基于WS2811實(shí)現(xiàn)的賓果游戲機(jī)設(shè)計(jì)方案

背景

之前和朋友路過ACTION商店時(shí)，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)價(jià)格可以接受的數(shù)字LED（包括12V電源適配器，甚至包括帶紅外遙控器的控制器）。于是我決定買下來并做一個(gè)可以和他們一起玩的賓果機(jī)，方法則是用我的ArduinoUno來控制LED燈條。

盡管在包裝或LED燈條本身上沒有任何說明，但我發(fā)現(xiàn)這是一種燈條，由三個(gè)5050LED段組成，每3個(gè)LED使用一個(gè)WS2811驅(qū)動(dòng)器。

我將條帶連接到ArduinoUno以使用AdafruitNeoPixel庫和一些示例代碼（例如RGBWstrandtest）對其進(jìn)行試驗(yàn)。

起初我構(gòu)思了一場頭腦風(fēng)暴，并產(chǎn)生了使用這些東西制作A4大小的7段顯示器的想法。如上圖所示的七個(gè)條帶部分可以完成這項(xiàng)工作，另外還有一個(gè)用于顯示屏上的小數(shù)點(diǎn)。這就可以使用8個(gè)段分別有效地并且只需Arduino的一個(gè)輸出引腳來控制，并由ACTION包中已包含的12V適配器供電。

但現(xiàn)在只有一個(gè)7段顯示器，我能做什么？

我決定制作其中的2個(gè)，并使用它們構(gòu)建一個(gè)賓果機(jī)，在按下按鈕后顯示1到75之間的隨機(jī)數(shù)。

第1步：制作7段顯示器

顯示器的整個(gè)制作過程非常漫長。制作的簡短版本如下：

兩種A4尺寸的顯示器都是用傳統(tǒng)的方法和材料制成的。我使用的是激光切割機(jī)和3D打印機(jī)，整個(gè)過程會(huì)有所不同，并且更加簡單。

在制作的過程中，我還慢慢發(fā)現(xiàn)，制作這個(gè)項(xiàng)目也非常具有挑戰(zhàn)性和樂趣味。

對于LED燈條，我使用了16個(gè)部分，每個(gè)部分是從ACTION的WS2811LED燈條上切割下來的。

這些段通過焊接線連接到條帶的+12V、GND和Do和Di，具體的操作方法你可以在互聯(lián)網(wǎng)上尋找。

外殼的新正面由宜家的白色半透明砧板材料制成。

使用模板從板頂部的涂漆層（黑色底漆）中切割出一部分。

一條音頻電纜（取自ACTION）用于通過220Ω電阻將7段顯示器與3根電線（12V、GND和數(shù)據(jù)輸入）連接到Arduino。

我修改了外殼以便更輕松插入音頻連接器。

第2步：制作記分牌

同時(shí)我準(zhǔn)備再做一個(gè)記分牌顯示器，以顯示生成的隨機(jī)數(shù)、一個(gè)用于生成新數(shù)字的按鈕和一個(gè)用于結(jié)束和啟動(dòng)新一輪的“賓果按鈕”。

記分牌使用與外殼相同的ACTION釘板制成。蓋板由深灰色切菜板制成，上面鉆有幾個(gè)孔洞。頂蓋由宜家砧板制成。兩層之間是相紙上的打印件和保護(hù)性透明箔。

另一面貼在砧板背面的有5個(gè)部分，每個(gè)部分又有15個(gè)WS2812LED加上3*8個(gè)LED條部分，用于顯示背光“BINGO”一詞。

第3步：制作硬件

針對硬件方面，我用的是Arduino和無焊面包板，以完成對LED燈條和7段顯示器的編碼和播放的初步實(shí)驗(yàn)。

大的瞬時(shí)按鈕連接到GND和Uno的數(shù)字IO引腳2，按下按鈕就開始生成新的隨機(jī)數(shù)。在短暫的“燈光秀1”之后，隨機(jī)數(shù)會(huì)顯示在兩個(gè)7段顯示器上。

用于在7段顯示器上創(chuàng)建數(shù)字的表格如下：

為了幫助構(gòu)建ArduinoSketch，我制作了一些簡單的流程圖，這是一個(gè)用于非商業(yè)用途的免費(fèi)版本（一旦你習(xí)慣了一些固有的限制，就可以使它基于此正常工作）。

生成的數(shù)字存儲在一個(gè)名為SCORE［］的數(shù)組中，該數(shù)組由75個(gè)位置組成，用“0”或“1”填充。如果生成的新數(shù)已經(jīng)存在，則自動(dòng)生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)。

新號碼在記分牌上亮起（有75個(gè)號碼），同時(shí)新號碼顯示在7段顯示器上

記分牌不斷顯示生成的所有隨機(jī)數(shù)，直到達(dá)成有效的“BINGO”，一個(gè)名為“BINGO”的按鈕將以簡短的“BingoLightShow”結(jié)束回合

達(dá)成后SCORE數(shù)組被清除，就可以開始新的一輪。

當(dāng)然，也可以隨時(shí)通過切換電源開關(guān)（斷開12V電源）來開始新一輪，這將重置Arduino并重新啟動(dòng)程序。

第4步：電子設(shè)備

我用了一個(gè)12V、2A充電器為整個(gè)BingoMachine供電。

Arduino電源插孔上的12V輸入已修改為啟用電源切換（開-關(guān)）。

用于記分牌的99個(gè)LED（75+24）的5V電源是通過7805穩(wěn)壓器從12V輸入電源獲得的（它幾乎可以處理WS2812LED燈條吸收的電流），同時(shí)我有添加一個(gè)功率晶體管來處理主要由記分板內(nèi)的99個(gè)WS2812LED消耗的所需5V電源。我以這種方式為Arduino制作了草圖記分牌的電力需求適中。

Fritzing圖中的布局如下所示：

請注意，Bingo記分板上的7段LED部分（12V）以及照亮數(shù)字1-75的LED燈條均由Uno的同一個(gè)輸出引腳（6）控制。