Arduino Arcade Lego Games Box: 19 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Se hai bambini, probabilmente stai affrontando gli stessi problemi che abbiamo affrontato con i set Lego che hai acquistato per loro. Si assemblano e giocano con loro, ma dopo un po' i set si trasformano in un'unica pila di mattoni. I bambini crescono e tu non sai cosa fare con questo mucchio.

Abbiamo deciso di riciclare i mattoncini Lego indesiderati e abbiamo creato un gioco arcade.

Questa guida passo passo è il risultato di diversi mesi di lavoro per rendere il gioco ripetibile e dal costo molto contenuto. Praticamente chiunque potrebbe ripetere questo progetto! Il codice è stato scritto in modo tale da non avere dipendenze e verrà compilato su qualsiasi scheda Arduino. E ovviamente i giochi sono stati testati intensamente dai nostri ragazzi:-)

In che modo questo gioco è diverso da molti altri che sono stati pubblicati prima?

Prima di tutto, ci sono 5 giochi integrati:

• Memory Game (simile a Simon-Says, simile al gioco Touch Me)
• Gioco di reazione (simile al gioco Whack-a-Mole)
• Gioco di gara/competizione (per 2-4 giocatori)
• Melody Game (modalità Push and Play gratuita per i più piccoli e i più piccoli)
• Gioco di guerra (per 2-4 adulti)

In secondo luogo, ha un ottimo design (dal nostro punto di vista) e può essere facilmente ripetuto.

E in terzo luogo, è ecologico perché consente di riciclare la plastica.

Alla fine di questa guida c'è anche un video passo passo nel caso tu preferisca il formato video.

Passaggio 1: elenco delle parti

Se ti piace questo progetto ma non hai una pila di mattoncini Lego indesiderati, il modo più semplice sarebbe acquistare il set Lego Classic 10704 con 900 pezzi all'interno.

Ecco l'elenco degli elementi necessari per creare questo progetto:

• 1 kg (2 libbre) di mattoncini Lego indesiderati (o mattoncini simili di un'altra marca come Mega Bloks)
• Piastra di base 25 x 25 cm per Lego (o simile di un'altra marca). La base Lego ha 32 x 32 punti. Se non ce l'hai, la base costa circa 3$ incl. affrancatura se acquisti online (termine di ricerca "32 25 blocchi")
• Pezzo di plexiglass trasparente 30 x 30 cm (spessore 5 o 6 mm)
• 4 pulsanti Big Arcade da 60 mm in stile Arcade (consiglio rosso, verde, blu, giallo) (termine di ricerca per i negozi online: "pulsante arcade da 60 mm"). Sono il componente più costoso di questa build a circa 2$ ciascuno.
• 2 x Pulsante momentaneo raggio 16 mm (consiglio bianco e nero) (termine di ricerca: "pulsante 16 mm")
• Interruttore di accensione/spegnimento a bilanciere Dimensioni di montaggio 27x21mm (consiglio rosso trasparente con 4 pin) (termine di ricerca: "interruttore a bilanciere 16a")
• Arduino Nano
• Display LCD 1602 e modulo di connessione I2C
• Altoparlanti 2 x 4ohm 5W, dimensioni 30 x 70 mm (puoi usarne altri piccoli ma il disegno CAD è fatto per 30x70mm)
• Scheda prototipo 8 x 6 cm o breadboard 830 pin
• 2x18650 batterie ricaricabili (possono essere riciclate dalla batteria del laptop scarica)
• Portabatterie doppio 18650 (termine di ricerca: "supporto 2 x 18650")
• Regolatore di carica TP4056 e protettore di scarica
• Convertitore step-up 5V (il più piccolo 500mA farà)
• Piccole cose: alcuni fili, cavo Mini-USB o spina fai da te, presa Micro-USB su PCB breakout, bulloni/dadi/rondelle M3, 4 viti del coperchio superiore

• resistori:

  • 6 x 100 ohm
  • 1 x 1 k
  • 3 x 10 k

Passaggio 2: costruire la scatola

Questa è la parte più semplice del progetto che puoi delegare ai tuoi figli.

Prendi la base Lego 32x32 punti e posa le pareti utilizzando le parti riciclate. Dovresti avere circa 9 strati in totale. Abbiamo scelto il colore grigio chiaro per la base in modo che i muri di mattoni di colore casuale siano l'obiettivo principale.

Nessuna scatola sarà simile. Sii creativo quando costruisci i livelli. Ricicla anche le piccole parti: sembrano fantastiche. Anche le forme irregolari sembrano belle. Aggiungi finestre, parabrezza di auto, porte e scatole.

La scatola deve avere almeno una porta Lego a grandezza naturale. Questo è necessario per installare l'interruttore a bilanciere nel muro.

Passaggio 3: realizzare la copertura superiore

La copertura superiore è realizzata in plexiglas da 5 o 6 mm (lastra acrilica trasparente). Scarica il disegno CAD, mettilo su una chiavetta USB e vai al negozio CNC più vicino: lo fresano per te. Il disegno CAD include anche la piastra di montaggio dell'interruttore a bilanciere (vedi foto).

Dovrai rifinire la piastra superiore. Esegui la smussatura del bordo con la carta vetrata e un blocco di legno. Praticare anche i fori per montare gli altoparlanti e il display 1602. Il display 1602 richiede anche un piccolo triangolo fresato sul lato della finestra LCD nella lastra acrilica (vedi foto). L'ho fatto a mezza profondità usando lo strumento rotante (dremel) e una piccola fresa.

Passaggio 4: aggiungere tutti i componenti al coperchio superiore

Installa i 4 grandi pulsanti arcade, 2 pulsanti di cambio/selezione del gioco, 2 altoparlanti e un modulo 1602 LCD+I2C. Tutto è fissato con viti M3 + rondelle M3 e dadi sul retro.

Prima di installare i pulsanti arcade, rimuovi i supporti per luci a LED. Dovrai modificarli un po' - vedi il passaggio successivo.

Passaggio 5: modifica dei LED nei pulsanti Arcade

Questi pulsanti arcade sono progettati per funzionare a 12V. Funzioneranno con 5V, che è la tensione predefinita per questo progetto, ma saranno troppo deboli. Quindi ho rimosso le prese LED dai pulsanti arcade, ho fatto scorrere i supporti LED e rimosso i LED con i resistori. Le resistenze da 460ohm devono essere dissaldate e sostituite con quelle da 100ohm. Una volta fatto, ho rimontato tutto e installato i LED con i supporti nei pulsanti.

Passaggio 6: (opzionale) Etichette dei pulsanti di controllo

Potresti aver notato le etichette sui 2 pulsanti di controllo. La nostra prima versione della build non li aveva, ma ho deciso di aggiungerli quando ho ripetuto la build la seconda volta.

Entrambi i pulsanti hanno più funzioni a seconda dello stato del gioco. Il pulsante bianco avvia il gioco selezionato o conferma la selezione durante alcuni giochi. Il pulsante nero cambia il gioco selezionato o esce durante il gioco.

Per creare etichette rotonde è necessario un foglio di alluminio sottile (spessore massimo 1 mm), una punta da trapano a tazza, una punta da trapano a gradini e un punzone per lettere (vedi foto). Per prima cosa taglia il cerchio usando una sega a tazza. Quindi ingrandisci il diametro interno con la punta a gradini e poi usi i punzoni per le lettere per creare le etichette. Per rendere le lettere più visibili, usa un pennarello nero indelebile (pennarello).

Passaggio 7: creazione del tabellone breakout

Hai due opzioni qui. O utilizzare la breadboard e collegare Arduino con i cavi attraverso la breadboard o installare un piccolo breakout sul retro del pannello LCD.

Per la prima build abbiamo usato la breadboard (vedi foto). Per la seconda build abbiamo deciso di dedicare più tempo alla creazione di breakout board. La funzionalità non cambia, ma ci sono meno fili e il breakout è nascosto sotto il pannello LCD.

Se scegli di utilizzare la scheda breakout, prendi la scheda prototipo 8x6 e tagliala come mostrato nell'immagine. La parte più grande verrà utilizzata per il breakout e quella più piccola per la creazione dell'alimentazione.

Salda Arduino Nano su questa scheda proto.

Passaggio 8: cablaggio delle connessioni

Prepara alcuni cavi e cabla la tua configurazione, gli interruttori e le connessioni a Nano secondo lo schema.

Da quando ho iniziato a utilizzare i cavi a doppino intrecciato Ethernet, ho dimenticato il mal di testa da dove reperire i cavi per i miei progetti. Sono di colore diverso e sono multicore, quindi non si rompono facilmente. L'unica cosa di cui devi occuparti quando lavori con loro è che la saldatura deve essere molto veloce in modo da non bruciare l'isolamento.

Notare nella seconda immagine come sono cablati i resistori da 100 ohm per i collegamenti agli altoparlanti.

Qualche nota sui collegamenti:

• I pulsanti di controllo nero/bianco sono collegati dai pin D2/3 direttamente a terra perché in Nano vengono utilizzati resistori pull-up interni.
• A4/5 sono collegati ai pin I2C SDA/SCL. Questo è necessario per il modulo LCD I2C.
• Gli altoparlanti devono essere collegati a D10/11 perché questi pin sono abilitati PWM.
• Si consiglia di aggiungere una piccola linea di rame come guida di terra per un collegamento più semplice di tutti i cavi di terra (ce ne saranno circa 5).

Passaggio 9: cablaggio dei pulsanti

Tutti i pulsanti Arcade sono collegati a un singolo pin A1 tramite una serie di resistori. A1 è impostato come Pull-up analogico interno. Questa è una di quelle funzionalità poco conosciute di Arduino che ci ha aiutato a risparmiare sul numero di fili che escono dai pulsanti.

Quindi l'impostazione è la seguente: da A1 al primo pulsante tramite resistore da 1k. Dal pulsante1 al pulsante2 fino a 10k. Da pulsante2 a pulsante3 fino a 10k e da pulsante3 a pulsante4 fino a 10k. Ogni pulsante sullo stato "chiuso" va in cortocircuito a terra. Poiché c'è già la messa a terra su ciascun pulsante per i LED, il secondo pin di ogni interruttore è collegato a terra dal LED. Dai un'occhiata allo schema per capire il cablaggio.

A questo punto, collegare un cavo Mini-USB ad Arduino Nano dovrebbe consentirti di giocare dopo aver caricato lo schizzo. Tutto ciò di cui hai bisogno è un alimentatore per rendere portatile il gioco.

Passaggio 10: installazione delle batterie

Ho usato due celle 18650 riciclate dalle batterie del laptop scariche. Questi sono quelli di capacità inferiore (circa 600 mAh) che non volevo usare per applicazioni di carico più elevato. Il dispositivo non consuma davvero molta energia, quindi dovrebbe essere sufficiente per far funzionare il gioco per giorni.

Le batterie sono installate in un doppio portabatterie 18650 ed è presente un connettore per un facile collegamento all'alimentatore.

Passaggio 11: installazione dell'estensione della presa USB

Il gioco dovrebbe essere in grado di ricaricare e aggiornare il firmware senza lo smontaggio. Quindi ho perforato uno dei blocchi per nascondere il connettore Micro-USB.

Per estendere l'USB dal muro di mattoni all'Arduino Nano, ho preso un cavo Mini-USB e ho tagliato l'estremità USB-A (il grande connettore USB) e ho spellato i fili. Nel mio caso, il rosso/nero era il potere e il bianco/verde erano le connessioni D+/-.

D+/- deve essere saldato sul breakout Micro-USB. I 5V e la massa (rosso/nero) devono passare attraverso l'alimentatore.

Perché è stato scelto il breakout Micro-USB se Nano utilizza Mini-USB?Semplicemente perché Micro-USB è ovunque nelle nostre famiglie: viene utilizzato per caricare telefoni e altri dispositivi. Così potrai caricare il gioco e aggiornare il firmware con il cavo del tuo telefono:-)

Passaggio 12: creazione dell'alimentatore

Ho preso la scheda prototipo più piccola e ho saldato direttamente su di essa il caricabatterie e il modulo di protezione TP4056 e anche il booster 5V.

L'ingresso in TP4056 va dalla presa Micro-USB. Il cavo della batteria è collegato ai pin TP4056 contrassegnati come B+/-. I pin contrassegnati come OUT+/- vanno nell'interruttore a bilanciere. Dall'interruttore a bilanciere le connessioni +/- vanno nel modulo booster 5V e dall'uscita booster sono collegati i fili rosso/nero dal cavo USB spellato.

Dai un'occhiata allo schema per capire il cablaggio.

Passaggio 13: epossidica il breakout Micro USB

Ho usato della resina epossidica per riparare il breakout Micro-USB nel mattoncino Lego. Dopo che sarà guarito, la presa sarà più robusta di quelle che si trovano nei telefoni cellulari, così i bambini potranno ricaricare il gioco e non si romperà.

Consiglio di utilizzare una resina epossidica a polimerizzazione rapida per questa parte. Se non ce l'hai, aggiungi un po' più di indurente alla resina e lascia riposare per un po'.

Passaggio 14: installare l'interruttore a bilanciere, collegare il cablaggio di alimentazione

Questo interruttore è enorme. È progettato per una tensione di rete di 250 V. Ma ho ancora usato questo modello perché ha un bell'aspetto e si adatta perfettamente a una porta Lego City standard. Quindi ho inserito l'interruttore nella piastra di montaggio e poi ho fissato la piastra al muro di mattoni usando le 2 viti (le pareti erano preforate).

Inoltre, è stato possibile installare finalmente l'imbracatura e il breakout Micro-USB che è stato epossidico nel mattoncino Lego. Notare come sono stati utilizzati alcuni mattoncini aggiuntivi per collegare i componenti alla base.

Passaggio 15: chiusura del coperchio

inserire il cavo Mini-USB nell'Arduino Nano che è fissato al coperchio superiore e chiudere il coperchio.

Ho preforato 4 fori nelle pareti e ho usato 4 viti per fissare la parte superiore alla scatola.

Passaggio 16: il codice

La prima versione del gioco è stata scritta da me, seguita da nuove 4 versioni dal mio amico Alex che ha aggiunto altri 4 giochi e ripulito il codice alla perfezione. Abbiamo anche utilizzato il lavoro di Reyboz per i suoni: il livello del suono prodotto utilizzando questo codice è sorprendente rispetto a quello che viene fornito di default utilizzando la libreria Tone di Arduino.

Come accennato, il codice è stato ottimizzato per mesi dopo numerosi test di controllo qualità da parte dei ragazzi e attualmente abbiamo caricato la versione 4 su GitHub.

Ultima versione del codice sorgente:

Tutto quello che devi fare è installare la libreria LCD 1602 I2C (disponibile nel gestore della libreria IDE di Arduino) e quindi caricare il nostro codice.

Per prima cosa si carica il button-calibration.ino e si registra su un pezzo di carta i valori prodotti da ciascun pulsante Arcade. Questo script cancellerà anche la EEPROM in modo che i punteggi migliori vengano ripristinati.

Dopodiché cambi in Game-Settings.h i valori dei pulsanti che hai calibrato e carichi il file principale Lego-Games-Box.ino e puoi iniziare a giocare (a condizione che tu abbia collegato tutto secondo lo schema che è stato dato sopra).

Nota: se stai realizzando questo gioco per bambini, rimuovi in Game-settings.h l'ultima voce da String GameTitle = {"Memory Game", "Reaction Game", "Tournament Game", "Melody Game", " Gioco di guerra nucleare"}; Quest'ultima voce ha regole in cui ogni giocatore seleziona i nemici e potrebbe essere troppo ostile per i bambini.

Passaggio 17: video tutorial dettagliati

Nel caso in cui trovi più facile guardare il video invece di leggere le istruzioni, ecco la versione video di questa build.

Passo 18: Regole del gioco

Attualmente ci sono 5 giochi implementati. Se hai altre idee sui giochi che potrebbero essere creati utilizzando questa casella, faccelo sapere nei commenti. Esaminerò brevemente ogni gioco spiegando le regole e come si gioca.

Ruota l'interruttore a bilanciere sul lato per accendere la scatola dei giochi Lego Arcade. Tutti i giochi sono accompagnati dai suoni del gioco nostalgico di Mario. All'avvio dovresti sentire la melodia di avvio del gioco di Mario.

Una volta avviato, vedrai sul display LCD il gioco che ora è selezionato. Per cambiare gioco, premi sul pulsante nero.

Quando hai deciso a quale gioco ti piacerebbe giocare, premi il pulsante Bianco per iniziare.

Se desideri uscire dal gioco che è già in esecuzione, devi premere il pulsante nero.

All'avvio è possibile disattivare i suoni (modalità notturna) premendo il pulsante rosso.

Memory Game (simile a Simon-Says, simile al gioco Touch Me)

Le regole sono note e semplici. Il gioco ti mostra una sequenza di note/luci e devi ripeterla. Ogni volta che si aggiunge un altro tono/luce alla sequenza. Più a lungo sopravvivi, migliore è la tua memoria. È eccellente per allenare la memoria a breve termine di bambini e adulti.

Gioco di reazione (simile al gioco Whack-a-Mole)

Devi essere abbastanza veloce da premere ogni pulsante che si illumina. Più a lungo giochi, più velocemente si accendono i pulsanti. Questo è ottimo per allenare la reazione di bambini e adulti.

Gioco di gara/competizione (per 2-4 giocatori)

Ti vengono dati 5 round. Ognuno deve premere il suo pulsante molto velocemente dopo che il segnale è stato dato (Coin tune di Mario). Chi preme per primo il pulsante vince il round. Il numero di vittorie viene calcolato alla fine di 5 round e viene annunciato il vincitore.

Melody Game (modalità Push and Play gratuita per i più piccoli e i più piccoli)

Questo è eccellente per i più piccoli: riproduce melodie alternate quando si preme e si tiene premuto un pulsante. Dopo i test iniziali con i bambini ci siamo resi conto che il nostro più piccolo che aveva 1 anno vuole davvero giocare ma non capisce COME. Le regole di questo gioco sono: NESSUNA REGOLA. Puoi premere qualsiasi pulsante e produrrà suoni.

Gioco di guerra (per 2-4 adulti)

Il mio amico Alex, che ha programmato le versioni successive di questa scatola di giochi, ha avuto l'idea per questo gioco durante la crisi Trump/Kim su chi ha il pulsante nucleare più grande. Le regole hanno bisogno di un video separato per la spiegazione (lo trovi qui e qui) ma in poche parole, selezioni il numero di giocatori all'inizio e durante ogni round ogni persona seleziona il suo nemico. Una volta che ognuno ha selezionato il suo nemico, i missili iniziano a volare. Colui che è stato selezionato come nemico ha pochi istanti per premere il pulsante per inviare il missile di intersezione e salvare il suo paese. I turni continuano finché non rimane un solo paese.

Passaggio 19: risultato finale

Siamo 3 amici che hanno speso del tempo per costruire il gioco per i nostri bambini. Speriamo davvero che il gioco ti piaccia così tanto che creerai la tua versione usando queste istruzioni. Se hai domande o suggerimenti, pubblicali nei commenti.

Secondo Premio al Concorso Game Life