Arduino Arcade LEGO 游戏盒

必要的工具和机器

烙铁（通用）

应用和在线服务

Arduino IDE

关于这个项目

如果您有孩子，您可能会面临与我们为他们购买的乐高玩具相同的问题。他们组装并玩耍，但过了一会儿，这些布景变成了一堆砖块。孩子们长大了，你不知道该怎么处理这堆东西。

我们决定回收不需要的乐高积木并创建一个街机游戏。

这个循序渐进的指南是几个月工作的结果，使游戏具有可重复性和极低的成本。几乎任何人都可以重复这个项目！代码的编写方式没有依赖项，可以在任何 Arduino 板上编译。当然，我们的孩子已经对游戏进行了深入测试:-)

这款游戏与之前发布的许多其他游戏有何不同？

首先，它内置了5款游戏：

• 记忆游戏（类似“Simon-Says”，类似于 Touch Me 游戏）

• 反应游戏（类似于打地鼠游戏）

• 竞赛/竞赛游戏（2-4 名玩家）

• Melody 游戏（幼儿和较小儿童的推玩免费模式）

• 战争游戏（2-4 名成人）

其次，它有一个很棒的设计（从我们的角度来看）并且可以很容易地重复。

第三，它对地球友好，因为它允许您回收塑料。

如果您更喜欢视频格式，本指南的末尾还有一个分步视频。

第 1 步：零件清单

如果你喜欢这个项目但没有一堆不需要的乐高积木，最简单的方法是购买乐高经典 10704 套装，里面有 900 块。

以下是创建此项目所需的项目列表：

• 1 公斤（2 磅）不需要的乐高积木（或其他品牌的类似积木，例如 Mega Bloks）

• 25 x 25 厘米乐高底板（或其他品牌的类似产品）。乐高底座有 32 x 32 点。如果你没有它 - 基本费用约为 3 美元，包括。在线购买的邮费（搜索词“32 25 blocks”）

• 30 x 30 厘米透明有机玻璃片（5 或 6 毫米厚）

• 4 个大型街机式 60 毫米按钮（我推荐红色、绿色、蓝色、黄色）（在线商店的搜索词：“60 毫米街机按钮”）。它们是此版本中最昂贵的组件，每个大约 2 美元。

• 2 x 半径为 16 毫米的瞬时按钮（我推荐白色和黑色）（搜索词：“16 毫米按钮”）

• 电源开/关摇臂开关 27x21mm 安装尺寸（我建议使用 4 针透明红色）（搜索词：“摇臂开关 16a”）

• Arduino Nano

• 1602液晶显示器和I2C连接模块

• 2 x 4ohm 5W 扬声器，尺寸 30 x 70 毫米（您可以使用任何其他小扬声器，但 CAD 绘图是为 30x70 毫米完成的）

• 8 x 6 厘米原型板或 830 针面包板

• 2x18650 可充电电池（可从废旧笔记本电脑电池中回收）

• 双 18650 电池座（搜索词：“holder 2 x 18650”）

• TP4056 充电控制器和放电保护器

• 5V 升压转换器（最小 500mA 即可）

• 小东西：一些电线、迷你 USB 电缆或 DIY 插头、PCB 分支上的微型 USB 插座、M3 螺栓/螺母/垫圈、4 个顶盖螺丝

• 电阻：6 x 100 ohm、1 x 1k、3 x 10k

第 2 步：构建盒子

这是您可以委托给孩子的项目中最简单的部分。

拿乐高 32x32 点底板并使用回收零件铺设墙壁。你总共应该有大约 9 层。我们为基地选择了浅灰色，因此随机颜色的砖墙是主要焦点。

没有盒子是相似的。构建图层时要有创意。甚至可以回收小零件 - 它们看起来很酷。不规则的形状也很好看。添加车窗、挡风玻璃、车门和箱子。

盒子必须至少有一个全尺寸的乐高门。需要在墙上安装翘板开关。

第 3 步：制作顶盖

顶盖由 5 或 6 毫米有机玻璃（透明亚克力板）制成。下载 CAD 图纸，把它放在 U 盘上，然后去最近的 CNC 车间 - 他们会为你铣削。 CAD图纸还包括翘板开关安装板（见图）。

您需要对顶板进行一些整理。用砂纸和木块做边缘斜角。还要钻孔以安装扬声器和 1602 显示器。 1602 显示器还需要在亚克力板的 LCD 窗口侧面铣削一个小三角形（见图）。我使用旋转工具 (dremel) 和一个小型铣刀在半深度下完成此操作。

步骤 4：将所有组件添加到顶盖

安装4个街机大按键、2个游戏切换/选择按键、2个扬声器和一个1602 LCD+I2C模块。一切都用M3螺丝+M3垫圈和后面的螺母固定。

在安装街机按钮之前 - 移除 LED 灯座。您需要对它们进行一些修改 - 请参阅下一步。

第 5 步：修改 Arcade 按钮中的 LED

这些街机按钮设计为在 12V 下运行。它们将使用 5V，这是该项目的默认电压，但它们会太暗。所以我从街机按钮上取下 LED 插座，滑出 LED 支架并取下带有电阻器的 LED。 460ohm 的电阻需要拆焊换上 100ohm。完成后，我将所有东西组装回去，并将带支架的 LED 安装到按钮中。

第 6 步：（可选）控制按钮标签

您可能已经注意到 2 个控制按钮上的标签。我们的第一个构建版本没有它们，但我决定在第二次重复构建时添加它们。

根据游戏状态，两个按钮都有多种功能。白色按钮开始选定的游戏或在某些游戏中确认选择。黑色按钮在游戏过程中改变选择的游戏或退出。

要制作圆形标签，您需要一块薄铝板（最大 1 毫米厚）、一个孔锯钻头、阶梯钻头和字母冲头（见图）。首先，您使用孔锯切割圆圈。然后使用阶梯钻头扩大内径，然后使用字母打孔器创建标签。为了让字母更显眼，请使用永久性黑色记号笔 (sharpie)。

第 7 步：制作分线板

你在这里有两个选择。要么使用面包板并通过面包板将 Arduino 与电缆连接起来，要么在 LCD 面板的背面安装一个小分线器。

对于第一次构建，我们使用了面包板（见图）。对于第二个构建，我们决定花更多时间来创建分线板。功能没有改变，但电线更少，分线隐藏在液晶面板下方。

如果您选择使用分线板，请使用 8x6 原型板并按照图片所示进行切割。较大的部分将用于突破，较小的部分将用于创建电源。

将 Arduino Nano 焊接到这个原型板上。

第 8 步：接线

根据图表准备一些电缆并将您的设置、开关和连接线连接到 Nano。

自从我开始使用以太网双绞线电缆 - 我忘记了为我的项目从哪里采购电线这一令人头疼的问题。它们是不同的颜色并且是多核的，因此它们不容易损坏。使用它们时，您唯一需要注意的是焊接速度必须非常快，以免烧毁绝缘层。

注意 100 欧姆电阻是如何连接到扬声器的。

关于连接的一些注意事项：

• 黑色/白色控制按钮从引脚 D2/3 直接连接到地，因为 Nano 中使用了内部上拉电阻。

• A4/5 连接到 I2C SDA/SCL 引脚。这是 LCD I2C 模块所必需的。

• 扬声器必须连接到 D10/11，因为这些引脚启用了 PWM。

• 建议添加一条小铜线作为地轨，以便更轻松地连接所有地线（大约有 5 条）。

第 9 步：连接按钮

所有 Arcade 按钮都通过一系列电阻连接到单个引脚 A1。 A1 设置为内部模拟上拉。这是 Arduino 鲜为人知的功能之一，它帮助我们节省了连接按钮的电线数量。

因此设置如下：从 A1 通过 1k 电阻到第一个按钮。从按钮 1 到按钮 2 到 10k。从 button2 到 button3 到 10k，从 button3 到 button4 到 10k。 “关闭”状态下的每个按钮都对地面短路。由于 LED 的每个按钮上已经有接地，因此每个开关的第二个引脚都连接到 LED 的接地。看图了解接线。

此时，将 Mini-USB 电缆插入 Arduino Nano 应该允许您在上传草图后玩游戏。您只需要一个电源即可使游戏便携。

步骤 10：安装电池

我使用了两节从废旧笔记本电脑电池中回收的 18650 电池。这些是较低容量的（大约 600mAh），我不想用于更高负载的应用程序。该设备并没有真正使用那么多电量，因此这应该足以运行几天的游戏。

电池安装在双18650电池座中，并有一个易于连接电源的连接器。

第 11 步：安装 USB 插座扩展器

游戏应该可以在不拆机的情况下充电和升级固件。所以我钻了一个块来隐藏 Micro-USB 连接器。

为了将 USB 从砖墙扩展到 Arduino Nano，我拿了一根 Mini-USB 电缆，切掉了 USB-A 端（大 USB 连接器）并剥去了电线。就我而言，红色/黑色是电源，白色/绿色是 D+/- 连接。

D+/- 需要焊接到 Micro-USB 接口上。 5V和地（红/黑）需要通过电源。

如果 Nano 使用 Mini-USB，为什么选择 Micro-USB 分线？ 仅仅是因为 Micro-USB 在我们的家庭中无处不在 - 它用于为手机和其他设备充电。这样你就可以用你的电话线给游戏充电和升级固件了:-)

第 12 步：制作电源

我拿了较小的原型板，将 TP4056 电池充电器和保护模块以及 5V 升压器焊接到它上面。

TP4056 的输入来自 Micro-USB 插座。电池电缆连接到标记为 B+/- 的 TP4056 引脚。标记为 OUT+/- 的引脚将进入翘板开关。从摇臂开关 +/- 连接进入 5V 升压器模块，从升压器输出连接来自剥开的 USB 电缆的红/黑线。

看图了解接线。

第 13 步：环氧树脂 Micro USB 分线

我使用了一些环氧树脂来修复乐高积木中的 Micro-USB 突破口。治愈后，插座会比手机上的插座更坚固，这样孩子们就可以为游戏充电并且不会坏。

我建议对这部分使用快速固化环氧树脂。如果没有，请在树脂中加入一点固化剂，然后静置一段时间。

第 14 步：安装翘板开关，连接电源线

这个开关是巨大的。它专为 250V 电源电压而设计。但我仍然使用这个模型，因为它看起来很棒并且非常适合标准的乐高城门。所以我将开关插入安装板，然后用 2 个螺钉将板固定在砖墙上（墙是预先钻孔的）。

此外，现在可以最终安装线束以及环氧树脂到乐高积木中的 Micro-USB 分线。注意如何使用一些额外的积木将组件连接到底座上。

第 15 步：盖上盖子

将 Mini-USB 数据线插入固定在顶盖上的 Arduino Nano 并盖上盖子。

我在墙上预先钻了 4 个孔，并用 4 个螺钉将顶部固定到盒子上。

第 16 步：代码

游戏的第一个版本是我写的，然后是我朋友亚历克斯的新 4 个版本，他又添加了 4 个游戏并清理了代码以达到完美。我们还使用了 Reyboz 的作品来制作声音 - 与使用 Arduino 的 Tone 库默认产生的声音相比，使用此代码产生的声音水平令人惊叹。

如前所述，经过孩子们的大量 QA 测试后，代码已经优化了数月，目前我们已将第 4 版上传到 GitHub。

最新版源码：https://github.com/LenkaDesign/Arduino-Arcade-Lego-Games-Box

您需要做的就是安装 1602 I2C LCD 库（在 Arduino IDE 库管理器中可用），然后上传我们的代码。

首先上传button-calibration.ino 并在一张纸上记录每个 Arcade Button 产生的值。此脚本还将擦除 EEPROM，以便重置最高分。

之后，您在 Game-Settings.h 中更改 您校准并上传主 Lego-Games-Box.ino 的按钮值 文件，您可以开始播放（前提是您根据上面给出的原理图连接了所有东西）。

注意 ：如果您是为儿童制作此游戏，请在 Game-settings.h 中删除 String GameTitle[] ={"Memory Game", "Reaction Game", "Tournament Game", "Melody Game", "Nuclear War Game"}; 最后一个条目有规则，每个玩家选择敌人，可能对孩子们来说太敌对了。

第 17 步：详细的操作视频

如果您发现观看视频比阅读说明更容易，请观看此版本的视频版本。

第 18 步：游戏规则

目前已经实现了5个游戏。如果您对可以使用此框创建的游戏有更多想法 - 请在评论中告诉我们。我将简要介绍每场比赛，解释规则和如何玩。

翻转侧面的摇杆开关以打开乐高街机游戏盒。所有游戏都伴随着来自马里奥怀旧游戏的声音。启动时应该会听到马里奥游戏的启动旋律。

启动后，您将在 LCD 显示屏上看到现在选择的游戏。要更改游戏，请按黑色按钮。

确定您想玩的游戏后，只需点击白色按钮即可开始。

如果您想退出已经运行的游戏 - 您需要按黑色按钮。

启动时，您可以按红色按钮关闭声音（夜间模式） .

记忆游戏 （类似《Simon-Says》，类似于 Touch Me 游戏）

这些规则众所周知且简单。游戏向您展示了一系列音符/灯光，您需要重复它。每次向序列中添加一个音调/光。你活得越久，你的记忆力就越好。非常适合训练孩子和成人的短期记忆。

反应游戏 （类似于打地鼠游戏）

您需要足够快才能按下每个亮起的按钮。弹奏的时间越长，按钮亮起的速度就越快。这个非常适合训练孩子和成人的反应。

竞赛/竞赛游戏 （2-4人）

你有 5 轮。发出信号后，每个人都必须非常快速地按下按钮（马里奥的硬币曲调）。谁先按下按钮，谁就赢得了这一轮。 5轮结束时计算获胜次数，并宣布获胜者。

旋律游戏 （适用于幼儿和较小儿童的 Push and Play 免费模式）

这个非常适合幼儿 - 当您按住按钮时，它会交替播放曲调。在与孩子们进行初步测试后，我们意识到我们 1 岁的小孩子真的很想玩，但不知道如何玩。这个游戏的规则是 - 没有规则。你可以点击任何按钮，它会发出声音。

战争游戏 （2-4名成人）

我的朋友亚历克斯为这个游戏盒的后续版本编程，在特朗普/金正日危机期间提出了这个游戏的想法，关于谁拥有更大的核按钮。规则需要单独的视频来解释（您可以在此处和此处找到），但简而言之，您可以在开始时选择玩家数量，并在每一轮中每个人选择他的敌人。一旦每个人都选择了他/她的敌人，导弹就会开始飞行。被选为敌人的人有几分钟的时间按下按钮发送交叉导弹并拯救他/她的国家。循环继续，直到只剩下一个国家。

第 19 步：最终结果

我们是 3 个朋友，他们花时间为我们的孩子制作游戏。我们真的希望您会非常喜欢这款游戏，以至于您将使用这些说明构建自己的版本。如果您有任何问题或建议 - 请在评论中发表。

高分辨率的最终照片：

代码

Github

定制零件和外壳

示意图