Zaloguj
Konsola Pico Arcade Mini jest wykonana z tanich i łatwodostępnych modułów, dzięki czemu każdy może skonstruować taki układ z elementów, które można zakupić w sklepach z elektroniką dla konstruktorów (takich, jak sklep AVT). Koszt wszystkich modułów, potrzebnych do zestawienia tej konsoli zamyka się w kwocie 50 dolarów (ok. 220 zł w momencie pisania artykułu). Aby uprościć konstrukcję urządzenia, autor zastosował technologię druku 3D do wykonania nie tylko obudowy urządzenia, ale także, swego rodzaju płytki drukowanej. Dzięki temu wyeliminowało złącza, skomplikowane okablowanie i wiele niejasności dotyczących konstrukcji, a dodatkowo projekt jest super kompaktowy.
Opis konstrukcji
Konsola bazuje na mikrokontrolerze Raspberry Pi RP2040, który znajduje się na płytce Raspberry Pi Pico. Do układu dołączono kolorowy ekran TFT o przekątnej 2,4 cala, joystick – 5-pozycyjny przełącznik oraz dodatkowe trzy dotykowe przyciski, które są całkowicie bezgłośne podczas grania. System zasilany jest z akumulatora litowo-polimerowego i ma wbudowany system zarządzania baterią, fizyczny włącznik zasilania i wskaźnik stanu naładowania i oczywiście ładowarkę.
Urządzenie wyposażono dodatkowo w dwa złącza z interfejsem I2C, które pozwalają na podłączenie dodatkowych elementów, takich jak żyroskop/moduł IMU, GPS czy różne inne detektory, sensory itp. Do urządzenia może być podłączony żyroskop/akcelerometr GY521. Będzie on działał jako kontroler w jednej z gier demonstracyjnych w domyślnym oprogramowaniu.
Konstrukcja jest wykonana ze standardowego tworzywa PLA bez specjalnych atramentów i włókien. Dzięki temu elementy drukowane można wykonać na każdej drukarce 3D z użyciem łatwo dostępnego filamentu. Konsola jest bardzo kompaktowa i cienka – ma jedynie około 10 mm grubości. Dzięki wykonaniu w pełni drukowanej w 3D konstrukcji wszystkie elementy są do siebie dopasowane, a jednocześnie proste do wykonania w domu.
Oprogramowanie udostępnione przez autora projektu można podzielić na dwie części. Pierwsza z nich to skompilowane do pliku UF2 oprogramowanie firmware z 3 grami demonstracyjnymi i zestawem wygaszaczy ekranu. Drugą częścią jest potężny zestaw do rozwoju własnego oprogramowania (SDK) dostępny w repozytorium na GitHubie.
Jak obiecuje autor, wykonanie tego projektu powinno zająć zaledwie kilka godzin, wliczając w to także czas wydruku PCB, które można okablować podczas drukowania obudowy.
Potrzebne elementy
Do zbudowania układu potrzebne będą następujące komponenty:
- akumulator litowo-polimerowy 3,7 V o pojemności 600 mAh (model 502060),
- pięciokanałowy moduł wyłącznika dotykowego,
- ekran o przekątnej 2,4” i rozdzielczości 240×320 z kontrolerem ILI9341 z interfejsem SPI,
- płytka Raspberry Pi Pico,
- trzy przyciski dotykowe o wymiarach 8×8×5 mm,
- ładowarka akumulatorów litowo-polimerowych 18650 z wyjściem 5 V,
- drucik miedziany (niecynowany i pozbawiony emalii) o średnicy 0,4 mm,
- miniaturowy, 3-pinowy przełącznik suwakowy (korpus 8,5×3,7×3,5 mm),
- dwie płytki z wyprowadzeniami micro USB,
- opcjonalnie – moduł z IMU GY-521 z interfejsem I2C (akcelerometr + żyroskop),
- przewód do podłączenia do USB – do wgrywania oprogramowani i ładowania akumulatora.
Oczywiście potrzebne będą też pewne narzędzia, które pozwolą nam wyprodukować elementy i zmontować konsolę w całość. Do konstrukcji tego urządzenia musimy mieć dostęp do:
- drukarki 3D,
- stanowisko do lutowania z lutownicą, wentylacją itd.,
- komputer do pobrania i instalacji firmware (PC/Mac/Raspberry Pi itp.),
- mała wiertarka,
- przyrząd do ściągania izolacji,
- materiały do lutowania,
- taśma klejąca.
Elementy wykonane za pomocą drukarki 3D
Pierwszym krokiem w budowie konsoli jest przygotowanie drukowanych elementów. Najpierw należy pobrać dołączone do projektu pliki drukarki 3D (STL). Układ składa się z trzech (lub czterech) drukowanych elementów:
- płytki drukowanej,
- tylnej części obudowy,
- przedniego panelu,
- opcjonalnie: obudowy modułu inercyjnego – tzw. „krążek”.
Elementy do wydruku zostały pokazane są na fotografii 1.
W pierwszej kolejności drukujemy płytkę dla elektroniki. Zajmuje to około 1 godziny na typowej drukarce 3D (Prusa lub Ender) przy użyciu standardowego filamentu PLA. Po wydrukowaniu płytki można przystąpić do prac nad okablowaniem. W międzyczasie należy zacząć drukowanie pozostałych elementów konsoli – frontu i tyłu systemu. Sam druk jest dosyć prosty, jednakże jest kilka aspektów, na które trzeba uważać. Projektant urządzenia załącza szereg wskazówek:
- płytka drukowana może być wydrukowana w jakości roboczej z grubością warstwy 0,3 mm;
- tylna część obudowy nie wymaga specjalnych ustawień (jakość robocza, warstwa 0,3 mm);
- przedni panel wymaga wydrukowania pełnego podparcia pod spodem oraz lepszej jakości druku – warstwy o grubości 0,2...0,1 mm i druk w średniej lub wysokiej jakości;
- krążek należy wydrukować w wysokiej jakości z warstwą o wysokości 0,1 mm. Element ten wymaga podpór wewnątrz sekcji skrzyni i wewnętrznej krawędzi.
Drukowana płytka drukowana?
Ciekawym elementem systemu jest płytka drukowana, która jest... drukowana w technologii druku 3D. Jako, że w ten sposób nie da się wyprodukować przewodzących ścieżek, trzeba dodać je później, manualnie. Autor wymyślił bardzo ciekawą technikę, zobrazowaną na rysunku 1.
Na fotografii 2a pokazano gotową płytkę z umieszczonymi miedzianymi „ścieżkami”. Jeśli mamy problemy z uzyskaniem tego efektu, istnieje kilka prostych rzeczy, jakie możemy zrobić. Jeśli ścieżka jest bardzo mała, należy wstępnie wygiąć drucik o takim samym rozmiarze jak ścieżka. Następnie można umieścić go na miejscu. Jeśli mamy problem z wypadającymi drucikami, można użyć taśmy maskującej, aby utrzymać je w miejscu, jak pokazano na fotografii 2b. Finalnie całą płytkę PCB dobrze jest pokryć taką taśmą, aby uniknąć zwarć z elementami. Zostawiamy odkryte tylko miejsca obsadzania elementów. Obsadzenie wszystkich drucików na ścieżce, w zależności od umiejętności, powinno zająć około 30...60 minut.
Następnie na płytce montujemy elementy. Należy upewnić się, że druciki ustawione są możliwie pionowo, aby łatwo było nałożyć moduły. Pokazano to dokładnie na rysunkach 2 oraz 3.
Po zamontowaniu poszczególnych elementów można płytkę drukowaną zamknąć w obudowie. Gdy skończymy lutowanie elementów, obudowa powinna być już wydrukowana. Należy ostrożnie docisnąć osłonę do zestawu Pico Arcade Mini, a następnie zatrzasnąć przycisk joysticka (pad) na mini-joysticku. Uwaga – element te są kwadratowe, więc mogą pasować do siebie na cztery sposoby!
Montaż modułu z żyroskopem
Na rysunku 4 pokazano, krok po kroku, jak zmontować żyroskopowy kontroler do gry. Po podłączeniu kontrolera do konsoli można korzystać z niego w SDK. Analogicznie podłączać można do konsoli inne urządzenia wykorzystujące interfejs I2C.
Programowanie modułu
Instalowanie gier i wersji demonstracyjnych jest bardzo proste. Wystarczy tylko pobrać z repozytorium autora projektu plik UF2, a następnie podłączyć Pico Arcade Mini do komputera. Po jego włączeniu i przytrzymaniu przycisku na Pico Arcade Mini (w pobliżu portu Pico) i podłączeniu układu do komputera można zainstalować plik UF2. Komputer wykryje Pico, jako dysk USB, należy okno folderu Pico i przeciągnąć tam plik UF2 do folderu Pico. Instalacja trwa kilka sekund, po czym na ekranie powinna pojawić się pierwsza gra – Breakout (rysunek 5).
Pakiet SDK do rozwoju własnego firmware
Co jeszcze można zrobić z Pico Arcade Mini z pakietem programistycznym SDK? Wszystko, co możesz sobie wyobrazić! Do Pico Arcade można podłączyć wiele urządzeń I2C, więc nie musi to być tylko automat do gier. Autor przedstawia w źródłowym artykule szereg pomysłów funkcji, które można samodzielnie zaimplementować:
- podwójne sterowanie dla 2 graczy,
- lokalizator GPS,
- oscyloskop cyfrowy,
- wyjście audio przez I2C,
- dodać klawiaturę muzyczną na I2C,
- stacja pogodowa,
- kompas elektroniczny,
- monitor pracy serca,
- wykrywacz gazu,
- komunikacja przez Wi-Fi lub Bluetooth,
- czujnik dźwięku z mikrofonem cyfrowym.
Podsumowanie
Ta prosta konsolka pozwala nie tylko na zbudowanie naprawdę kieszonkowej konstrukcji do gier i zabaw, ale także na tworzenie własnych aplikacji dla tego urządzenia. Dzięki wyprowadzeniu interfejsu I2C do urządzenia podłączać można różne sensory i urządzenia, co znacznie poszerza możliwości konsoli. Może to być nie tylko gra, ale także np. układ do pomiarów.
Nikodem Czechowski, EP
Źródła
https://www.instructables.com/Pico-Arcade-Mini/
https://github.com/timskillman/
