基于树莓派PICO 2和Waveshare RGB-Matrix-P3的手持游戏机

大家好，欢迎回来，这里有一些超级有趣的东西。

贪吃蛇游戏机是一款便携式游戏机，具有特别设计的树莓派PICO 2驱动电路和RGB 64x32 P3矩阵面板。

我们在Fusion360中建模设备，3D打印框架，并将其与矩阵面板和定制pcb组装在一起，制作我们自己的游戏机。

对于游戏，我们从零开始创建了传统的Snake游戏，使用一个简单的Snake实体，可以通过四个方向按钮来控制。随机地，一个红点出现在矩阵面板上，我们可以使用方向按钮引导蛇吃掉这个随机的红点。在右上角，我们还添加了一个分数标记，它记录了我们的蛇消耗了多少红点。

此外，当蛇咬到自己的身体时，游戏就结束了。

这款游戏机有一个机载电源，它是一个3.7V 2600mAh的锂离子电池，为设备供电，使它成为一个便携式游戏系统，我们可以带着它去任何地方玩。

本文涵盖了这个项目的整个构建过程，所以让我们开始吧。

材料要求

这些是这个项目中使用的材料：

•定制pcb(由PCBWAY提供)

•树莓派PICO 2

•RGB矩阵64x32

•IP5306集成电路

•10 uf电容器

•USB微接口

•18650锂电池

•18650电池座SMD版本

•按钮

•3D打印部件

64x32 RGB矩阵

我们使用的是64x32 RGB矩阵面板，它通过在64 × 32网格中安排2048个RGB led来创建生动的文本，图形和动画。

HUB75接口使用多个控制引脚，包括RGB、地址、时钟、数据锁存器和输出使能引脚，用于操作该面板。

行-列扫描技术是通过HUB75链路实现的，它将一行像素数据转移到移位寄存器中。然后使用解复用器来确定应该显示哪些行。RGB通道、寻址引脚A、B、C和D、时钟信号(CLK)、锁存信号(LAT)和输出使能(OE)引脚都包含在HUB75连接器中。

我们还可以使用提供的in和OUT连接成对地链接几个面板，以创建一个链。确保我们正在使用的控制解决方案(PICO 2)可以管理两个或多个显示器的额外数据负载，这是连接多个面板的困难之一。

至于采购这个矩阵面板，我们从PCBWAY礼品店得到了它。

控制台的设计

这个项目的第一阶段是建立一个控制台的3D模型，它有两个类似手柄的组件安装在矩阵的背面。然后我们在一边创建了一个特殊按钮板的模型。

PICO驱动电路，用四个垫片固定在手柄框架上，位于设备的背面。

使用已经在矩阵上的三个M3插入件，两个Handgrip框架组件从矩阵面板的背面安装。每个手柄有三个安装孔，我们添加，以便M3螺栓可以用来连接手柄到矩阵。

使用4颗M2螺钉将按钮板固定在控制台一侧。

模型完成后，我们导出了左右把手和四个垫片的网格文件，然后使用0.6mm喷嘴在黑色PLA中3D打印它们。

PCB设计：PICO驱动

使用我们的PCB Cad软件，我们首先创建PICO驱动板设计的原理图。为了将树莓派PICO 2连接到矩阵的HUB75连接器，我们的设置由CON 16连接器组成。

我们将矩阵的HUB75引脚(CON 16)按以下顺序连接到PICO的GPIO引脚：A到GPIO19， B到GPIO16， C到GPIO18， D到GPIO20， E到GPIO22， CLK到GPIO11， LAT/STB到GPIO12， OE到GPIO13， R1到GPIO2， G1到GPIO3， B1到GPIO4， R2到GPIO5， G2到GPIO8， B2到GPIO9。

我们为按钮添加了一个CON5连接器，它的四个引脚连接到PICO的GPIO6， GPIO7， GPIO14和GPIO15。GND连接到CON5的第五个引脚。每个GPIO将被连接到这个CON5的按钮板拉到GND， PICO可以检测到这是一个按钮按下。

我们还集成了一个电源管理IC， IP5306，一个完全集成的多功能电源管理SoC，为整个设置供电。

它可以使用3.7V作为输入提供稳定的5V 2.1A，可用于为任何5V设备供电-在我们的实例中，矩阵和PICO 2。

在原理图设置之后，我们导出网表，并通过参考CAD文件的板布局创建板文件。PICO 2，按钮，锂电池支架和USB迷你端口都在板的顶部，而所有的SMD组件都在底部。

PCB设计：按钮板

接下来，我们得到按钮板的原理图准备。它有四个按钮，每个按钮的4和3引脚连接到GND。此外，还有一个CON5连接器，连接到每个连接器的1和2用于GPIO， 3和4用于GND。

在建立了原理图之后，我们使用PCB编辑器通过在适当的位置对齐按钮并完全按照CAD文件布局来准备板文件。

PCBWAY

我们为这个项目制作了两个pcb：按钮板和PICO驱动板。下了两个订单：一个是按钮板，一个是PICO驱动板。

按钮板PCB订购了白色阻焊和黑色丝印，而PICO驱动器PCB订购了蓝色阻焊和白色丝印。

下订单后，PCB在一周内收到，PCB质量非常好。

在过去的十年中，PCBWay通过提供出色的PCB制造和组装服务而脱颖而出，成为全球无数工程师和设计师值得信赖的合作伙伴。

他们对质量和客户满意度的承诺一直坚定不移，导致了显着的增长和扩张。

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PCB组件：pico驱动器

使用焊膏分配针，我们将焊膏(在本例中为63/37 Sn/Pb焊膏)涂抹在每个SMD组件PAD上，以开始PICO Driver组装过程。

接下来，我们使用ESD Tweeser来选择和定位PCB上的每个SMD组件。

在元件放置之后，将电路抬起并置于回流加热板上，从而将PCB的温度从下面提高到锡膏的熔点。当PCB达到190°C的温度时，锡膏熔化，所有SMD组件都安全就位。

按照回流过程，我们翻转板，并使用烙铁定位18650持有人。

安装好USB微端口和Push Switch后，我们翻转电路板并焊接它们的两个焊盘。

测试动力部分

在继续进行PICO DRIVER组装过程之前，我们停止组装过程，并通过将18650 3.7V 2600mAh锂电池以正确的极性放置在其电池支架中来验证功率模块电路。

当我们按下按钮时，设备就会打开。我们用万用表测量设备的输出电压，应该是5V。我们现在可以将PICO 2添加到PCB并开始组装过程。

PCB组件：PICO驱动器(组件的其余部分)

在PICO 2插槽上定位两个CON 20母头引脚，在HUB75连接器插槽上定位两个CON 8公头引脚后，我们将电路板翻转过来，使用烙铁焊接它们的焊盘。

最后，我们将锂电池重新安装在电池支架中，并将树莓派PICO定位在CON 20引脚上。

完成PICO驱动程序组装。

PCB组装：按钮板

为了开始按钮板组装过程，我们首先从板的顶部定位按钮，然后我们从底部焊接它们的焊盘。

PICO驱动和矩阵组装

使用矩阵套件中包含的线束，我们首先连接PICO驱动器和矩阵。我们将线束的正极焊接到PICO DRIVER的5V输出，负极焊接到PICO DRIVER的GND。

接下来，我们将母线束连接器连接到矩阵的公连接器。

然后使用HUB75线束连接矩阵和PICO驱动程序gpio。它首先插入矩阵连接器，然后它的另一端连接到PICO驱动器。

测试素描：游戏人生

我们首先连接matrix和PICO DRIVE，然后使用我们之前转换的Game of Life代码(取自FastLED库的示例草图)闪现PICO，以查看我们的配置是否有效。

著名的元胞自动机“生命游戏”是由英国数学家约翰·霍顿·康威于1970年发明的。因为这是一款零玩家游戏，所以不需要额外的输入;相反地，游戏的进程是由其初始状态决定的。

游戏将以随机配置开始，并在它停止后以新的随机配置重新开始，是的，这个设置是图灵完成的。

我们在这里使用Adafruit_Protomatter库，在使用此代码之前，您需要在Arduino IDE上安装该库。

框架与矩阵装配

通过将两个3d打印手柄框架的安装孔与矩阵的安装孔对齐，我们现在可以将它们连接到矩阵的背面。然后使用6个M3螺栓将框架和矩阵连接在一起。我们可以很容易地连接框架和矩阵与M3螺栓感谢M3黄铜插入已添加到矩阵的背面。

按钮板框组件

从控制台前方定位按钮板，使用4颗M2螺钉固定。

微型驱动器和框架组件

现在，我们使用四个3d打印垫片将PICO DRIVER放置在3d打印框架上的控制台背面。

我们将PICO驱动器放在框架安装孔上方的四个垫片上，然后使用M3螺钉将PICO驱动器固定在框架上。

最终组装：按钮板和微型驱动器线连接

将DPAD按钮PCB和PICO驱动板连接在一起是组装过程中的最后阶段。

要做到这一点，我们首先向按钮板的CON5端口添加五根连接线，然后以正确的引脚顺序将每根连接线连接到PICO DRIVER。

按钮板的UP引脚连接GPIO7， DOWN引脚连接GPIO6， LEFT引脚连接GPIO15， RIGHT引脚连接GPIO14。

一旦PICO驱动器和按钮板之间的电线连接，我们小心地将额外的电线长度塞在框架内，并用一小块热胶固定。

贪吃蛇游戏控制台组装现已完成。

主要代码

这是我们在这个项目中使用的主要代码，它很简单。

本代码分为七个部分，分别是：

库和引脚定义-其中包括Adafruit_Protomatter库，用于控制RGB矩阵以及RGB信号，地址线，时钟，Snake长度，锁锁和输出启用以及按钮的引脚，也在这里定义。

矩阵初始化和蛇形结构——在这里，矩阵被设置为宽度、高度、RGB引脚、地址引脚、时钟、锁存器和输出使能。定义蛇段的结构，初始化蛇的长度、方向、颜色、食物位置、分数和游戏结束标志。

放置食物功能-将食物放置在母体上，确保它不会与蛇的位置重叠。

设置功能-初始化矩阵和按钮引脚。将蛇放置在屏幕中间并放置最初的食物。

drawscore在屏幕上显示分数。drawGameOver显示“游戏结束”消息和分数。

游戏逻辑功能- checkgameover检查蛇是否与自己碰撞，设置游戏结束标志。resetGame重置游戏变量并初始化蛇的位置。

主循环-控制主要的游戏逻辑，包括蛇的运动，食物的放置，分数更新，绘图和游戏结束检查。

循环检查按钮输入以控制蛇的方向，更新蛇的位置，处理屏幕包装，检查食物消耗，并更新显示。如果游戏结束，它会显示“游戏结束”消息，等待5秒，然后重置游戏。

结果

这是这个冗长但简单的构建的最终结果：一个功能完善的手持蛇游戏控制台。它有一个集成的电池，使用户可以随身携带，并在旅途中玩游戏。

我们可以用DPad控制Snake的动作。目标是消耗尽可能多的食物或红点;屏幕右上角的分数标记位置表示我们的进度。

Snake可以跨越显示边界，但是如果它在游戏过程中不小心割伤了自己，游戏便会结束，你便会看到一个红色屏幕，上面写着“游戏结束”以及你的分数。等待5秒后，游戏将重新开始并继续。

通过点击控制台背面的PUSH按钮，可以打开或关闭整个设备。

我们可以使用MICRO B线和标准的5V智能手机充电器为锂电池充电。充电期间状态LED将继续闪烁，但它将停止闪烁并在电池充满电后保持亮起。

本文编译自hackster.io