【Arduino 动手做】摇动电子骰子
本帖最后由 驴友花雕 于 2025-6-6 18:01 编辑【Arduino 动手做】摇动电子骰子
一年前，我和儿子一起制作了一个简单的 Arduino 骰子。在此期间，我们学到了很多东西，是时候进行更新了......本项目使用的东西
硬件组件
Arduino Nano R3
× 1
3mm 8x8 点阵MAX7219
× 1
倾斜开关模块和数字接口
× 1
滑动开关
× 1
MT3608 DC 2A 升压电源模块 2V-24V 转 5V/9V/12V/28V 升压转换器
× 1
软件应用程序和在线服务
Arduino IDE
Autodesk Fusion
手动工具和制造机
烙铁（通用）
热胶枪（通用）
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
项目故事大约一年前，我和我儿子用 Arduino 和一些 LED 制作了一个电子骰子。对于初学者来说，这仍然是一个理想的项目。今年我们学到了很多东西，所以现在是更新的时候了。
骰子仍然是一个完美的入门项目。功能对每个人都很清楚，并且很容易理解不同的领域：微控制器、简单的电子设备和编码。
版本 2.0
骰子也很棒，更进一步：连接其他区域。
今天，几乎所有东西都有一个现成的组件。在寻找 Arduino 或 Raspberry Pi 的入门套件时，最好看到这一点。LED、按钮和任何类型的传感器等组件都构建在电路板上，因此只需几根电线即可连接到 GPIO 并使用。
简单但足够的 3D 打印机在 ebay 上以不到 140 欧元的价格买到。几乎所有的支架、安装或外壳都可以用它创建。
还有更多机会来开发您自己的项目。这方面的一个例子是我们的新骰子 2.0。
倾斜传感器
我们以完全不同的方式实现骰子。在内部，由于空间原因，Arduino Nano 正在工作。仍然有一个开关，但没有按钮。通过摇动整个立方体来完成切块。
为此，使用了倾斜传感器或振动传感器。它们就像一个按钮一样工作。在玻璃管中，球移动。如果它碰到连接触点，则电路闭合。这个触点有时很短，用于信号。
如果您摇动传感器，可以很好地听到金属球的运动。
通常，安装位置对于倾斜传感器起决定性作用。它应该在某个角度位置触发信号。在我们的例子中，这是通过摇动外壳来实现的。这里的情况并不那么重要，因为当向任何方向摇晃时，都会触发信号。为了安全起见，我们在项目中使用了两个传感器，它们彼此偏移 90°。因此，我们总是能得到可靠的摇动信号。
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
中断为了能够在晃动时识别，必须在草图中查询倾斜传感器的输入引脚。但是，根据这种情况何时发生以及草图还必须做什么，总是有可能一个或多个事件被忽视。
更好的解决方案是使用硬件中断。这是由函数 attachInterrupt 定义的。作为参数，指定一个子程序，该子程序将在信号上调用。
Arduino 提供两个硬件中断：引脚 D2 和 D3。
显示
当然，骰子图像的显示也可以再次通过 7 个单独的 LED 来完成。但在这里使用 finished component 也更有趣。
我们在这个项目中选择了很多带有 MAX7219 驱动器 IC 的 8x8 LED 矩阵。它占用的空间非常小，成本很小，而且易于编码。
根据你在哪里买到它，你必须焊接在一起并组装单个部件。这通常没问题。唯一可能犯的错误是将 LED 矩阵拧入插孔。
如上图所示。在这里，小心地将矩阵从插座中拉出并将其旋转 180° 就足够了。
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
一些物理学LED 矩阵不应仅显示骰子图像。它应该提供一些 show 效果。六个骰子眼睛在矩阵上移动：它们从边缘反弹并慢慢失去速度。
通过两个倾斜传感器，我们可以看到发生了多少摇晃。我们给骰子眼睛的这个信息作为他们移动的 “速度”。
我们在显示骰子结果时也使用了类似的效果。眼睛从随机位置滚动到立方体图像中的正确位置。
电源
首先，由于空间原因，我们安装了两个 3V CR2032 纽扣电池。一开始看起来也不错。Arduino 和 LED 矩阵配合工作，一切正常。然而，运行几分钟后，纽扣电池的功率就坏了。
如果你在每次掷骰子后关闭 Arduino，你可以以这种方式使用它。这并不完美，因此我们安装了两节更好的 AAA 电池。但是，这些只能一起提供 3V 电压。所以我们仍然需要一个升压转换器，将电压提高到 5V。连接仍然发生在 Arduino 的 VIN 引脚上。
外壳设计
合适外壳的最佳选择是通过 3D 打印进行自主设计和生产。有许多用于施工的应用程序。我们在这个项目中使用了 Autodesk Fusion 360。它具有出色的功能，并且 3D 打印与 Print Studio 软件完美集成。如果您对 Autodesk Fusion 360 感兴趣，可以在博客文章参数化外壳（仅德语）中找到一些建议。
我们的外壳由 3 部分组成：
大壳
带电池座的小壳，用于 AAA 电池
Plexiglas 盖（不一定非得如此）
LED 矩阵前面有一个乳白色的有机玻璃盖，看起来更好。这使得无法识别关闭的 LED，并且图像更清晰。
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
驱动要控制 LED 矩阵，需要 LedControl 库。如果尚未安装，可以从 arduino.cc https://playground.arduino.cc/Main/LedControl 下载。
然后我们进行其他变量定义。首先，我们确定骰子眼睛在矩阵上的显示方式。一个骰子眼由 4 个 LED 点组成。在数组中，左上角指定为 X / Y 坐标（-1 表示在显示之外）。
int DicePic = { …
{ //1:
{4,4}, //1. Punkt
{-1,-1}, //2. Punkt
{-1,-1}, //3. Punkt
{-1,-1}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt },
{ //2:
{2,2}, //1. Punkt
{6,6}, //2. Punkt
{-1,-1}, //3. Punkt
{-1,-1}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt }, …
当然，这里一切皆有可能。让您的想象力自由驰骋。它并不总是典型的眼睛图像。
您可以在代码中直接找到其他注释。
组合
我们将 Arduino 放在插座板上，作为一种扩展板。LED 矩阵的五个触点以相同的方式连接。如果 Arduino 居中，则最好使用空间。因此，最好将引脚 5、6、7 用于矩阵的 CS、CLK 和 DIN。此时只需连接焊点。与 5V 和 GND 的连接是通过一个小跳线进行的。
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
我们还用短线连接两个倾斜传感器。它们连接到引脚 2 和 3 以及 5V 和 GND。现在一切都可以组装了。首先用热胶固定有机玻璃。我们对 LED 矩阵执行相同的作。一小点热胶就足够了。
接下来，安装 on/off 开关，用热胶固定并连接到适当的电线。
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
安装电源电源有点修补。根据您拥有的选项和组件，正号和负号的触点可以相应地进行拉延筋对等值。
我们使用用过的电池仓中的弹簧和销钉。为了连接到外壳底部，我们再次使用电线和少许热胶。
升压升压转换器最好在安装前调整到大约 5V。为此，阻力必须稍微扭转。
然后将大写和小写放在一起。由于贴合度为 0.1 mm，无需进一步固定即可插入在一起。而且它们仍然可以再次打开更换电池。
然后就完成了！
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
骰子乐趣 2.0 可以开始了！所需条件
Arduino Nano（或 ESP8266）
2 x 倾斜传感器（带集成电阻器）
8x8 LED 矩阵，带 MAX7219 IC、SPC
插座板
开/关开关
印刷电路板
2 节 AAA 电池
定制零件和外壳
外壳上部
外壳下部
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
图表电路
这是我的电路草图。
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
摇骰代码/*
Blog-Artikel: Schttel-Wrfel mit LED Matrix und Bewegungssimulation
https://techpluscode.de/schuettel-wuerfel-mit-led-matrix-und-bewegungssimulation/
techpluscode.de
Copyright 2019 von Thomas Angielsky
*/
//Bibliothek fr die Ansteuerung der 8x8 LED-Matrix einbinden
//Include lib for the 8x8 LED matrix
#include "LedControl.h"
int PinTiltX = 2; //Pin fr Tiltsensor X
int PinTiltY = 3; //Pin fr Tiltsensor Y
//Pins der LED-Matrix
//Pins of the LED matrix
int PinCLK = 7;
int PinCS = 6;
int PinDIN = 5;
LedControl lc = LedControl(PinDIN, PinCLK, PinCS, 1);
//Koordinaten der Wrfelaugen in der LED-Matrix
//Coordinates of the Dice points in the LED matrix
int DicePic =
{
{ //leere Matrix und Startposition:
{9,9}, //1. Punkt
{9,8}, //2. Punkt
{9,7}, //3. Punkt
{9,6}, //4. Punkt
{9,5}, //5. Punkt
{9,4} //6. Punkt
},
{ //1:
{4,4}, //1. Punkt
{-1,-1}, //2. Punkt
{-1,-1}, //3. Punkt
{-1,-1}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt
},
{ //2:
{2,2}, //1. Punkt
{6,6}, //2. Punkt
{-1,-1}, //3. Punkt
{-1,-1}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt
},
{ //3:
{2,6}, //1. Punkt
{6,2}, //2. Punkt
{4,4}, //3. Punkt
{-1,-1}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt
},
{ //4:
{2,2}, //1. Punkt
{2,6}, //2. Punkt
{6,2}, //3. Punkt
{6,6}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt
},
{ //5:
{2,2}, //1. Punkt
{2,6}, //2. Punkt
{6,2}, //3. Punkt
{6,6}, //4. Punkt
{4,4}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt
},
{ //6:
{2,1}, //1. Punkt
{2,4}, //2. Punkt
{2,7}, //3. Punkt
{6,1}, //4. Punkt
{6,4}, //5. Punkt
{6,7}//6. Punkt
},
{ //Start:
{-1,-1}, //1. Punkt
{-1,-1}, //2. Punkt
{-1,-1}, //3. Punkt
{-1,-1}, //4. Punkt
{-1,-1}, //5. Punkt
{-1,-1}//6. Punkt
}
};
//Variablen der Wrfelaugen: Position, Richtung, Geschwindigkeit fr X und Y
//Variables of the dice: position, direction, speed for X and Y
float DiceXpos;
float DiceXdir;
volatile byte DiceXspeed;
float DiceYpos;
float DiceYdir;
volatile byte DiceYspeed;
int DiceValue;
unsigned long timestamp;
byte Mode;
int volatile shakes;
int ShakesPerSecond;
int step;
void InterruptChecks() {
//Schttel-Anzahl zhlen
//Count Shakes
shakes=shakes+1;
//Serial.println(millis());
timestamp=millis();
}
void SetSpeedX() {
if (Mode==0) {
//alle Wrfel in X beschleunigen
//Speed-up dice in X
for (int i = 0; i < 6; i++) {
if (DiceXspeed<255) {DiceXspeed=DiceXspeed+5;}
}
}
InterruptChecks();
}
void SetSpeedY() {
if (Mode==0) {
//alle Wrfel in Y beschleunigen
//Speed-up dice in Y
for (int i = 0; i < 6; i++) {
if (DiceYspeed<255) {DiceYspeed=DiceYspeed+5;}
}
}
InterruptChecks();
}
void ShowLed(int x, int y, bool onoff) {
//LED nur anzeigen, wenn im sichtbaren Bereich
//show only, when x/y in matrix
if ((x<8) and (y<8) and (x>=0) and (y>=0)) {
lc.setLed(0, x, y, onoff);
}
}
void ShowDot(int x, int y, bool onoff) {
//Wrfel-Auge anzeigen oder ausblenden
//Show or hide dice point
ShowLed(x-1, y-1, onoff);
ShowLed(x, y-1, onoff);
ShowLed(x-1, y, onoff);
ShowLed(x, y, onoff);
}
void ShowDicePic(int value) {
//Wurf anzeigen
//Show dice
boolean done;
//alle Punkte von der aktuellen Position aus zur Zielposition von DiceValue bewegen
//move all points from current position to destination of DiceValue
for (int i = 0; i < 6; i++) {
DiceXspeed=100;
DiceYspeed=100;
//Werte fr X berechnen
//Calc x values
DiceXdir=0;
if (int(DiceXpos)>DicePic) {DiceXdir=-1;}
else if (int(DiceXpos)<DicePic) {DiceXdir=1;}
DiceYdir=0;
if (int(DiceYpos)>DicePic) {DiceYdir=-1;}
else if (int(DiceYpos)<DicePic) {DiceYdir=1;}
}
//Serial.println(value);
//Serial.println("Bewegung Start // Start moving");
//Punkte bewegen
do {
//Serial.println("Bewegung // Moving");
for (int i = 0; i < 6; i++) {
if (int(DiceXpos)!=DicePic) {
DoStep(DiceXpos,DiceXdir,DiceXspeed,false);
}
if (int(DiceYpos)!=DicePic) {
DoStep(DiceYpos,DiceYdir,DiceYspeed,false);
}
}
lc.clearDisplay(0);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
ShowDot(int(DiceXpos), int(DiceYpos), true);
}
delay(50);
//Sind alle Augen an ihrer Zielposition
//Dice points are on destition position
done=true;
for (int i = 0; i < 6; i++) {
if (int(DiceXpos)!=DicePic) {done=false;}
if (int(DiceYpos)!=DicePic) {done=false;}
}
} while (done==false);
//Serial.println("Bewegung Ende // End moving");
lc.clearDisplay(0);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
ShowDot(DicePic,DicePic, true);
}
}
void DoStep(float &pos, float &dir, volatile byte &sp, bool check) {
pos=pos+float(sp)/255*dir;
if (check==true) {
if (pos>7) {
pos=7;
dir=dir*(-1);
}
if (pos<1) {
pos=1;
dir=dir*(-1);
}
}
// Geschwindigkeit wird pro Schritt langsamer
// Velocity decreases every step
if (sp>0) {sp=sp-1;}
}
void MoveDots() {
//alle Wrfel einen Schritt weiter bewegen
//move dice points one step further
for (int i = 0; i < 6; i++) {
//neue Koordinaten berechnen
//calc new coordinates
DoStep(DiceXpos,DiceXdir,DiceXspeed,true);
DoStep(DiceYpos,DiceYdir,DiceYspeed,true);
}
//Wrfel-Augen anzeigen
//show dice points
lc.clearDisplay(0);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
ShowDot(int(DiceXpos), int(DiceYpos), true);
}
}
void setup() {
//Der MAX7219 ist beim Starten im Power-Saving Modus,
//er muss aufgeweckt werden.
//The MAX7219 is in power-saving mode on startup,
//we have to do a wakeup call
lc.shutdown(0, false);
//Helligkeit auf einen Mittelwert
//Set the brightness to a medium values
lc.setIntensity(0, 8);
//und Display lschen
//and clear the display
lc.clearDisplay(0);
randomSeed(analogRead(0));
DiceValue=0;
for (int i = 0; i < 6; i++) {
DiceXpos=DicePic;
DiceYpos=DicePic;
DiceXdir=random(3)-1;
DiceYdir=random(3)-1;
DiceXspeed=random(126)+120;
DiceYspeed=random(126)+120;
}
//Pins einstellen
//Setup the pins
pinMode(PinTiltX, INPUT_PULLUP);
pinMode(PinTiltY, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PinTiltX),SetSpeedX,CHANGE);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PinTiltY),SetSpeedY,CHANGE);
lc.clearDisplay(0);
timestamp=millis();
Mode=1;
ShowDicePic(6);
delay(1000);
lc.clearDisplay(0);
Mode=0;
Serial.begin(9600);
step=0;
shakes=0;
}
void loop() {
delay(50);
step=step+1;
if (step>20) {
//1 sek ist vorbei
//1 sec is over
step=0;
ShakesPerSecond=shakes;
shakes=0;
}
if (Mode==0) {
MoveDots();
if (millis()-timestamp>2000) {
//seit 2 sek kein Schtteln mehr
//there is no shaking since 2 sec
Mode=1;
DiceValue=random(6)+1;
ShowDicePic(DiceValue);
}
}
if (ShakesPerSecond>5) {
//Es wird wieder geschttelt
//shaking again
Mode=0;
}
}
【Arduino 动手做】摇动电子骰子
附录项目链接：https://www.hackster.io/tangielsky/shaking-arduino-dice-39fc6a
项目作者：德国 托马斯·安吉尔斯基
（机械工程师、制造商，喜欢木工，就像 Lazarus 一样）
3D打印文件：https://hacksterio.s3.amazonaws.com/uploads/attachments/727032/oberteil_ehbbTeKHvI.stl
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