程序員技術(shù)宅萬(wàn)圣節(jié)用LED燈板自制“南瓜俄羅斯方塊”

南瓜燈是萬(wàn)圣節(jié)必備的東西，但如果把南瓜和經(jīng)典視頻游戲俄羅斯方塊結(jié)合在一起，會(huì)產(chǎn)生什么新東西呢?Pumpktris(南瓜俄羅斯方塊)!國(guó)外程序員技術(shù)宅Nathan童鞋就 DIY 了一個(gè) Pumpktris，把做好的電路板放在南瓜中，南瓜柄當(dāng)游戲控制器，完全可以打一把!(看文中視頻)

創(chuàng)意

寫(xiě)下所有瘋狂、一閃而過(guò)的想法，這是我的習(xí)慣之一，然后回頭再檢查，而不是當(dāng)時(shí)做判斷，這樣也不會(huì)把創(chuàng)意忘掉。在10月份初，我在回想去年的一個(gè)創(chuàng)意，制作“南瓜俄羅斯方塊”。我的最初計(jì)劃是給南瓜塑形，在南瓜成長(zhǎng)的過(guò)程中，把南瓜整成俄羅斯方塊游戲中的各種形狀，然后在萬(wàn)圣節(jié)把這些整形后的南瓜拼堆在一起。因?yàn)殡x萬(wàn)圣節(jié)也沒(méi)多少周了，想種南瓜，也晚了，所以我想：為什么做一個(gè)可以玩俄羅斯方塊的南瓜呢?

我還有一塊沒(méi)有用過(guò)的LOLShield(譯注：一種 9×14 的 LED 板)，我也知道之前有人在這個(gè)板子上編寫(xiě)過(guò)俄羅斯方塊游戲。，所以我有了個(gè)簡(jiǎn)單想法，南瓜上鉆一些洞，放 LED 燈，再做一個(gè)控制器，就差不多了。噢，不對(duì)，那樣會(huì)不會(huì)太簡(jiǎn)陋了。LED 燈又小，并且都集中在 2×3″ 大的地方。這樣不行!

B 計(jì)劃：還是用 LOLshield，但不把LED燈安裝在板子上，我將在外部把它們連接起來(lái)，這樣我就能在南瓜上把它們隔的更開(kāi)了。還好我在這條路上沒(méi)有走太遠(yuǎn)，就發(fā)現(xiàn)方法不對(duì)了。因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)，在LED燈之間，將會(huì)有又電線束，如果板子會(huì)搞得太厚，那我焊接和整理板子將會(huì)太麻煩了。

所以我打算自己做一個(gè) LED 燈板子，自己重新寫(xiě)程序。決定已下，我從 Mouser 買(mǎi)了 140 個(gè)黃色的 LED 燈，從 Adafruit 買(mǎi)了一對(duì) LED 板子(LED Matrix I2C “backpacks”)，這個(gè)帶了一個(gè) 8*8 的 LED matrix。

焊接時(shí)間

第一步就是做 LED matrix，還好我在Hackaday上找到了一篇制作 70 LED 矩陣的文章。雖然我的步驟基本上差不多，但我都會(huì)過(guò)一遍。如果你要更多的理論知識(shí)，去看他們的文章吧。

我切割了 112 段 2.5″ 和 16 段 8″ 的電路線。短線用來(lái)連接各個(gè) LED，長(zhǎng)線用于連接 LED 到控制器。整一個(gè)切割墊，可以輕松、快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出的長(zhǎng)度。

下一步，我把7條短線和1條長(zhǎng)線焊接到一起了做了 1 條菊花鏈(如下圖)。然后再做 15 條這樣的長(zhǎng)線，8*8 矩陣的長(zhǎng)線就夠了。

然后制作夾板(jig)，和Hackaday上的方式不同，我沒(méi)有用硬質(zhì)板，改用了1/4″的泡沫板。用錐子在上面戳孔了，這比在硬板上用鉆頭要快點(diǎn)。另外用泡沫板的好處是，孔洞可先弄小點(diǎn)，把LED燈塞進(jìn)去還更穩(wěn)定哦。

在一排孔洞上安上 LED 燈，每個(gè) LED 的陽(yáng)極鍍錫后簡(jiǎn)短，然后拿一條前面做好的菊花鏈長(zhǎng)線，在這排燈上焊接好。在焊接之前，我在菊花鏈的每個(gè)連接處包上了半英寸的熱縮管(heat-shrink tubing)。有幾次次我忘了熱縮管，不得不回頭再加。注意：焊接處還燙時(shí)，別著急把熱縮管套下去。否則熱縮管就開(kāi)始收縮，在 LED 連接處就會(huì)套不牢了。

把八行LED燈(陽(yáng)極)都串聯(lián)好后，就開(kāi)始把它們的陰極連起來(lái)了。過(guò)程一樣，記得熱縮管。搞定后，從泡沫夾板上取下來(lái)。

看看!下面就是完工后的 LED 矩陣!

咦?還差什么呢?這是一個(gè)8×8的矩陣，想玩俄羅斯方塊，空間還不夠哦。所以我又做了一個(gè)8×8的矩陣。

Adafruit 的 LED Matrix Backpack 是要求其 LED 矩陣得正確焊接在板子上，但我是焊接了陰極(female header)，如此一來(lái)，我可以單獨(dú)給每塊8×8 LED 矩陣加電，也可以給整個(gè)8×16 LED 大矩陣加電。有人可能會(huì)和我說(shuō)，我應(yīng)該要在這里或哪里加個(gè)電阻什么的，否則我會(huì)把芯片弄爆，也許他們是對(duì)的，但目前來(lái)看工作正常的。

為了把我自己做的 LED 矩陣連接到 I2C Backpack，我切掉了部分原型板，然后焊接了陽(yáng)極。然后把最后一行一列的8″ 線連接到板子上。

這個(gè)能正常運(yùn)行么?我得編寫(xiě)代碼來(lái)驗(yàn)證了。

編程時(shí)間

I did all coding with the hardware mounted on mybamboo prototyping board. The mini matrices in the I2C backpack sockets fit on the desk much better than the big, floppy matrices I built would have.

所有代碼寫(xiě)入安裝在我 Bamboo 原型板上的硬件上。

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There are seven Tetrominos—yes, that’s what they’re called—in the game. Each has four points, as implied by the “tetra” prefix. A three-dimensional array stores the location of every pixel of every shape, in each of four possible rotations. Storing each rotation is a lot easier (for my brain at least) than calculating it on the fly. As an example, here’s the T shape:

俄羅斯游戲中共有七種形狀(Tetromino)，每種形狀都只有四個(gè)方塊(點(diǎn))，這也就是為什么會(huì)用上 tetra 前綴的原因。用一個(gè)三維數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)各種形狀每個(gè)點(diǎn)的位置，有四種可能的旋轉(zhuǎn)角度。存儲(chǔ)每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度要比在下降時(shí)計(jì)算其角度更簡(jiǎn)單(至少我是這樣想的)。下面是 T 形狀的例子：

為了繪制活動(dòng)塊，程序設(shè)置有一個(gè) activePiece 變量(形狀數(shù)組的索引)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度變量(形狀轉(zhuǎn)動(dòng)角度描述索引)，然后設(shè)置每個(gè)像素對(duì)，每個(gè)像素對(duì)引出兩個(gè)偏量：yOffset 和 xOffset，分別指活動(dòng)塊離屏幕底邊的距離和離屏幕左邊的距離。

It also keeps an array describing the status of each “fixed” piece. With every move of the active piece, whether by gravity or by user control, it checks against that fixed-piece array to see if the requested move can be made without a collision. If the forbidden movement is left, right, or a rotation, it simply doesn’t make the move. If the forbidden movement is vertical it considers the piece to have landed and writes the piece to the array of fixed pieces, then launches a new active piece. Along the way it keeps score, tracks the level, speeds up the drop of the active piece as the game goes on, etc.

還要有一個(gè)描述每個(gè)“固定塊”狀態(tài)的數(shù)組。

加工南瓜

這個(gè)工程需要一個(gè)完美的容器，呃，我說(shuō)的就是南瓜。南瓜得足夠高，得裝下8英寸高的 LED 矩陣，還得有個(gè)長(zhǎng)又直的南瓜柄。我開(kāi)始買(mǎi)了 3 個(gè)南瓜，以為都是完美品，回家才知道一瓜不如一瓜。最后總算有個(gè)合適的，其他幾個(gè)我就用來(lái)聯(lián)系打孔和練刀工了。

進(jìn)南瓜里面，我在背面開(kāi)了一個(gè)大口。注意：千萬(wàn)別從南瓜柄那下刀，南瓜柄還得留著做游戲控制刊。放 LED 燈，從背面比從上面放更容易。

拿一張紙，仿照 8×16 LED 矩陣大小再畫(huà)一個(gè)矩陣，做好標(biāo)記。

做好標(biāo)記后，我用 13/64″ 鉆頭打孔了。

因?yàn)閳A孔不怎么適合用來(lái)做俄羅斯方塊游戲，所以我在每個(gè)洞眼旁邊，用 X-Act 刀戳出了方形。

為了把南瓜柄改造成控制桿，我小心翼翼地從根部鋸開(kāi)了南瓜柄，然后再鉆了一個(gè) 1/8″ 大小的孔眼，游戲桿得穿過(guò)這個(gè)孔。

在南瓜內(nèi)部，瓜柄下方要整平出一個(gè)正方形。把錨釘切短了些(過(guò)長(zhǎng)會(huì)穿透南瓜)，然后擰緊。稍后再螺絲把控制桿固定在錨釘上。

控制桿的話，我買(mǎi)了SparkFun的短柄操作桿，把紅球擰下來(lái)，換上南瓜柄。我在南瓜柄上鉆了一個(gè)孔，給 6mm 的螺栓上膠，然后放進(jìn)南瓜柄，然后再把南瓜柄擰上操作桿。

然后把 LED 燈塞進(jìn)南瓜孔洞。中間有個(gè)小插曲，從南瓜外邊看著是打了16行的孔，從里面看卻是15行。因?yàn)槟瞎喜粔蜷L(zhǎng)，有弧度，導(dǎo)致上上面有兩行洞眼打到一行去了。最上一排就只好直接把 LED 燈強(qiáng)行摁進(jìn)合適的位置去了。

最后把每塊電路線接好，電源是8節(jié)充電電池。

是時(shí)候來(lái)玩一把南瓜俄羅斯方塊了!!!

除了上面那塊 8×8 的矩陣有時(shí)候會(huì)有些小故障，其他部分運(yùn)行的都很好。也許是電源供給問(wèn)題，但應(yīng)該是一些間斷的短路，因?yàn)檫@么多電路連接點(diǎn)都在南瓜肉中。操作桿在上面，而顯示屏卻在下方，玩起來(lái)也覺(jué)得怪怪的。如果我重新做一個(gè)的話，我會(huì)把控制桿放在另外一個(gè)獨(dú)立的南瓜上，或者用無(wú)線操作桿，或者把控制桿外接線路打扮成南瓜藤。