Projekt 47a: LED-Tetris

Autoren: Rudi Sugandi, Eugen Preger
Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabe

Tetris mit LED-Streifen und Arduino c‘t Make: 1/2015

Erwartungen an die Projektlösung

Lesen Sie den Artikel in c‘t hacks 1/2015 (S. 12ff)
Planen Sie den Aufbau
Beschaffen Sie die Bauteile
Realisierung des Aufbaus
Machen Sie ein spektakuläres Videos, welches die Funktion visualisiert.
Test und wiss. Dokumentation
Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Schwierigkeitsgrad

Anspruchsvoll (**)

Einleitung

In diesem Projekt geht es darum, eine Retro-Spielstation mit einem LED-Display herzustellen und darauf eine spielbare Version des Klassikers „Tetris“ zu laden. Ein Artikel aus der Zeitschrift „c't MAKE (1/2015)“ diente uns dabei als Vorlage.

Planung

In der frühen Planungsphase erkundigt man sich nach früheren Projekten, die ähnliches gebaut haben. Auf der Videoplattform YouTube bestaunt man, wie andere Menschen das Tetris-Spiel mit LEDs realisiert haben. Dies ist die Grundlage für weitere Vorbereitungsarbeiten.

Vorbereitung

Vor der Materialbeschaffung prüft man zunächst, welche Möglichkeiten zur Verfügung stehen (finanziell und Werkzeuge), sowie welche Materialien verwendet werden sollen. Dann skizziert man den Aufbau oder fertigt eine technische Zeichnung an. Schließlich erstellt man eine Materialliste und bestellt bei einem Händler, der möglichst alles auf Lager hat, was man benötigt, um Versandkosten zu sparen.

Verwendete Materialien

RGB LED-Steifen WS2812B (60 LEDs/Meter): 3 Meter
Taster: 4 Stück
Steckernetzteil: 5V, 3A
Arduino NANO / UNO
MDF-Platten (300x200x8 mm): 3 Stück
Kippschalter: 250 V/AC 1,5A: 1 Stück
Widerstand 220 Ohm: 1 Stück
Widerstand 60 Ohm: 1 Stück
Europlatine Hartpapier: 2 Stück
Kabel: 0,5 / 0,75 mm²: 3 Meter
Sekundenkleber

optional:

Magnetischer Summer (für Tonwidergabe): 1 Stück
Potentiometer (Lautstärkeregelung): 1 Stück
Steckachse für Potentiometer: 1 Stück
Folie / Papier (zur Auskleidung des Gehäuses)

Verwendete Software

Arduino IDE 1.7.8 (freeware)
Fritzing 0.9.2 (Freeware)

Durchführung

Im Folgenden wird der Aufbau der Spielstation beschrieben.

Display

Man schneidet die LED-Streifen in passende Längen zu. Für eine Bildschirmgröße von 10 x 15 Pixeln wie in unserem Fall empfiehlt es sich, 10 Streifen à 15 LEDs zuzuschneiden. Das Zuschneiden von 15 Streifen à 10 LEDs hat zur Folge, dass der Lötaufwand steigt. In beiden Varianten kommt es zu keinem Verschnitt bei den Streifen, da eine LED-Rolle à 1 Meter Länge aus 60 LEDs besteht. Wenn man den Zuschnitt erledigt hat, klebt man die zugeschnittenen selbstklebenden LED-Streifen auf eine der MDF-Platten, die später die Rückplatte der Spielstation wird. Beim Drankleben der Streifen ist der richtige Abstand der Streifen zu beachten. Die LEDs beim WS2812B haben einen Abstand von 16,67mm zueinander. Darum sollten auch die Streifen parallel und im gleichen Abstand geklebt werden, damit die spätere Bildschirmwiedergabe nicht verzerrt wirkt. Sind die LED-Streifen gleichmäßig auf der Rückplatte fixiert, bohrt man am Anfang und am Ende jedes Streifens je 2 Löcher à 2mm Durchmesser durch die Rückplatte. Die Löcher benötigt man für die Spannungsversorgung (5V) und die Datenleitung (DIN) auf einer Seite, sowie Masse (GND) und Datenleitung (DOUT) auf der anderen Seite. Die Leitungen werden an die Streifen gelötet und durch die Löcher zur Rückseite der Platte geführt. Die 10 Spannungsversorgungsleitungen auf der einen, sowie die 10 Masseleitungen auf der anderen Seite verbindet man je miteinander, um eine einzelne Leitung für die Spannungsversorgung und eine für die Masse zu haben. Die Datenleitungen werden dagegen vom DOUT eines Streifens zum DIN des nächsten Streifens bis zum letzten Streifen durchgeschliffen. Der DOUT Anschluss des letzten Streifens bleibt frei.

Blendwerk

Die zweite MDF-Platte wird später als Blendwerk für die LEDs dienen und wird auf die andere Platte draufgelegt. Doch vorher muss diese Platte bearbeitet werden. Dazu wird zunächst sorgfältig und präzise eine Matrix eingezeichnet, auf der man die Positionen aller Bohrlöcher für die LEDs sieht. Dann werden mit einem dünnen Bohrer alle 150 Löcher vorgebohrt und mit einem Bohrer à 10 mm Durchmesser die Löcher vergrößert. Bei den Bohrarbeiten ist auf hohe Präzision zu achten, damit alle Bohrlöcher den gleichen Abstand zueinander haben. Anschließend werden alle 150 Bohrlöcher mit einem Senker auf einen Durchmesser von 15 mm auf der Oberkante der Platte entgratet. Kleine Unterschiede in den Bohrlochabständen des vorangegangenen Arbeitsschrittes können durch das Senken ausgeglichen werden, sodass man dennoch einen gleichmäßigen sichtbaren Pixelabstand hat. Optional kann man jetzt auf einfachem herkömmlichen DinA4 Blatt oder einer nicht ganz transparenten Folie eine Lochmaske ausdrucken, die auf das Blendwerk gelegt werden kann. Der gedruckte schwarze Bereich um die Bohrlöcher maximiert den Kontrast, während der übrige weiße Teil möglichst viel Licht von den LEDs in Form von Kreisen à 15 mm durchlässt. Ohne Die Abdeckung des Blendwerkes mit Papier oder Ähnlichem sind später die einzelnen SMD-LEDs sichtbar und können für den Spieler als unangenehm blendend wirken.

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