Arduino Arcade Lego Games Box: 19 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Jeśli masz dzieci, prawdopodobnie napotykasz te same problemy, co my z zestawami Lego, które dla nich kupiłeś. Składają się i bawią się nimi, ale po chwili zestawy zamieniają się w jedną kupkę cegieł. Dzieciaki dorastają i nie wiesz, co zrobić z tym stosem.

Zdecydowaliśmy się na recykling niechcianych klocków Lego i stworzyliśmy grę zręcznościową.

Ten przewodnik krok po kroku jest wynikiem kilkumiesięcznych prac nad tym, aby gra była powtarzalna i bardzo tania. Prawie każdy mógłby powtórzyć ten projekt! Kod został napisany w taki sposób, że nie posiada zależności i będzie się kompilował na dowolnej płytce Arduino. No i oczywiście gry były intensywnie testowane przez nasze dzieci:-)

Czym różni się ta gra od wielu innych, które zostały opublikowane wcześniej?

Przede wszystkim wbudowanych jest 5 gier:

• Gra pamięciowa (podobna do "Simon-Says", podobna do gry Touch Me)
• Gra reakcji (podobna do gry Whack-a-Mole)
• Gra konkursowa/zawodowa (dla 2-4 graczy)
• Gra Melody (darmowy tryb Push and Play dla małych dzieci i mniejszych)
• Gra wojenna (dla 2-4 osób dorosłych)

Po drugie, ma świetny design (z naszej perspektywy) i można go łatwo powtórzyć.

I po trzecie, jest przyjazny dla ziemi, ponieważ pozwala na recykling plastiku.

Na końcu tego przewodnika znajduje się również wideo krok po kroku, na wypadek gdybyś preferował format wideo.

Krok 1: Lista części

Jeśli podoba Ci się ten projekt, ale nie masz sterty niechcianych klocków Lego, najprościej będzie kupić zestaw Lego Classic 10704 z 900 elementami w środku.

Oto lista elementów, które będą potrzebne do stworzenia tego projektu:

• 1kg (2lb) niechcianych klocków Lego (lub podobnych klocków innej marki, np. Mega Bloks)
• Płyta podstawy 25 x 25 cm na Lego (lub podobna innej marki). Baza Lego ma 32 x 32 kropki. Jeśli go nie masz - baza kosztuje około 3$ włącznie. opłata pocztowa, jeśli kupujesz online (wyszukiwane hasło „32 25 bloków”)
• 30 x 30 cm przezroczysta pleksiglas (grubość 5 lub 6 mm)
• 4 x przyciski typu Big Arcade 60mm (polecam czerwony, zielony, niebieski, żółty) (wyszukiwane hasło dla sklepów internetowych: "60mm arcade button"). To najdroższy element tego builda, który kosztuje około 2$ za sztukę.
• 2 x chwilowy przycisk o promieniu 16mm (polecam biały i czarny) (wyszukiwane hasło: "przycisk 16mm")
• Przełącznik kołyskowy Power On/Off o wymiarach montażowych 27x21mm (polecam przezroczysty czerwony z 4 pinami) (poszukiwane hasło: "rocker switch 16a")
• Arduino Nano
• Wyświetlacz LCD 1602 i moduł połączeniowy I2C
• Głośniki 2 x 4ohm 5W o wymiarach 30 x 70 mm (można użyć innych małych, ale rysunek CAD jest wykonany dla 30x70mm)
• Płytka prototypowa 8 x 6 cm lub płytka stykowa 830 pinów
• Akumulatory 2x18650 (można je odzyskać z rozładowanej baterii laptopa)
• Podwójny uchwyt baterii 18650 (wyszukiwane hasło: "uchwyt 2 x 18650")
• Kontroler ładowania TP4056 i zabezpieczenie przed rozładowaniem
• Konwerter podwyższający napięcie 5V (wystarczy najmniejsze 500mA)
• Drobne rzeczy: trochę przewodów, kabel Mini-USB lub wtyczka do samodzielnego montażu, gniazdo Micro-USB na wyłamywanej płytce drukowanej, śruby/nakrętki/podkładki M3, 4 śruby pokrywy górnej

• Rezystory:

  • 6x100 omów
  • 1x1k
  • 3x10k

Krok 2: Budowanie pudełka

To najłatwiejsza część projektu, którą możesz zlecić swoim dzieciom.

Weź punktową płytkę Lego 32x32 i ułóż ściany przy użyciu części pochodzących z recyklingu. W sumie powinieneś mieć około 9 warstw. Jako podstawę wybraliśmy jasnoszary kolor, aby skoncentrować się na losowych ścianach z cegły.

Żadne pudełko nie będzie podobne. Bądź kreatywny podczas tworzenia warstw. Oddawaj do recyklingu nawet małe części - wyglądają fajnie. Ładnie wyglądają też nieregularne kształty. Dodaj okna, szyby przednie z samochodów, drzwi i pudła.

Pudełko musi mieć co najmniej jedne pełnowymiarowe drzwi Lego. Jest to potrzebne do zainstalowania przełącznika kołyskowego w ścianie.

Krok 3: Tworzenie górnej pokrywy

Górna pokrywa wykonana jest z plexi 5 lub 6 mm (przeźroczysta płyta akrylowa). Pobierz rysunek CAD, włóż go na pamięć USB i po prostu udaj się do najbliższego sklepu CNC - wyfrezują go za Ciebie. Rysunek CAD zawiera również płytę montażową przełącznika kołyskowego (patrz zdjęcie).

Będziesz musiał wykończyć górną płytę. Wykonaj fazowanie krawędzi papierem ściernym i drewnianym klockiem. Wywierć również otwory do montażu głośników i wyświetlacza 1602. Wyświetlacz 1602 wymaga również małego trójkąta wyfrezowanego z boku okna LCD w arkuszu akrylowym (patrz zdjęcie). Zrobiłem to na połowie głębokości za pomocą narzędzia obrotowego (dremel) i małego frezu.

Krok 4: Dodaj wszystkie komponenty do górnej pokrywy

Zainstaluj duże 4 przyciski arkadowe, 2 przyciski zmiany/wyboru gry, 2 głośniki i moduł 1602 LCD + I2C. Wszystko jest mocowane za pomocą śrub M3 + podkładek M3 i nakrętek z tyłu.

Zanim zainstalujesz przyciski arkadowe - zdejmij oprawki LED. Będziesz musiał je trochę zmodyfikować - patrz następny krok.

Krok 5: Modyfikacja diod LED w przyciskach Arcade

Te przyciski arkadowe są zaprojektowane do działania przy 12V. Będą pracować z napięciem 5V, które jest domyślnym napięciem dla tego projektu, ale będą zbyt słabe. Usunąłem więc gniazda LED z przycisków arkadowych, wysunąłem uchwyty LED i usunąłem diody z rezystorami. Rezystory 460ohm należy wylutować i wymienić na 100ohm. Po zakończeniu zmontowałem wszystko z powrotem i zainstalowałem diody LED z uchwytami w przyciskach.

Krok 6: (opcjonalnie) Etykiety przycisków sterujących

Być może zauważyłeś etykiety na 2 przyciskach sterujących. Nasza pierwsza wersja kompilacji ich nie miała, ale postanowiłem je dodać, gdy powtórzyłem kompilację po raz drugi.

Oba przyciski mają wiele funkcji w zależności od stanu gry. Biały przycisk uruchamia wybraną grę lub potwierdza wybór podczas niektórych gier. Czarny przycisk zmienia wybraną grę lub wychodzi w trakcie gry.

Do tworzenia etykiet okrągłych potrzebna jest cienka blacha aluminiowa (maksymalna grubość 1mm), wiertło otworowe, wiertło stopniowane i dziurkacze do liter (patrz zdjęcie). Najpierw wycinasz okrąg piłą walcową. Następnie powiększasz średnicę wewnętrzną za pomocą wiertła stopniowanego, a następnie za pomocą dziurkaczy listowych tworzysz etykiety. Aby litery były bardziej widoczne, użyj trwałego czarnego markera (sharpie).

Krok 7: Tworzenie tablicy rozdzielczej

Masz tutaj dwie opcje. Albo użyć płytki stykowej i okablować Arduino kablami przez płytkę stykową, albo zainstalować mały wypust z tyłu panelu LCD.

Do pierwszej kompilacji użyliśmy płytki prototypowej (patrz zdjęcie). W przypadku drugiej wersji zdecydowaliśmy się poświęcić więcej czasu na stworzenie tabliczki typu breakout. Funkcjonalność się nie zmienia, ale jest mniej przewodów, a wybicie jest ukryte pod panelem LCD.

Jeśli zdecydujesz się na tabliczkę typu breakout, weź prototypową tablicę 8x6 i wytnij ją tak, jak pokazano na rysunku. Większa część zostanie wykorzystana do wybicia, a mniejsza do stworzenia zasilacza.

Przylutuj Arduino Nano do tej płyty prototypowej.

Krok 8: Okablowanie połączeń

Przygotuj kilka kabli i podłącz konfigurację, przełączniki i połączenia do Nano zgodnie ze schematem.

Odkąd zacząłem używać skrętki Ethernet - zapomniałem o bólu głowy, skąd wziąć przewody do moich projektów. Mają inny kolor i są wielordzeniowe, więc nie pękają łatwo. Jedyną rzeczą, o którą musisz zadbać podczas pracy z nimi, jest to, że lutowanie musi być bardzo szybkie, aby nie przepalić izolacji.

Zwróć uwagę na drugie zdjęcie, w jaki sposób są podłączone rezystory 100 omów do połączeń z głośnikami.

Kilka uwag o połączeniach:

• Czarno-białe przyciski sterujące są podłączone z pinów D2/3 bezpośrednio do masy, ponieważ w Nano zastosowano wewnętrzne rezystory podciągające.
• A4/5 są podłączone do pinów I2C SDA/SCL. Jest to potrzebne dla modułu LCD I2C.
• Głośniki muszą być podłączone do D10/11, ponieważ te piny obsługują PWM.
• Zaleca się dodanie małej miedzianej linii jako szyny uziemiającej dla łatwiejszego połączenia wszystkich przewodów uziemiających (będzie ich około 5).

Krok 9: Okablowanie przycisków

Wszystkie przyciski Arcade są podłączone do pojedynczego pinu A1 poprzez szereg rezystorów. A1 jest ustawiony jako wewnętrzny analogowy pull-up. To jedna z tych mało znanych cech Arduino, które pomogły nam zaoszczędzić na liczbie przewodów wychodzących z przycisków.

Tak więc konfiguracja wygląda następująco: od A1 do pierwszego przycisku przez rezystor 1k. Od button1 do button2 do 10k. Od button2 do button3 do 10k i od button3 do button4 do 10k. Każdy przycisk w stanie "zamknij" zwiera do ziemi. Ponieważ na każdym przycisku diody LED jest już uziemienie, drugi pin każdego przełącznika jest podłączony do ziemi z diody LED. Spójrz na schemat, aby zrozumieć okablowanie.

W tym momencie podłączenie kabla Mini-USB do Arduino Nano powinno pozwolić na grę po wgraniu szkicu. Wszystko, czego potrzebujesz, to zasilacz, aby gra była przenośna.

Krok 10: Instalowanie baterii

Użyłem dwóch przetworzonych ogniw 18650 z martwych baterii laptopa. Są to te o mniejszej pojemności (około 600 mAh), których nie chciałem używać do zastosowań o większym obciążeniu. Urządzenie tak naprawdę nie zużywa tak dużo energii, więc powinno wystarczyć na grę przez wiele dni.

Baterie są zainstalowane w podwójnym uchwycie na baterie 18650 i posiada złącze ułatwiające podłączenie do zasilacza.

Krok 11: Instalacja przedłużacza gniazda USB

Gra powinna mieć możliwość doładowania i aktualizacji oprogramowania bez demontażu. Wywierciłem więc jeden z bloków, aby ukryć złącze Micro-USB.

Aby przedłużyć USB ze ściany z cegły do Arduino Nano, wziąłem kabel Mini-USB i odciąłem koniec USB-A (duże złącze USB) i zdjąłem przewody. W moim przypadku czerwony/czarny to zasilanie, a biało/zielony to połączenia D+/-.

D+/- należy przylutować do złącza Micro-USB. 5V i uziemienie (czerwony/czarny) muszą przejść przez zasilacz.

Dlaczego wybrano breakout Micro-USB, skoro Nano korzysta z Mini-USB? Po prostu dlatego, że Micro-USB jest wszędzie w naszych domach – służy do ładowania telefonów i innych urządzeń. Dzięki temu będziesz mógł naładować grę i zaktualizować oprogramowanie za pomocą kabla telefonicznego:-)

Krok 12: Dokonywanie zasilania

Wziąłem mniejszą płytkę prototypową i przylutowałem do niej ładowarkę TP4056 i moduł ochronny, a także wzmacniacz 5V.

Wejście do TP4056 idzie z gniazda Micro-USB. Kabel akumulatora jest podłączony do pinów TP4056 oznaczonych jako B+/-. Kołki oznaczone jako OUT +/- wchodzą do przełącznika kołyskowego. Z przełącznika kołyskowego połączenia +/- idą do modułu wzmacniacza 5V, a z wyjścia wzmacniacza podłączane są czerwone/czarne przewody odizolowanego kabla USB.

Spójrz na schemat, aby zrozumieć okablowanie.

Krok 13: Żywica epoksydowa Micro USB Breakout

Użyłem żywicy epoksydowej, aby naprawić przerwę Micro-USB w klocku Lego. Po utwardzeniu gniazdo będzie mocniejsze niż te w telefonach komórkowych, dzięki czemu dzieci będą mogły naładować grę i nie zepsuje się.

Polecam do tej części użyć szybkoutwardzalnej żywicy epoksydowej. Jeśli go nie masz, dodaj trochę więcej utwardzacza do żywicy i pozostaw na chwilę.

Krok 14: Zainstaluj przełącznik kołyskowy, podłącz wiązkę zasilania

Ten przełącznik jest ogromny. Jest przeznaczony do napięcia sieciowego 250V. Ale nadal używałem tego modelu, ponieważ świetnie wygląda i idealnie pasuje do standardowych drzwi Lego City. Włożyłem więc przełącznik do płyty montażowej, a następnie przymocowałem płytkę do ściany z cegły za pomocą 2 śrub (ściany były wstępnie nawiercone).

Można było teraz wreszcie zainstalować uprząż, a także złącze Micro-USB, które zostało zatopione w klocku Lego. Zwróć uwagę, jak niektóre dodatkowe klocki zostały użyte do przymocowania komponentów do podstawy.

Krok 15: Zamykanie pokrywy

włóż kabel Mini-USB do Arduino Nano, który jest przymocowany do górnej pokrywy i zamknij pokrywę.

Wstępnie wywierciłem 4 otwory w ścianach i użyłem 4 śrub, aby przymocować górę do pudełka.

Krok 16: Kodeks

Pierwsza wersja gry została napisana przeze mnie, a kolejne 4 wersje od mojego przyjaciela Alexa, który dodał jeszcze 4 gry i dopracował kod do perfekcji. Wykorzystaliśmy również pracę Reyboza do tworzenia dźwięków - poziom dźwięku wytwarzanego za pomocą tego kodu jest niesamowity w porównaniu z tym, który jest domyślnie dostarczany przy użyciu biblioteki Tone Arduino.

Jak wspomnieliśmy, kod był optymalizowany przez wiele miesięcy po szeroko zakrojonych testach QA przez dzieci, a obecnie wrzuciliśmy wersję 4 na GitHub.

Najnowsza wersja kodu źródłowego:

Wystarczy zainstalować bibliotekę 1602 I2C LCD (dostępną w menedżerze bibliotek Arduino IDE), a następnie wgrać nasz kod.

Najpierw przesyłasz plik button-calibration.ino i zapisujesz na kartce wartości wartości, które wytwarza każdy przycisk Arcade. Ten skrypt usunie również pamięć EEPROM, aby zresetować najlepsze wyniki.

Następnie zmieniasz w Game-Settings.h wartości skalibrowanych przycisków i wgrywasz główny plik Lego-Games-Box.ino i możesz zacząć grać (o ile podłączyłeś wszystko zgodnie ze schematem podanym powyżej).

Uwaga: jeśli tworzysz tę grę dla dzieci, usuń z Game-settings.h ostatni wpis z String GameTitle = {"Gra pamięciowa", "Gra reakcji", "Gra turniejowa", "Gra melodyczna", " Nuklearna gra wojenna"}; Ten ostatni wpis zawiera zasady, w których każdy gracz wybiera wrogów i może być zbyt wrogi dla dzieci.

Krok 17: Szczegółowy film instruktażowy

Jeśli łatwiej będzie Ci obejrzeć film zamiast czytać instrukcje, oto wersja wideo tej kompilacji.

Krok 18: Zasady gry

Obecnie zaimplementowanych jest 5 gier. Jeśli masz więcej pomysłów na gry, które można by stworzyć za pomocą tego pudełka - daj nam znać w komentarzach. Pokrótce omówię każdą grę, wyjaśniając zasady i sposób gry.

Przesuń przełącznik kołyskowy z boku, aby włączyć Lego Arcade Games Box. Wszystkim grom towarzyszy dźwięki z nostalgicznej gry Mario. Na starcie powinieneś usłyszeć melodię startową gry Mario.

Po uruchomieniu zobaczysz na wyświetlaczu LCD wybraną grę. Aby zmienić grę, naciśnij czarny przycisk.

Gdy zdecydujesz, w którą grę chcesz zagrać, po prostu naciśnij biały przycisk, aby rozpocząć.

Jeśli chcesz wyjść z już uruchomionej gry - musisz nacisnąć czarny przycisk.

Przy starcie możesz wyłączyć dźwięki (tryb nocny) naciskając czerwony przycisk.

Gra pamięciowa (podobna do "Simon-Says", podobna do gry Touch Me)

Zasady są dobrze znane i proste. Gra pokazuje sekwencję nut/świateł i musisz ją powtórzyć. Za każdym razem, gdy do sekwencji dodawany jest jeszcze jeden ton/światło. Im dłużej przeżyjesz, tym lepsza jest twoja pamięć. Doskonale nadaje się do treningu pamięci krótkotrwałej dzieci i dorosłych.

Gra reakcji (podobna do gry Whack-a-Mole)

Musisz być wystarczająco szybki, aby nacisnąć każdy przycisk, który się zaświeci. Im dłużej grasz, tym szybciej przyciski się zapalają. Ten świetnie nadaje się do treningu reakcji dzieci i dorosłych.

Gra konkursowa/zawodowa (dla 2-4 graczy)

Dostajesz 5 rund. Każdy musi bardzo szybko wcisnąć swój przycisk po otrzymaniu sygnału (melodia monety od Mario). Kto pierwszy uderzy w przycisk, wygrywa rundę. Liczba wygranych jest obliczana na koniec 5 rund i ogłaszany jest zwycięzca.

Gra Melody (darmowy tryb Push and Play dla małych dzieci i mniejszych)

Ten jest doskonały dla małych dzieci - odtwarza naprzemienne melodie po naciśnięciu i przytrzymaniu przycisku. Po wstępnych testach z dziećmi zdaliśmy sobie sprawę, że nasz mniejszy, który miał 1 rok, naprawdę chce się bawić, ale nie rozumie JAK. Zasady tej gry to - BEZ ZASAD. Możesz nacisnąć dowolny przycisk, a będzie on wydawał dźwięki.

Gra wojenna (dla 2-4 osób dorosłych)

Mój przyjaciel Alex, który zaprogramował kolejne wersje tego pudełka z grami, wpadł na pomysł tej gry podczas kryzysu Trump/Kim o tym, kto ma większy nuklearny przycisk. Zasady wymagają objaśnienia na osobnym filmie (znajdziesz je tutaj i tutaj), ale w skrócie liczbę graczy wybierasz na początku i podczas każdej rundy każda osoba wybiera swojego przeciwnika. Gdy wszyscy wybrali swojego wroga, pociski zaczną latać. Ten, który został wybrany jako wróg, ma kilka chwil na naciśnięcie przycisku, aby wysłać pocisk przecinający i uratować swój kraj. Rundy trwają, dopóki nie pozostanie tylko jeden kraj.

Krok 19: Wynik końcowy

Jesteśmy 3 przyjaciółmi, którzy poświęcili czas na zbudowanie gry dla naszych dzieci. Mamy nadzieję, że gra Ci się spodoba tak bardzo, że zbudujesz własną wersję, korzystając z tych instrukcji. Jeśli masz jakieś pytania lub sugestie - zamieść je w komentarzach.

Druga nagroda w konkursie Game Life Contest