基于WS2811实现的宾果游戏机设计方案

背景

之前和朋友路过ACTION商店时，我发现了一个价格可以接受的数字LED（包括12V电源适配器，甚至包括带红外遥控器的控制器）。于是我决定买下来并做一个可以和他们一起玩的宾果机，方法则是用我的ArduinoUno来控制LED灯条。

尽管在包装或LED灯条本身上没有任何说明，但我发现这是一种灯条，由三个5050LED段组成，每3个LED使用一个WS2811驱动器。

我将条带连接到ArduinoUno以使用AdafruitNeoPixel库和一些示例代码（例如RGBWstrandtest）对其进行试验。

起初我构思了一场头脑风暴，并产生了使用这些东西制作A4大小的7段显示器的想法。如上图所示的七个条带部分可以完成这项工作，另外还有一个用于显示屏上的小数点。这就可以使用8个段分别有效地并且只需Arduino的一个输出引脚来控制，并由ACTION包中已包含的12V适配器供电。

但现在只有一个7段显示器，我能做什么？

我决定制作其中的2个，并使用它们构建一个宾果机，在按下按钮后显示1到75之间的随机数。

第1步：制作7段显示器

显示器的整个制作过程非常漫长。制作的简短版本如下：

两种A4尺寸的显示器都是用传统的方法和材料制成的。我使用的是激光切割机和3D打印机，整个过程会有所不同，并且更加简单。

在制作的过程中，我还慢慢发现，制作这个项目也非常具有挑战性和乐趣味。

对于LED灯条，我使用了16个部分，每个部分是从ACTION的WS2811LED灯条上切割下来的。

这些段通过焊接线连接到条带的+12V、GND和Do和Di，具体的操作方法你可以在互联网上寻找。

外壳的新正面由宜家的白色半透明砧板材料制成。

使用模板从板顶部的涂漆层（黑色底漆）中切割出一部分。

一条音频电缆（取自ACTION）用于通过220Ω电阻将7段显示器与3根电线（12V、GND和数据输入）连接到Arduino。

我修改了外壳以便更轻松插入音频连接器。

第2步：制作记分牌

同时我准备再做一个记分牌显示器，以显示生成的随机数、一个用于生成新数字的按钮和一个用于结束和启动新一轮的“宾果按钮”。

记分牌使用与外壳相同的ACTION钉板制成。盖板由深灰色切菜板制成，上面钻有几个孔洞。顶盖由宜家砧板制成。两层之间是相纸上的打印件和保护性透明箔。

另一面贴在砧板背面的有5个部分，每个部分又有15个WS2812LED加上3*8个LED条部分，用于显示背光“BINGO”一词。

第3步：制作硬件

针对硬件方面，我用的是Arduino和无焊面包板，以完成对LED灯条和7段显示器的编码和播放的初步实验。

大的瞬时按钮连接到GND和Uno的数字IO引脚2，按下按钮就开始生成新的随机数。在短暂的“灯光秀1”之后，随机数会显示在两个7段显示器上。

用于在7段显示器上创建数字的表格如下：

为了帮助构建ArduinoSketch，我制作了一些简单的流程图，这是一个用于非商业用途的免费版本（一旦你习惯了一些固有的限制，就可以使它基于此正常工作）。

生成的数字存储在一个名为SCORE［］的数组中，该数组由75个位置组成，用“0”或“1”填充。如果生成的新数已经存在，则自动生成一个新的随机数。

新号码在记分牌上亮起（有75个号码），同时新号码显示在7段显示器上

记分牌不断显示生成的所有随机数，直到达成有效的“BINGO”，一个名为“BINGO”的按钮将以简短的“BingoLightShow”结束回合

达成后SCORE数组被清除，就可以开始新的一轮。

当然，也可以随时通过切换电源开关（断开12V电源）来开始新一轮，这将重置Arduino并重新启动程序。

第4步：电子设备

我用了一个12V、2A充电器为整个BingoMachine供电。

Arduino电源插孔上的12V输入已修改为启用电源切换（开-关）。

用于记分牌的99个LED（75+24）的5V电源是通过7805稳压器从12V输入电源获得的（它几乎可以处理WS2812LED灯条吸收的电流），同时我有添加一个功率晶体管来处理主要由记分板内的99个WS2812LED消耗的所需5V电源。我以这种方式为Arduino制作了草图记分牌的电力需求适中。

Fritzing图中的布局如下所示：

请注意，Bingo记分板上的7段LED部分（12V）以及照亮数字1-75的LED灯条均由Uno的同一个输出引脚（6）控制。