Rainbow Dice: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

Detta gör en tärningsspellåda med 5 matrisar gjorda av smd -lysdioder i 5 färger. Programvaran som driver den möjliggör olika spellägen med flera tärningar inblandade.

En huvudbrytare tillåter spelval och tärning. Individuella omkopplare bredvid varje matris möjliggör val eller kontroll enligt speltyp.

Byggkostnaderna är mycket blygsamma men det kräver en hel del byggetid, ett bra lödkolv och en stadig hand.

Elektroniken är baserad på en ESP8266-modul (ESP-12F) som driver en webbserver som möjliggör enkla uppdateringar av firmware och möjlighet till övervakning / expansion av spel.

Lådan är batteridriven med ett laddningsbart batteri och eftersom den nuvarande förbrukningen är ganska blygsam kommer den att gå i många timmar på en laddning.

Steg 1: Delar och verktyg

Komponenter

Följande komponenter behövs. De är alla tillgängliga på eBay

1. ESP-12F ESP8266 wifi-bearbetningsmodul. (£ 1,50)
2. 18650 batteri och hållare (£ 3,00)
3. SMD -lysdioder x7 i rött, blått, grönt, gult, vitt (förpackning med 20 st i varje färg 0,99 kr)
4. Tryckknapp 6 mm omkopplare x6 (0,12 kr)
5. Skjut på/av -omkopplare mini 8x4mm (0,10 kr)
6. LIPO USB batteriladdningsmodul (0,20 £)
7. n kanal MOSFETS - AO3400 x6 (£ 0,20)
8. 3.3V Reglage för lågt utfall - XC6203E (£ 0,20)
9. 220uF elektrolytisk (0,15 £)
10. 220R motstånd x5 (£ 0,05)
11. 4K7 -motstånd x 6 (0,06)
12. Prototypskiva isolerade dubbla sidohål (£ 0,50)
13. Flexibel anslutningstråd
14. Emaljerad koppartråd 32
15. Sidhuvudstiften 40 -poliga remsor x3 (0,30 kr)

Dessutom behövs en kapsling. Jag designade en 3D -tryckt låda för att rymma allt och låter lysdioderna lysa igenom. Detta är tillgängligt på Thingiverse.

Verktyg

1. Finspetslödkolv
2. Fina pincetter
3. Avbitartång
4. Junior hacksåg
5. Nålfiler är användbara
6. Hartslim
7. Tillgång till 3D -skrivare om du använder boxdesignen.

Steg 2: Kretsbeskrivning

Schemat visar ESP-12F-modulen som driver de 5 LED-matriserna som utgör tärningarna.

Varje tärning består av 7 lysdioder arrangerade 3 par (2 diagonaler och mitten) plus en enda central lysdiod. Dessa behöver 4 GPIO -stift för att välja lysdioderna som ska visas. 220R -motstånd används för att bestämma strömmen och 2 används i serie för mitt -LED så att strömmen är densamma.

De fem tärningarna multiplexeras med 5 GPIO -linjer som driver MOSFET -switchar. Endast en omkopplare är aktiverad åt gången. Programvaran tillåter 1mSec per die så den totala uppdateringsperioden är 200Hz och det finns ingen flimmer.

5 omkopplare är kopplade till varje munstycke. Eftersom GPIO är begränsad läses dessa med samma rader som används för att multiplexera munstycket. Under multiplexsekvensen ställs dessa kontrollinjer in som ingångar med pull -ups och läget för omkopplarna lästa. De återförs sedan till utgångar för resten av multiplexsekvensen.

En sjätte omkopplare för övergripande kontroll läses av GPIO16 -raden. Detta kan bara dras ner så att omkopplaren är ansluten till 3,3V. Detta läser lågt när strömbrytaren är öppen och hög när den är stängd.

Steg 3: Konstruktion av DIe

Detta är den mest tidskrävande delen av jobbet och behöver vård.

Varje munstycke är konstruerad på en bit med 6 hål x 6 hål fyrkantig prototypplatta. Det första steget är att klippa ut 5 av dessa från det ena kortet med en minihack. Försök att lämna så lite gräns utanför hålen som möjligt.

Nästa steg är att lägga till 2 6 -stiftshuvuden längs varje sida och 2 uppsättningar med 3 isolerade stift bredvid dessa, och sedan ytterligare ett par i mitten. Detta är vad som kommer att hålla SMD -lysdioderna. Jag tycker det är bra att ta bort de 2 oanvända stiften från var och en av de yttre kolumnerna. På ovansidan av brädet där lysdioderna ska monteras ska huvudstiften vara avskurna så att ungefär 1 mm sticker ut. Försök att hålla dem alla i nivå. Detta gör att lysdioderna kan sticka ut över brädans yta.

De 7 SMD -lysdioderna är nu lödda ovanpå varje stiftpar. Detta är den knepigaste delen av den totala konstruktionen men tar inte för lång tid efter lite övning. Tekniken jag använde var att tinna överst på hälften av stiften så det fanns redan lite löd. Håll sedan lysdioden i en pincett, smält lödet igen och kör in lysdioden i den. Oroa dig inte för mycket om fogens kvalitet i detta skede. Viktigare är att få inriktningen på lysdioden så bra som möjligt, horisontellt och över stiften. När en lysdiod är på plats kan den lödas ordentligt i den andra änden på dess stift och sedan den första fogen lödas vid behov.

Diodernas polaritet måste vara rätt. Jag ordnar att alla yttre huvudstiften ska anslutas till anoderna. Den centrala lysdioden I gjorde samma riktning som den vänstra kolumnen (sett från ansiktet och med reservraden på undersidan. Dioderna har ett svagt märke på katoden, men det är också bra att kontrollera med en mätare. Dioderna kommer att lyser faktiskt när man använder motståndsområdet (säg 2K) och den röda ledningen på anoden och svart på katoden. De förblir otända tvärtom. Detta är också en bra metod för att kontrollera färgerna om de blandas.

När lysdioderna är monterade kan resten av kortet kompletteras.

På undersidan av tavlan.

1. Trä samman alla katoder med en tunn, enkelsträngad tråd oisolerad.
2. Löd mosfeten med dräneringsstiftet anslutet till katodsträngen
3. Koppla mosfetkällan över till dess rubrikstift som så småningom blir 0V
4. Led grinden genom ett 4K7 -motstånd till dess rubrikstift. Det är bra att rota detta genom ett annat nedre hål som visas eftersom det är här som omkopplaren kommer att ansluta.

På kortets framsida ansluter du de tre par anoder.

1. Använd lödbar emaljerad tråd för att hålla profilen låg.
2. Förforma ena änden av varje tråd
3. Löd den till en anod.
4. Dra den genom och skär till längden.
5. För-tenn och löd den på det motsvarande anodparet.

Vid denna tidpunkt är det bra att göra ett preliminärt test av varje munstycke med hjälp av multimetern. Med den svarta ledningen på de vanliga katoderna (Mosfet drain) kan den röda ledningen flyttas till de 3 anodparen och den enda anoden. Motsvarande lysdioder ska lysa.

Steg 4: Boxkonstruktion

Detta förutsätter att 3D -tryckt lådversion används. Lådan har indrag för varje munstycke och varje lysdiod. Bottenlagret under varje LED är mycket tunt (0,24 mm) så med vit plast gör det att ljuset kan lysa igenom mycket bra och fungerar som en diffusor. Det finns avstängningar för alla switchar och laddningspunkt. Batteriet har ett eget fack.

Montera först de 6 mini -knapparna och skjutreglaget på plats. Se till att de är i linje med utsidan. Tryckknapparna har två par kontakter parallellt kopplade. Orientera dem så att omkopplingskontakterna ligger intill deras munstycke. Använd lite snabbharts för att låsa på plats.

Montera nu batteriet och dess låda på platsen. Den ska sitta ganska tätt men använd lite lim om det behövs.

Limma LIPO -laddaren på väggen försedd med mikro -USB som är tillgänglig genom dess hål.

Slutför grundledningen genom att slinga batteriets jord genom alla tryckknappsbrytare och LIPO B-anslutningen och lämna en svinsvans för anslutning till elektroniken. Batteriet + ska gå B + på LIPO -laddaren och på skjutreglaget. Den andra sidan av skjutreglaget ska gå den sjätte omkopplaren och en svinsvans för elektroniken. Se till att skjutreglaget är i avstängt läge och isolera svanssvansarna tillfälligt. Du vill inte kortsluta batteriet!

Lödning på två korta oisolerade svinsvansar på var och en av de 5 matrisbrytarna. Dessa måste vara lite flexibla.

Placera och säkra var och en av munstycket i sitt läge genom att löda på de två omkopplarna på tavlan och se till att omkopplarens 0V är ansluten till mosfet -källan / 0V -punkten och strömbrytarens spänningssida till 4K7 / grinden mosfet. Lysdioderna på brädet ska sitta i hålen i höljet och omkopplarledningarna ska vara tillräckliga för att hålla munstycket på plats.

Anslut sedan alla vanliga anoder för de fem tärningarna. Detta underlättas genom att diodparanslutningarna är tillgängliga på båda sidor av munstycket, men kom ihåg att dessa är korsade på diagonalerna. Bli inte förvirrad av den röda tråden i bilden som tydligen går till döden. Det är bara grisen och är inte ansluten till någonting i detta skede.

ESP-12F smink

Observera att du kanske vill programmera ESP-12F-modulen innan du monterar den. När den har blinkat kan alla andra uppdateringar göras med wifi OTA.

Gör upp 3.3V -regulatorn på lite kvarvarande prototypkort. Detta har bara LDO -regulatorn på den och avkopplingskondensatorn. Även om effektförlusten är mycket låg löd jag några av kontakterna tillsammans för att fungera som en kylfläns för enheten. Två ledningar kan sticka ut och göra en direktanslutning till 3.3V / 0V på ESP-12F.

Lödning på ledningar på GPIO -stiften för de 5 multiplexlinjerna och omkopplaren 6. De 4 LED -anoddrivrutinerna behöver 220R / 440R -seriens motstånd i linje. Man kan använda små genomgående hålmotstånd på ESP-12F för detta eller jag gjorde det med SMD precis staplat på hålen vilket också är ganska robust.

Slutligen leder multiplexlinjerna igenom till de enskilda matrishuvudstiften och anoddrivrutinerna till deras motsvarande tusenskedja.

Steg 5: Programvara

Programvaran för detta är baserad på ESP8266 Arduino -miljön. Den finns på github.

Kod finns här

Det finns ett diceDriver -bibliotek som tillhandahåller lågnivåfunktioner som används för att multiplexera lysdioderna och läsa omkopplarna. Detta är avbrottsdrivet, så när tärningsvärden har ställts in är det självbärande.

Den övergripande tidpunkten är uppdelad i 1 mSec -intervall per matris. Perioden inom denna 1 mSek som lysdioder är tända kan ställas in för varje munstycke oberoende av varandra. Detta gör att belysningen kan balanseras mellan de olika färgerna och tillåter också dimning och blinkning som en del av spelkontrollen.

Biblioteket läser också tärningsväxlarna som en del av multiplexen och har rutiner för att "kasta" en eller flera tärningar parallellt.

Skissen använder biblioteket för att tillhandahålla ett urval av tärningsspellägen och för att köra dessa spel. Det ger också underhållsfunktioner för att konfigurera wifi inledningsvis, att OTA ladda ner ny firmware och tillhandahålla några grundläggande webbfunktioner för att testa och kontrollera enhetens status.

Programvaran är sammanställd i en Arduino IDE. Förutom ino använder den BaseSupport -biblioteket för att tillhandahålla grundläggande funktioner. Detta är konfigurerat i den lokala BaseConfig.h -filen. Ett standardlösenord för 'lösenord' används för att ansluta till dess wifi -inställning. Du kanske vill ändra det till något annat. Du kan också konfigurera den med fasta wifi -uppgifter om du inte vill använda den inbyggda konfigurationen. På samma sätt finns samma standardlösenord för OTA -uppdateringsprocessen som du kanske vill ändra. Första gången måste firmware laddas över den seriella anslutningen till Arduino IDE. Detta måste följa de normala blinkningsreglerna med GPIO0 dämpat under återställningen för att få det i seriellt blixtläge. Detta görs mer bekvämt innan modulen äntligen kopplas upp men kan göras in situ om klipp fästs på de relevanta stiften.

När den fasta programvaran körs för första gången kommer den inte att ansluta till det lokala wifi och kommer automatiskt att gå in i ett konfigurationsläge genom att skapa ett eget åtkomstnätverk. Du kan ansluta till detta från en wifi -enhet (t.ex. telefon) och sedan bläddra till 192.168.4.1 som gör det möjligt att välja den riktiga lokala wifi och ange dess lösenord. Om detta är OK kommer det att starta om och använda det här nätverket.

OTA görs genom att exportera binärer i Arduino IDE och sedan bläddra till ip/firmware där ip är ip för rutan när den är ansluten. Detta kommer att uppmana / bläddra efter den nya binären.

Andra webbfunktioner är

• setpower - ställer in effekt för en matris (ip/setpower? dice = 3 & power = 50)
• setflash - sätter blixt för tärningar (ip/setflash? mask = 7 & interval = 300)
• setdice - anger ett die -värde (ip/setdice? dice = 3 & value = 2)
• parametrar - ställer in rullparametrar (ip/parametrar? mask = 7 & tid = 4000 & intervall = 200)
• status - returnerar tärningsvärden och växlar status

Steg 6: Spel

Programvaran tillåter spelval och spelkörning som styrs av huvudströmbrytaren.

Ursprungligen är systemet i spelinställningsläge med bara den första matrisen som visar ett '1'. Du kliver runt 12 olika spellägen genom att trycka kort på den här knappen. Den första tärningen går 1-6 och stannar sedan vid 6 medan den andra tärningen visar 1-6.

För att välja ett visst spel gör du ett långt tryck på knappen (> 1 sekund) och detta sätter det i spelkörningsläge.

Inom ett spel startas normalt en rulle med ett kort tryck på denna omkopplare. För att komma tillbaka till spelväljarläge från körläge, tryck sedan länge på den här omkopplaren och det visar sedan spelnumret som tidigare och tillåter ytterligare val.

9 spellägen är definierade för tillfället med 3 extra.

Spel 1 till 5 är enkla kast med det antalet tärningar. Varje kast rullar bara alla tärningar. Tärningsbytarna har ingen effekt i dessa spel.

Spel 6 är ett dynamiskt antal tärningar. Tryck på en av knapparna för att välja antal tärningar och sedan huvudbrytaren för att kasta tärningarna. Antalet tärningar kan ändras före varje kast.

Game 7 är en kast med flera kast. Alla 5 tärningar är inblandade. Ett tryck på huvudbrytaren kastar alla tärningar. Genom att trycka på varje munstycksbrytare blinkar den. När man trycker på huvudströmbrytaren kommer bara den blinkande matrisen att rulla förutom att om ingen blinkar så kommer alla att rulla. Det här är som pokertärningar eller Yahtzee. Observera att det inte är möjligt att tillämpa antalet kast. Det beror på spelarens integritet.

Spel 8 är som spel 7 förutom att dim används för att indikera att det valda matrisen inte blinkar.

Spel 9 använder knapparna för att bestämma rullarna. Om en av de 3 bästa väljs bestämmer detta antalet tärningar som ska kastas 1, 2 eller 3). Om en av de två nedre omkopplarna trycks in, behålls den övre raden och detta väljer antalet tärningar som ska kastas i den nedre raden (1 eller 2). Detta används i spel som Risk.