动手制作：树莓派打造复古游戏LED显示器 🕹️

▲ 完整演示视频文末观看

该项目利用一个基于WS2812的20x10像素的LED显示屏，尺寸为78x35厘米，实现可以轻松地安装在客厅中玩复古游戏。
该矩阵屏的第一个版本建于2016年，并由许多其他人重建。这次经验被用来总结所有改进，以构建新版本的矩阵屏，并将其现在带入教学网站。

主要的新功能是Raspberry Pi Zero的更新，而不是使用Pi A和Arduino，并用蓝牙游戏手柄代替了以前的大型控制器。此外，软件也得到了改进，包括模拟器，即使您无法访问矩阵硬件，该模拟器也可以使您在计算机上开发代码。

该LED矩阵屏的一个特殊功能是特殊的木质贴面，当LED禁用时，它可以遮盖住LED。这极大地提高了非技术人员的接受度；-)

当然，如果您所在的国家/地区没有这种特殊的贴面，您还可以使用其他诸如丙烯酸树脂之类的扩散材料来隐藏LED。

耗材：

Raspberry Pi Zero W（如果经过一些调整，其他型号也可以使用）
200 LED / ss（30 LED /m的WS2812B LED灯带）
带有MAX7219的SPI LED矩阵显示器 *4
电缆线
蓝牙游戏手柄
电源5V，至少5A
用于激光切割的MDF木材
木质贴面或丙烯酸扩散板
电容，电阻
一些螺丝

步骤1：激光切割

矩阵屏的基础结构由MDF木材制成，厚度为3mm，并通过激光切割机切割。如果您没有激光切割机，可以寻求在线服务或者与当地的创客空间联系，比如上海的创客朋友可以找蘑菇云创客空间。

或者也可以使用纸板或其他较轻的材料，但是附件的材料设计为3mm的厚度，因此较薄或较厚的材料需要重新设计文件。设计是在Fusion 360中完成的。

大多数零件只是通过滑动就位而保持在一起，只有某些零件（如外框）应使用木胶将其粘合在一起。在涂任何胶水之前，请确保您之前的步骤是正确的。此外，还必须粘贴木质贴面，但这是确保一切正常之后的最后一步。

在背板的右侧（下部），有一个切割的部分，用于将电子元件固定到矩阵屏上，并且当胶合单板时仍然可以接通这些元件。

文件文末下载。

步骤2：安装LED

LED灯条是标准的30 LED / m WS2812灯条，可在亚马逊，eBay或世界各地的其他在线商店购买，国内用户可以在DF官方商城购买。通常，这也是最便宜的可寻址LED灯带。

如果要使用其他LED，则必须确保30个LED/米的距离以适合矩阵图案。激光切割段具有较小的切割区域，以适合10厘米的LED宽度。该LED灯带的背面带有双面胶带，因此您可以在精确定位后直接将它们直接粘贴到MDF上。在使用胶带之前，请检查每条灯带的正确方向（DIN-DOUT方向）。

接线方式为锯齿形，因此在最后，矩阵屏只有一个输入引脚，电缆长度应尽可能短。为了正确分配电源并减少矩阵屏顶部的布线，每个LED灯条都连接到矩阵屏底部的5V和GND。您可以使用单线或原型PCB来分配5V和GND线。

步骤3：组装

上述视图有助于识别装配的正确零件。只需按照分步安装图片进行操作即可。背板具有交叉结构，以固定长侧壁和一些短侧壁。如果您在安装部件时遇到问题，请使用砂纸进行处理。

步骤4：焊接

有多种方法可以将不同灯带的电源线焊接在一起。您可以使用单根电线或某种铜制共轨来焊接不同的电线。在这种情况下，使用原型PCB块将电源轨引导到灯带。WS2812B灯带已经有单独的电源电缆，您可以使用它们将电源轨连接到第一个灯带输入（图片的左侧）。

步骤5：安装SPI显示

为了显示游戏成绩和文字，使用了基于LED驱动器MAX7219的LED矩阵屏显示器。它通过SPI（串行外围接口）连接到Raspberry Pi。四个8x8显示器组合成一个32x8像素点矩阵显示器。您可以在网上购买这种8x8像素显示器，也可以购买32x8像素组合显示器。

同样，您有不同的颜色选择；在这种情况下，使用红色显示。因为SPI就像移位寄存器一样工作，所以通过将第一个矩阵的数据连接到第二个矩阵的数据输入，依次将这些显示器串联在一起，依此类推，从显示器的右侧开始。

如果此显示直接放置在饰面板层的后面，则只能从外部读取。如果没有，则只有红色模糊可见。因此，您必须将其安装在背板切口段的顶部，背板表面与矩阵屏表面之间的距离为30mm。我使用了一些剩余的木制件和螺钉来适应底板和PCB之间缺少的19毫米，您也可以使用任何外部类型的垫片。

显示屏的接线在步骤7中显示。

步骤6：安装树莓派

在此安装中，使用了Raspberry Pi Zero。您也可以使用任何其他Raspberry Pi型号，但是较新的型号具有集成的WiFi和蓝牙，可以轻松连接到无线游戏手柄并简化编程。
您可以使用至少两个螺钉和小的垫片将Pi固定到背板上，以固定Pi。

对于Raspberry Pi Zero W，使用以下引脚：

PIN 2：5V
PIN 6：GND
GPIO18-> LED灯条
GPIO11：SPI CLK -> MAX7219 matrix CLK
GPIO10：SPI MOSI -> MAX7219 matrix DIN
GPIO8：SPI CS -> MAX7219 matrix CS

步骤7：接线和电源

根据接线方案进行接线。电源为5V直流电源。

为了方便矩阵屏的开/关切换，在电源插头和矩阵屏电路之间增加了一个开关。但是，由于Raspberry Pi不喜欢硬关闭，因此软件中有一个关闭选项，可以在切换矩阵屏之前通过Gamepad安全关闭Pi。

LED灯条DIN引脚通过电阻连接到Pi，还添加了一个大电容（4700uF）来缓冲电源。有关更多详细信息，请查看AdafruitÜberguidefor Neopixels。

每个LED消耗的最大电流为60mA，因此最大电流为200x60mA = 12A是可以的！！！通过降低亮度并且不使用所有全白LED，这虽然是一个理论值，但取决于达到最大电流的代码。因此，选择足够大的电源非常重要。对于大多数应用，具有5V / 5A（25W）的电源就足够了。

要将背板与PI和矩阵显示器固定在一起，可以使用一些小木块将它们的边缘固定，也可以使用螺钉将背板固定到位。

步骤8：设定树莓派

1.下载最新的Raspian lite版镜像

2.复制到SD卡，8GB就足够了。

3.在使用SD卡启动Pi之前，请准备好WIFI和SSH访问

4.将SD卡插入任何计算机，启动文件夹应可访问

5.将以下行复制到文件wpa_supplicant.conf（如果不存在，请生成文件）并根据您的Wifi和区域更改参数

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev<br>country=US
update_config=1
network={
ssid="Home Wifi"
psk="mypassword"
key_mgmt=WPA-PSK
}

6.添加一个名为ssh（没有任何扩展名）的空文件以启动以启用ssh访问

7.现在，将SD卡插入Raspberry Pi并启动它。检查您的wifi路由器以获取Pi的IP地址

8.使用终端（Linux，Mac）或例如Putty（Windows），启动到Pi的SSH连接。插入Pi的IP而不是192.168.xy

ssh pi@192.168.x.y

9.更新Pi（需要一些时间！）

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

10.安装pip和设置tool

sudo apt-get install python3-pip

sudo pip3 install --upgrade setuptool

11.安装Neopixel驱动程序，ws281x lib，pygame和libsdl

sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixels

sudo pip3 install pygame

sudo apt-get install libsdl1.2-dev

sudo pip3 install --upgrade luma.led_matrix

12.通过调用raps-config启用SPI，导航至5接口选项/ P4 SPI /Enable

sudo raspi-config

13.添加蓝牙游戏手柄

sudo bluetoothctl
[bluetooth]# agent on
[bluetooth]# pairable on
[bluetooth]# scan on
[bluetooth]# pair aa:bb:cc:dd:ee:ff
[bluetooth]# trust aa:bb:cc:dd:ee:ff
[bluetooth]# connect aa:bb:cc:dd:ee:ff
[bluetooth]# quit

其中aa：bb：cc：dd：ee：ff是您的蓝牙游戏手柄的MAC地址。调用“ scan on”命令后，会显示该地址。确保您的蓝牙控制器已准备好配对，请检查控制器手册以了解如何进行配对。

14.现在，您可以通过以下方式连接到Pi，默认密码是raspberry（Windows用户可以使用Putty）：

ssh pi@192.168.x.y

步骤9：Python代码，测试和模拟器

可以在Github上找到代码。games_pi_only.py和所有bmp文件都是必需的。

git clone https://github.com/makeTVee/ledmatrix/tree/master/python/pi_only

该代码具有一个选项，可以使用pygame在Pi之外的模拟模式下运行，以模拟矩阵屏。这对开发新功能非常有帮助，而无需直接访问矩阵屏硬件。而且调试也容易得多。您必须设置PI常数才能激活仿真模式（第15行）：

PI=False

在此模拟模式下，还可以使用键盘代替蓝牙游戏手柄。按钮1、2、3、4分别映射到游戏手柄的A，B，X，Y，方向箭头键，“ s”表示开始，“ x”表示选择。您可以使用标准编辑器以及控制台，也可以使用某些集成的IDE（例如Micosoft Visual Studio Code或Jetbrain PyCharm）在PC上进行开发。

如果使用矩阵和Raspberry Pi，则必须定义：

PI=True

要将代码复制到Raspberry Pi，可以使用scp命令。打开控制台窗口，切换到包含Github文件的文件夹并调用

scp games_pi_only pi@192.168.x.y:/home/pi
scp *.bmp pi@192.168.x.y:/home/pi

然后通过ssh连接到Pi（Windows用户可以使用Putty）：

ssh pi@192.168.x.y

成功登录后，您可以通过调用以下命令来启动python代码：

sudo python3 games_pi_only.py

如果代码正确运行，则可以通过调用以下命令启用自动启动：

sudo nano /etc/rc.local

并在出口0之前添加以下行：