Dés arc-en-ciel : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Cela fait une boîte de jeux de dés avec 5 matrices composées de LED smd de 5 couleurs. Le logiciel qui le pilote permet différents modes de jeux avec plusieurs dés impliqués.

Un interrupteur principal permet de sélectionner le jeu et de lancer les dés. Des interrupteurs individuels à côté de chaque dé permettent une sélection ou un contrôle en fonction du type de jeu.

Les coûts de construction sont très modestes, mais cela nécessite une bonne quantité de temps de construction, un bon fer à souder et une main ferme.

L'électronique est basée autour d'un module ESP8266 (ESP-12F) qui exécute un serveur Web permettant des mises à jour faciles du firmware et la possibilité de surveiller/étendre les jeux.

La box est alimentée par batterie avec une batterie rechargeable et comme la consommation de courant est assez modeste, elle fonctionnera pendant de nombreuses heures sur une seule charge.

Étape 1: Pièces et outils

Composants

Les composants suivants sont nécessaires. Ils sont tous disponibles sur eBay

1. Module de traitement wifi ESP-12F ESP8266. (1,50 £)
2. Batterie 18650 et support (3,00 £)
3. LED SMD x7 de rouge, bleu, vert, jaune, blanc (pack de 20 de chaque couleur 0,99 €)
4. Bouton poussoir 6 mm interrupteurs x6 (0,12 £)
5. Interrupteur marche/arrêt à glissière mini 8x4mm (0,10 £)
6. Module chargeur de batterie USB LIPO (0,20 €)
7. MOSFETS n canal - AO3400 x6 (0,20 £)
8. Régulateur à faible chute de 3,3 V - XC6203E (0,20 £)
9. 220uF électrolytique (0,15 £)
10. Résistance 220R x5 (0,05 £)
11. Résistance 4K7 x 6 (0,06)
12. Carte prototype à trous doubles latéraux isolés (0,50 €)
13. Fil de raccordement flexible
14. Fil de cuivre émaillé 32
15. Broches d'en-tête 40 bandes de broches x3 (0,30 £)

De plus, une enceinte est nécessaire. J'ai conçu une boîte imprimée en 3D pour tout contenir et permettre aux LED de briller. Ceci est disponible sur Thingiverse.

Outils

1. Fer à souder à pointe fine
2. Pince à épiler fine
3. Pinces coupantes
4. Scie à métaux junior
5. Les limes à aiguilles sont utiles
6. Colle de résine
7. Accès à l'imprimante 3D si vous utilisez la conception de la boîte incluse.

Étape 2: Description du circuit

Le schéma montre le module ESP-12F pilotant les 5 matrices de LED constituant les dés.

Chaque dé est composé de 7 LED disposées en 3 paires (2 diagonales et milieu) plus une seule LED centrale. Ceux-ci ont besoin de 4 broches GPIO pour sélectionner les LED à afficher. Des résistances 220R sont utilisées pour déterminer le courant et 2 sont utilisées en série pour la LED centrale afin que le courant soit le même.

Les 5 dés sont multiplexés par 5 lignes GPIO pilotant des commutateurs MOSFET. Un seul commutateur est activé à la fois. Le logiciel permet 1 ms par puce, donc la période de rafraîchissement globale est de 200 Hz et il n'y a pas de scintillement.

5 interrupteurs sont associés à chaque dé. Comme le GPIO est limité, ceux-ci sont lus en utilisant les mêmes lignes que celles utilisées pour multiplexer la puce. Pendant la séquence de multiplexage, ces lignes de contrôle sont définies comme entrées avec des pull-ups et l'état des commutateurs lus. Ils sont ensuite renvoyés en sorties pour le reste de la séquence multiplex.

Un 6ème commutateur de contrôle global est lu par la ligne GPIO16. Cela ne peut avoir qu'un pull down, donc le commutateur est câblé à 3,3 V. Cela lit bas lorsque l'interrupteur est ouvert et haut lorsqu'il est fermé.

Étape 3: Construction de la matrice

C'est la partie du travail qui prend le plus de temps et qui nécessite des soins.

Chaque matrice est construite sur une planche de prototypage carrée de 6 trous x 6 trous. La première étape consiste à en découper 5 dans la même planche à l'aide d'une mini scie à métaux. Essayez de laisser le moins de limites possible à l'extérieur des trous.

L'étape suivante consiste à ajouter 2 embases à 6 broches de chaque côté, et 2 ensembles de 3 broches isolées à côté de celles-ci, puis une autre paire au milieu. C'est ce qui contiendra les LED SMD. Je trouve qu'il est bon de retirer les 2 broches inutilisées de chacune des colonnes extérieures. Le côté supérieur de la carte où les LED doivent être montées doit avoir les broches d'en-tête coupées de sorte qu'environ 1 mm dépasse. Essayez de les garder tous à niveau. Cela permet aux LED de dépasser de la surface de la carte.

Les 7 LED SMD sont maintenant soudées au-dessus de chaque paire de broches. C'est la partie la plus délicate de la construction globale mais ne prend pas trop de temps après un peu de pratique. La technique que j'ai utilisée consistait à étamer le haut de la moitié des broches afin qu'il y ait déjà de la soudure. Ensuite, en tenant la LED dans une pince à épiler, faites à nouveau fondre la soudure et faites passer la LED dedans. Ne vous inquiétez pas trop de la qualité du joint à ce stade. Le plus important est d'obtenir l'alignement de la LED aussi bon que possible, horizontal et à travers les broches. Une fois qu'une LED est en place, elle peut être correctement soudée à l'autre extrémité sur sa broche, puis le premier joint ressoudé si nécessaire.

La polarité des diodes doit être correcte. J'arrange toutes les broches d'en-tête extérieures pour qu'elles soient connectées aux anodes. La LED centrale I a fait la même orientation que la colonne de gauche (vue de face et avec la rangée de rechange en bas. Les diodes ont une faible marque sur la cathode, mais il est également bon de vérifier avec un compteur. Les diodes vont s'allument réellement lorsque vous utilisez la plage de résistance (disons 2K) et le fil rouge sur l'anode et le noir sur la cathode. Ils restent éteints dans l'autre sens. C'est également une bonne méthode pour vérifier les couleurs si elles se mélangent.

Une fois les LED montées, le reste de la carte peut être complété.

Sous le plateau.

1. Câblez toutes les cathodes ensemble à l'aide d'un fil mince monobrin non isolé.
2. Soudez le mosfet avec la broche de drain connectée à la chaîne cathodique
3. Câblez la source du mosfet à sa broche d'en-tête qui sera éventuellement à 0 V
4. Câblez la porte à travers une résistance 4K7 à sa broche d'en-tête. Il est bon de l'enraciner dans un autre trou inférieur, comme indiqué, car c'est là que le commutateur se connectera.

Sur la face avant de la carte croisez les 3 paires d'anodes.

1. Utilisez du fil émaillé soudable pour garder le profil bas.
2. Pré-étamer une extrémité de chaque fil
3. Soudez-le à une anode.
4. Passez-le à travers et coupez-le à longueur.
5. Pré-étamez-le et soudez-le sur la paire d'anodes correspondante.

À ce stade, il est bon de faire un test préliminaire de chaque matrice en utilisant le multimètre. Avec le fil noir sur les cathodes communes (drain Mosfet), le fil rouge peut être déplacé vers les 3 paires d'anodes et l'anode unique. Les LED correspondantes doivent s'allumer.

Étape 4: Construction de la boîte

Cela suppose que la version de la boîte imprimée en 3D est utilisée. La boîte a des retraits pour chaque matrice et chaque LED. La couche inférieure sous chaque LED est très fine (0,24 mm), donc avec du plastique blanc, elle permet à la lumière de très bien briller et agit comme un diffuseur. Il y a des découpes pour tous les interrupteurs et un point de charge. La batterie a son propre compartiment.

Montez d'abord les 6 mini interrupteurs à bouton-poussoir et l'interrupteur à glissière en place. Assurez-vous qu'ils sont alignés avec l'extérieur. Les interrupteurs à bouton-poussoir ont deux paires de contacts câblés en parallèle. Orientez-les de sorte que les contacts de commutation soient adjacents à leur puce. Utilisez de la résine à prise rapide pour verrouiller en place.

Montez maintenant la batterie et son boîtier dans l'espace prévu. Il devrait être assez ajusté, mais utilisez un peu de colle si nécessaire.

Collez le chargeur LIPO sur le mur muni du micro USB accessible par son trou.

Terminez le câblage d'alimentation de base en boucle la terre de la batterie à travers tous les interrupteurs à bouton-poussoir et la connexion LIPO B- et en laissant une queue de cochon pour la connexion à l'électronique. Le + de la batterie doit aller vers le B+ sur le chargeur LIPO et sur l'interrupteur à glissière. L'autre côté de l'interrupteur à glissière doit contenir le sixième interrupteur et une queue de cochon pour l'électronique. Assurez-vous que l'interrupteur à glissière est en position d'arrêt et isolez temporairement les queues de cochon. Vous ne voulez pas court-circuiter la batterie !

Soudez deux queues de cochon courtes non isolées sur chacun des 5 interrupteurs à puce. Ceux-ci doivent être un peu flexibles.

Positionnez et fixez chacune des matrices dans sa position en soudant les deux pigtails du commutateur sur la carte de matrice en vous assurant que le 0V du commutateur est connecté à la source du mosfet / au point 0V et au côté sous tension du commutateur jusqu'au 4K7 / porte mosfet. Les LED sur la carte doivent être insérées dans les évidements du boîtier et les fils de l'interrupteur doivent être suffisants pour maintenir la matrice en position.

Connectez ensuite toutes les anodes communes des 5 dés. Ceci est facilité par le fait que les connexions des paires de diodes sont disponibles des deux côtés de la puce, mais gardez à l'esprit qu'elles sont croisées sur les diagonales. Ne soyez pas confus par le fil rouge dans l'image allant apparemment vers le dé. C'est juste la queue de cochon et n'est connecté à rien à ce stade.

Maquillage ESP-12F

Notez que vous voudrez peut-être programmer le module ESP-12F avant le montage. Une fois qu'il a été flashé, toutes les autres mises à jour peuvent être effectuées à l'aide du wifi OTA.

Composez le régulateur 3,3V sur un peu de carte prototype restante. Il y a juste le régulateur LDO dessus et le condensateur de découplage. Bien que la dissipation de puissance soit très faible, je soude quelques-uns des contacts ensemble pour agir comme un dissipateur de chaleur pour l'appareil. Deux fils peuvent dépasser et établir une connexion directe au 3,3V / 0V de l'ESP-12F.

Soudez les fils sur les broches GPIO pour les 5 lignes multiplex et le commutateur 6. Les 4 lignes de commande d'anode LED ont besoin des résistances de la série 220R / 440R en ligne. On peut utiliser de petites résistances à trous traversants sur l'ESP-12F pour cela ou je l'ai fait avec des SMD juste empilés sur les trous, ce qui est également assez robuste.

Enfin, câblez les lignes multiplex jusqu'aux broches d'en-tête de matrice individuelles et les lignes de commande d'anode jusqu'à leur guirlande correspondante.

Étape 5: Logiciel

Le logiciel pour cela est basé sur l'environnement ESP8266 Arduino. Il est disponible sur github.

Code disponible ici

Il existe une bibliothèque diceDriver qui fournit les fonctions de bas niveau utilisées pour multiplexer les LED et lire les commutateurs. Ceci est piloté par interruption, donc une fois que les valeurs de dés sont définies, il s'auto-entretient.

La temporisation globale est divisée en un intervalle de 1 ms par puce. La période pendant cette 1 ms pendant laquelle les LED sont allumées peut être définie pour chaque puce indépendamment. Cela permet à l'éclairage de s'équilibrer entre les différentes couleurs et permet également la gradation et le clignotement dans le cadre du contrôle du jeu.

La bibliothèque lit également les commutateurs de dés dans le cadre du multiplex et dispose des routines pour « lancer » un ou plusieurs dés en parallèle.

L'esquisse utilise la bibliothèque pour fournir une sélection de modes de jeu de dés et pour exécuter ces jeux. Il fournit également des fonctions de maintenance pour configurer le wifi initialement, pour télécharger un nouveau micrologiciel OTA et pour fournir des fonctions Web de base pour tester et vérifier l'état de l'appareil.

Le logiciel est compilé dans un IDE Arduino. En plus de l'ino, il utilise la bibliothèque BaseSupport pour fournir des fonctions de base. Ceci est configuré dans le fichier BaseConfig.h local. Un mot de passe par défaut de « mot de passe » est utilisé pour se connecter à sa configuration wifi. Vous voudrez peut-être changer cela pour autre chose. Vous pouvez également le configurer avec des identifiants wifi fixes si vous ne souhaitez pas utiliser la configuration intégrée. De même, il existe le même mot de passe par défaut pour le processus de mise à jour du micrologiciel OTA que vous pouvez modifier. La première fois, le micrologiciel doit être chargé via la connexion série à l'IDE Arduino. Cela doit obéir aux règles de clignotement normales avec GPIO0 tiré bas pendant la réinitialisation pour le mettre en mode série flash. Ceci est plus pratique avant que le module ne soit finalement câblé, mais peut être fait in situ si des clips sont attachés aux broches correspondantes.

Lorsque le micrologiciel est exécuté pour la première fois, il ne parvient pas à se connecter au wifi local et entre automatiquement en mode de configuration en créant son propre réseau d'accès. Vous pouvez vous y connecter à partir d'un appareil wifi (par exemple un téléphone), puis naviguer jusqu'à 192.168.4.1 qui permettra de sélectionner le vrai wifi local et d'entrer son mot de passe. Si c'est OK, il redémarrera et utilisera ce réseau.

L'OTA se fait en exportant les binaires dans l'IDE Arduino, puis en naviguant jusqu'à ip/firmware où ip est l'ip de la box lorsqu'elle est connectée. Cela demandera / recherchera le nouveau binaire.

D'autres fonctions Web sont

• setpower - définit la puissance d'un dé (ip/setpower?dice=3&power=50)
• setflash - définit le flash pour les dés (ip/setflash?mask=7&interval=300)
• setdice - définit une valeur de dé (ip/setdice?dice=3&value=2)
• parameters - définit les paramètres de roulis (ip/parameters?mask=7&time=4000&interval=200)
• status - renvoie les valeurs des dés et change l'état

Étape 6: Jeux

Le logiciel permet la sélection et l'exécution du jeu contrôlées par l'interrupteur principal.

Initialement, le système est en mode de réglage du jeu avec juste le premier dé affichant un « 1 ». Vous parcourez 12 modes de jeu différents en appuyant brièvement sur ce bouton. Le premier dé va de 1 à 6, puis reste à 6 tandis que le deuxième dé indique 1 à 6.

Pour sélectionner un jeu en particulier, vous appuyez longuement sur le bouton (> 1 seconde) et cela le met en mode d'exécution du jeu.

Dans un jeu, un lancer est normalement lancé avec une courte pression sur ce commutateur. Pour revenir en mode de sélection de jeu à partir du mode d'exécution, appuyez longuement sur ce commutateur et il affichera alors le numéro de jeu comme avant et permettra une sélection supplémentaire.

9 modes de jeu sont définis pour le moment avec 3 de rechange.

Les jeux 1 à 5 sont de simples lancers de ce nombre de dés. Chaque lancer ne fait que lancer tous les dés. Les commutateurs de dés n'ont aucun effet dans ces Jeux.

Le jeu 6 est un nombre dynamique de dés. Appuyez sur l'un des interrupteurs à dé pour sélectionner le nombre de dés, puis sur l'interrupteur principal pour lancer les dés. Le nombre de dés peut être modifié avant chaque lancer.

Le jeu 7 est un lancer à plusieurs lancers. Les 5 dés sont impliqués. Une pression sur l'interrupteur principal lance tous les dés. En appuyant sur chaque interrupteur à matrice, il clignote. Lorsque l'interrupteur principal est enfoncé, seul le dé clignotant sera lancé, sauf que si aucun ne clignote, tous seront lancés. C'est comme les dés de poker ou Yahtzee. Notez qu'il n'y a pas d'application du nombre de lancers autorisés. Cela dépend de l'intégrité du joueur.

Le jeu 8 est comme le jeu 7 sauf que la luminosité est utilisée pour indiquer que le dé sélectionné ne clignote pas.

Le jeu 9 utilise les commutateurs de dés pour déterminer les rouleaux. Si l'un des 3 premiers est sélectionné, cela détermine le nombre de dés à lancer 1, 2 ou 3). Ensuite, si l'un des 2 commutateurs du bas est enfoncé, la rangée du haut est conservée et cela sélectionne le nombre de dés à lancer dans la rangée du bas (1 ou 2). Ceci est utilisé dans des jeux comme Risk.