Mini Arcade – Unser eigener Arcade-Automat

Für unsere IDPA haben wir zu dritt einen eigenen Mini-Arcade-Automaten gebaut. Von der Elektronik über die Software bis zum Gehäuse haben wir alles selbst geplant und umgesetzt.

Das Besondere ist das Display. Statt eines normalen Bildschirms haben wir eine 48 × 48 LED-Matrix mit 2'304 einzeln ansteuerbaren RGB-LEDs verwendet, gesteuert von einem Raspberry Pi Pico 2 W. Darauf laufen mehrere Spiele direkt auf der Hardware.

Der ganze Quellcode ist auf GitHub zu finden.

Das System

Das Projekt besteht aus drei Teilen: Elektronik, Software und Gehäuse. Ich habe mich um die Software gekümmert, Luca um das Gehäuse und Luka um die Elektronik. Die Elektronik verbindet den Mikrocontroller mit Display, Tasten und Lautsprechern. Die Software verarbeitet die Eingaben und zeichnet Menü und Spiele. Und das Gehäuse bringt am Ende alles zusammen.

Software

Die Software ist das Herzstück des Automaten. Anstatt für jedes Spiel ein eigenes Programm zu schreiben, haben wir ein kleines Arcade-Betriebssystem gebaut. Beim Einschalten startet direkt das Hauptmenü, und von dort aus lässt sich alles mit Joystick und Tasten bedienen.

Spiele

Mit dabei sind unter anderem Snake und Space Invaders. Bei Snake steuert man die Schlange mit den Richtungstasten, bei Space Invaders bewegt man das Raumschiff und schiesst mit der A-Taste. Die Steuerung funktioniert dabei gleich wie im Menü. Die kleine Auflösung ist kein Nachteil, sondern gehört zum Look. Die Spiele sind extra für 48 × 48 Pixel gemacht.

Menü, Einstellungen und Sound

In der Settings-App kann man direkt am Gerät Helligkeit, Lautstärke und Sound einstellen, den Entwicklungsmodus einschalten oder alles zurücksetzen. Einstellungen und Highscores bleiben auch nach einem Neustart gespeichert.

Soundeffekte gibt es auch. Ein Schuss, ein Treffer oder wenn die Schlange etwas frisst, löst ein Event wie snake_eat oder space_invaders_player_shoot aus. Abgespielt wird der Sound von einem zentralen Audio-Service. So müssen die Spiele selbst nichts von der Audio-Hardware wissen.

Entwicklungsmodus

Für die Entwicklung gibt es einen versteckten Modus mit Testprogrammen für Eingaben, Sprites, Schriftarten und Audio. So konnten wir einzelne Teile direkt auf der echten Hardware testen, ohne die normale Oberfläche damit vollzustopfen.

Elektronik

Im Zentrum steht der Raspberry Pi Pico 2 W. Er steuert das Display, verarbeitet die Eingaben und lässt Software und Spiele laufen. Das Display besteht aus 2'304 WS2812-LEDs, die auf mehrere Datensegmente aufgeteilt sind, damit nicht alle über eine einzige Leitung laufen müssen. Wie die Matrix intern verdreht ist, korrigiert die Software an einer zentralen Stelle. Die Spiele müssen sich also nicht darum kümmern. Hinter dem Display und im Gehäuse stecken ausserdem die Stromversorgung, die Audio-Hardware und ziemlich viele Kabel.

Bedienung, Audio, Strom und Kühlung

Bedient wird der Automat über einen Joystick mit vier Richtungen und sechs Tasten. Eine Tastatur oder einen Controller braucht man also nicht. Für den Sound gibt es ein I2S-Audiosystem mit DACs und zwei Lautsprechern. Das ist bewusst für kurze Effekte gedacht und nicht für ganze Musikstücke.

Die LED-Matrix braucht viel mehr Strom als der Rest und hat deshalb eine eigene, stärkere Stromversorgung. Dazu kommt eine aktive Kühlung im Gehäuse. Zusätzlich kann man die Helligkeit in der Software begrenzen, was Stromverbrauch und Wärme reduziert.

Gehäuse

Damit aus der Elektronik ein richtiger Automat wird, musste auch das Gehäuse passen. Display, Elektronik, Lautsprecher, Lüfter und Tasten sollten möglichst kompakt darin Platz finden.

Vor der LED-Matrix sitzt ein selbst gefertigtes Gitter, das die einzelnen LEDs voneinander trennt. So entsteht der typische Pixel-Look. Die Tasten sind direkt ins Gehäuse eingebaut, und man kommt gut an alles heran, obwohl innen für Elektronik und Luftzirkulation nur wenig Platz ist.

Das Ergebnis

Am Ende ist aus vielen einzelnen Teilen ein eigenständiger Mini-Arcade geworden. Man schaltet ihn ein, landet direkt im Hauptmenü und kann mit Joystick und Tasten losspielen. Das Bild kommt von der LED-Matrix, der Sound aus den eingebauten Lautsprechern.

Spannend war vor allem, dass am Ende nicht nur ein Programm oder eine Schaltung entstanden ist, sondern ein ganzes Gerät. Programmierung, Elektronik, 3D-Konstruktion und Fertigung mussten alle zusammenpassen, damit das funktioniert.