路。

當(dāng)我們按下按鈕時，設(shè)備就會打開。我們用萬用表測量設(shè)備的輸出電壓，應(yīng)該是5V。我們現(xiàn)在可以將PICO 2添加到PCB并開始組裝過程。

PCB組件：PICO驅(qū)動器(組件的其余部分)

在PICO 2插槽上定位兩個CON 20母頭引腳，在HUB75連接器插槽上定位兩個CON 8公頭引腳后，我們將電路板翻轉(zhuǎn)過來，使用烙鐵焊接它們的焊盤。

最后，我們將鋰電池重新安裝在電池支架中，并將樹莓派PICO定位在CON 20引腳上。

完成PICO驅(qū)動程序組裝。

PCB組裝：按鈕板

為了開始按鈕板組裝過程，我們首先從板的頂部定位按鈕，然后我們從底部焊接它們的焊盤。

PICO驅(qū)動和矩陣組裝

使用矩陣套件中包含的線束，我們首先連接PICO驅(qū)動器和矩陣。我們將線束的正極焊接到PICO DRIVER的5V輸出，負(fù)極焊接到PICO DRIVER的GND。

接下來，我們將母線束連接器連接到矩陣的公連接器。

然后使用HUB75線束連接矩陣和PICO驅(qū)動程序gpio。它首先插入矩陣連接器，然后它的另一端連接到PICO驅(qū)動器。

測試素描：游戲人生

我們首先連接matrix和PICO DRIVE，然后使用我們之前轉(zhuǎn)換的Game of Life代碼(取自FastLED庫的示例草圖)閃現(xiàn)PICO，以查看我們的配置是否有效。

著名的元胞自動機“生命游戲”是由英國數(shù)學(xué)家約翰·霍頓·康威于1970年發(fā)明的。因為這是一款零玩家游戲，所以不需要額外的輸入;相反地，游戲的進程是由其初始狀態(tài)決定的。

游戲?qū)⒁噪S機配置開始，并在它停止后以新的隨機配置重新開始，是的，這個設(shè)置是圖靈完成的。

我們在這里使用Adafruit_Protomatter庫，在使用此代碼之前，您需要在Arduino IDE上安裝該庫。

框架與矩陣裝配

通過將兩個3d打印手柄框架的安裝孔與矩陣的安裝孔對齊，我們現(xiàn)在可以將它們連接到矩陣的背面。然后使用6個M3螺栓將框架和矩陣連接在一起。我們可以很容易地連接框架和矩陣與M3螺栓感謝M3黃銅插入已添加到矩陣的背面。

按鈕板框組件

從控制臺前方定位按鈕板，使用4顆M2螺釘固定。

微型驅(qū)動器和框架組件

現(xiàn)在，我們使用四個3d打印墊片將PICO DRIVER放置在3d打印框架上的控制臺背面。

我們將PICO驅(qū)動器放在框架安裝孔上方的四個墊片上，然后使用M3螺釘將PICO驅(qū)動器固定在框架上。

最終組裝：按鈕板和微型驅(qū)動器線連接

將DPAD按鈕PCB和PICO驅(qū)動板連接在一起是組裝過程中的最后階段。

要做到這一點，我們首先向按鈕板的CON5端口添加五根連接線，然后以正確的引腳順序?qū)⒚扛B接線連接到PICO DRIVER。

按鈕板的UP引腳連接GPIO7， DOWN引腳連接GPIO6， LEFT引腳連接GPIO15， RIGHT引腳連接GPIO14。

一旦PICO驅(qū)動器和按鈕板之間的電線連接，我們小心地將額外的電線長度塞在框架內(nèi)，并用一小塊熱膠固定。

貪吃蛇游戲控制臺組裝現(xiàn)已完成。

主要代碼

這是我們在這個項目中使用的主要代碼，它很簡單。

本代碼分為七個部分，分別是：

庫和引腳定義-其中包括Adafruit_Protomatter庫，用于控制RGB矩陣以及RGB信號，地址線，時鐘，Snake長度，鎖鎖和輸出啟用以及按鈕的引腳，也在這里定義。

矩陣初始化和蛇形結(jié)構(gòu)——在這里，矩陣被設(shè)置為寬度、高度、RGB引腳、地址引腳、時鐘、鎖存器和輸出使能。定義蛇段的結(jié)構(gòu)，初始化蛇的長度、方向、顏色、食物位置、分?jǐn)?shù)和游戲結(jié)束標(biāo)志。

放置食物功能-將食物放置在母體上，確保它不會與蛇的位置重疊。

設(shè)置功能-初始化矩陣和按鈕引腳。將蛇放置在屏幕中間并放置最初的食物。

drawscore在屏幕上顯示分?jǐn)?shù)。drawGameOver顯示“游戲結(jié)束”消息和分?jǐn)?shù)。

游戲邏輯功能- checkgameover檢查蛇是否與自己碰撞，設(shè)置游戲結(jié)束標(biāo)志。resetGame重置游戲變量并初始化蛇的位置。

主循環(huán)-控制主要的游戲邏輯，包括蛇的運動，食物的放置，分?jǐn)?shù)更新，繪圖和游戲結(jié)束檢查。

循環(huán)檢查按鈕輸入以控制蛇的方向，更新蛇的位置，處理屏幕包裝，檢查食物消耗，并更新顯示。如果游戲結(jié)束，它會顯示“游戲結(jié)束”消息，等待5秒，然后重置游戲。

結(jié)果

這是這個冗長但簡單的構(gòu)建的最終結(jié)果：一個功能完善的手持蛇游戲控制臺。它有一個集成的電池，使用戶可以隨身攜帶，并在旅途中玩游戲。

我們可以用DPad控制Snake的動作。目標(biāo)是消耗盡可能多的食物或紅點;屏幕右上角的分?jǐn)?shù)標(biāo)記位置表示我們的進度。

Snake可以跨越顯示邊界，但是如果它在游戲過程中不小心割傷了自己，游戲便會結(jié)束，你便會看到一個紅色屏幕，上面寫著“游戲結(jié)束”以及你的分?jǐn)?shù)。等待5秒后，游戲?qū)⒅匦麻_始并繼續(xù)。

通過點擊控制臺背面的PUSH按鈕，可以打開或關(guān)閉整個設(shè)備。

我們可以使用MICRO B線和標(biāo)準(zhǔn)的5V智能手機充電器為鋰電池充電。充電期間狀態(tài)LED將繼續(xù)閃爍，但它將停止閃爍并在電池充滿電后保持亮起。

本文編譯自hackster.io