Craftbox, fabriquer son serveur Minecraft : Montage & électronique

En attendant la présentation vidéo de la bête, il est temps de passer aux choses sérieuses. Dans ce billet, nous reverrons de quoi est composée la Craftbox et comment la monter tout en assimilant quelques notions de bases en électronique. Même sans connaissance particulière, vous pourrez construire votre propre Craftbox.

Sors l’imprimante Michel !

Comme pour les autres projets du site, les fichiers STL (pour imprimante 3D) de la Craftbox sont disponibles gratuitement. Le code source sera 100% open source (il arrivera sur Github) dès que le prochain article sera publié.

Télécharger les fichiers STL de la Craftbox dans la boutique

La Craftbox est composé de trois pièces imprimées, la coque (cube), le couvercle et la plaque de support de breadboard. J’ai imprimé mes premières Craftbox sur ma très vieillissante (et décédée) DiscoEasy200 de Dagoma, j’arrive à sortir un modèle complet en 10 heures en qualité 0.15 micron pour un remplissage à 33% et à peu près l’équivalent sur mon Alfawise U30 (mon imprimante actuelle).

Vous pouvez voir le résultat ci-dessous.

Les courses

Vous aurez besoin des éléments suivants pour réaliser votre montage :

• La coque complète composé de trois pièces (voir ci-dessus) : Télécharger les STL
• Un Raspberry Pi 4 de 4 giga : https://amzn.to/37bUtP2 (fonctionne avec un Pi 3B+ pour les version < 1.13 de Minecraft)
• De la visserie et plus précisément du M3 de différentes tailles : https://amzn.to/3cKE0mf
• Fils Dupont : https://amzn.to/2MHfeIW
• Alimentation déportée : https://amzn.to/30jCipb
• Breadboard avec du scotch double face : https://amzn.to/2MGY9iy
• Led de 3mm : https://amzn.to/2Yc9Vql
• Résistances de 130 ohms (prévoir un lot, il en faut toujours) : https://amzn.to/3eUh3OW
• Broche mâle (généralement fournis avec un RPI Zéro) : https://amzn.to/3dM3IYW

Fer à souder ?

Tous mes tutos DIY ont un but didactique. Je souhaite vraiment que chacun puisse faire sa propre Craftbox mais malheureusement, il faudra faire, à minima, deux soudures. Je dis “malheureusement” parce que je sais que beaucoup d’entre vous ne sont pas à l’aise avec les soudures ou ne sont tout simplement pas équipés.

L’alimentation

Les deux seules soudures sont pour l’alimentation.
Afin de faciliter le montage et la compréhension du projet, j’ai déporté l’alimentation du Raspberry Pi. On reste sur un port de type Micro-USB mais il va être décalé par rapport à l’alimentation du RPI. Pour réaliser cette double soudure, j’ai pris une broche, généralement livrée avec des Pi Zéro ou que vous pouvez trouver ici : https://amzn.to/3dM3IYW

Il y a un double avantage avec ce système, d’une part, l’espacement des pattes est classique par rapport à la PCB de l’alimentation (espacement standard de point de soudure) et d’autre part ce sont des pattes compatibles avec les branchements faciles de type fils Dupont que nous utiliserons pour l’ensemble du projet.

Prenez une longueur correspondant à cinq pattes et retirer les trois pattes du centre (en la poussant avec le dos d’une pince par exemple). Il vous restera les deux pattes de chaque côté que nous allons positionner puis souder sur l’alimentation déportée.
Une fois que vous l’avez soudé, mettez la directement en place sur la plaque de support de la coque de la CraftBox à l’aide de deux vis et deux écrous de type M3.

Voilà, le plus dur est fait !

3.14 et les moches

Nous allons fixer le Pi et les diodes sur le couvercle.
Dans un premier temps, placez les LED (ou diode) de 3mm dans les six trous alignés au bord de la plaque. En positionnant la plaque de telle sorte à avoir les six trous sur votre gauche, voici l’ordre que j’ai utilisé de haut en bas (ouai, il faut suivre) :

• Led rouge (alimentation)
• Led jaune (wifi)
• Led bleu (si un joueur se connecte)
• Led bleu (si deux joueurs se connectent)
• Led bleu (si trois joueurs se connectent)
• Led bleu (si quatre joueurs se connectent)

Ajoutez un peu de colle (Super Glue) pour faire tenir définitivement les LED dans la plaque. Il se peut que les trous soient légèrement trop petit, utilisé un tournevis pour les agrandir légèrement. Le but étant que chaque LED force un peu pour rentrer.

Vous pouvez maintenant introduire les vis M3 dans les trous du Pi (quatre au total). Je vous conseille d’ajouter un écrou entre le Pi et la plaque du bas pour les vis ne plis pas la plaque ou le Pi. Vous aurez ainsi la même hauteur sur tous les points d’accroches du Pi.

La planche à pain

La breadboard est ce qu’on appelle une platine de prototypage. C’est un dispositif qui permet de réaliser le prototype d’un circuit électronique et de le tester. Normalement, on ne se sert pas de ce genre de dispositif pour de la production mais ça conviendra parfaitement pour ce que l’on veut faire ;)

Cette planche de test nous permet d’éviter les soudures et de réaliser rapidement notre montage électronique sans fer à souder. 

Une loi pour les hommes ?

Comme vous le savez, nous souhaitons allumer/faire clignoter des LED en fonction d’un déclencheur (simple courant actif, code…etc). Le courant qui sort des PIN GPIO du Raspberry Pi que nous allons utiliser, débite une tension de 3.3V. 

Les LED ne consomment pas la même tension en fonction de leur couleur, c’est tout à fait normal mais c’est une chose à savoir : 

• Rouge : 1.9V-2.1v 
• Jaune : 1.9v-2.1v 
• Bleu : 3.0v-3.2v 
• Vert : 2.1v-3.0v 
• Blanc : 3.0v-3.2v

U = R x I

Ça vous parle cette formule ? Comme beaucoup de personnes vous avez dû la voir passer à l’école ;) 

• U représente la tension en Volt
• I représente l’intensité en Ampère
• R représente la résistance (que nous souhaitons trouver) en Ohms

Nous ne cherchons pas l’intensité (U) mais la résistance, cela va nous donner :

R = U / I

On prend la valeur moyenne de tension pour chaque LED indiquée par le fournisseur, à savoir 2 Volts (en gros).
Notre valeur en sortie du GPIO est 3.3V et l’intensité de nos LED est de 10Ma (soit 0.01A), cette dernière valeur est également fourni par le constructeur. Si vous ne l’avez pas, vous pouvez prendre 10 ou 20mA pour des diodes classiques de 3mm de diamètre.

On pose notre formule :
(3.3-2) / 0.01 = 130 Ohms

Notre résistance de 130 ohms fera chuter la tension de 1.3V (3.3 – 2).
Protégez par cette résistance, la/les LED ne risque/nt plus rien, même allumée H24 !

Polarité

Dans la cadre d’un circuit en série, le sens du courant va de la borne + vers la borne -. Rien de bien compliqué mais il faudra faire attention au sens de branchement de la diode. Ce “respect” du sens de branchement, c’est la polarité.

La borne plus sur la patte la plus longue de la diode (l’anode) et la borne moins sur la patte la moins longue de la diode (cathode).

On dit que les diodes (LED) sont polarisées alors que les résistances, elles, ne le sont pas (peu importe le sens de pose dans le circuit). C’est un terme qu’il faudra retenir dans cet article et si vous souhaitez refaire de l’électronique plus tard.
Le « + » du composant va avec le + du circuit et le – du composant va avec le moins du circuit. 

Sur les diode, la pâte branchée à la borne + est celle qui est la plus longue (anode), inversement pour la borne moins (cathode).

GPIO, gestion des entrées / sorties

Le GPIO du Raspberry Pi possède plusieurs sorties analogiques (appelées OUTPUT) susceptibles d’être pilotées par du code (nous utiliserons du Python par la suite). Nous devons contrôler six diodes mais une d’elle doit être directement câblée sur l’alimentation. C’est à dire sans logique numérique appliquée (code). On branche, elle s’allume, on éteint, elle s’éteint, ce sera la LED rouge qui sera sur la partie gauche de la Craftbox (libre à vous de choisir la couleur que vous souhaitez). 

Finalement, cinq LED seront réellement contrôlées via un script sur le Raspberry Pi, il nous faudra trouver cinq output sur le port GPIO. Regardons ensemble ce sur schéma.

Repérez bien chaque port OUTPUT (GPIO x) qui vous intéresse, et notez les. Nous les utiliserons plus tard dans le code. Faites la même chose pour les PINs GND (Ground), ces dernières étant communes, nous pourrons les utiliser sans ordre précis.

Prenez votre breadboard et placez les résistances de 130 ohms comme sur la photo ci-dessous, afin que nous puissions avoir des circuits indépendants pour chaque LED. 

Toutes les points d’une ligne horizontale sont reliées entre eux. Indépendamment de chaque coté de la ligne verticale centrale évidemment.

Va falloir pinner Bernard !

Commencez à brancher les cotés femelles des fils sur les PINS de chaque OUTPUT, puis le côté mâle sur la ligne de contact de votre résistance se trouvant sur la breadboard. 

Prenez ensuite des câbles mâles / femelle encore et reliez la ligne de contact de sortie de la résistance sur la breadboard vers la borne + de votre diode (logiquement déjà en place sur votre coque de Craftbox).

Et pour finir, prenez des cables femelle / femelle pour relier la borne – de la diode vers le PIN GND (masse) de votre choix sur le port GPIO.

Pour ce qui est de la diode d’alimentation, il faut procéder identiquement, sauf qu’il faudra pointé sur la seconde PIN d’alimentation du Raspberry Pi au lieu d’une PIN d’OUTPUT, c’est la PIN n°2 (ou 4 en fonction de ce que vous avez choisi).

N’oublions pas l’alimentation déportée. Les PIN 4 (5V, la borne +) et 6 (Ground, la borne moins) vont servir à alimenter le PI et donc les LED. Prenez deux fils Dupont femelle / femelle pour relier l’alimentation déportée vers l’alimentation du Pi.

Félicitation, vous verrez de finir le montage électrique ;)

On est pas bien la ?

Normalement, vous devriez obtenir quelques choses de similaire à ceci :

Il ne vous reste plus qu’a fixer les 4 vis qui tiennent le couvercle à la coque (cube). Ajoutez un ou deux écrous à vos vis avant (là où se trouve les diodes) afin de soulever légèrement (comme une entretoise) votre cube pour augmenter le halo de couleur projeté au sol.

Rien de bien complexe comme vous pouvez le voir. Essayez de vous rappeler de certaines choses qui reviennent régulièrement dans ce type de montage comme la loi d’Ohms ou la polarité de certains composants.
C’est indispensable d’avoir ces connaissances quand on fait un peu d’électronique. 

Certaines parties de cet article sont volontairement flous (la bonne excuse du gars qui ne veut pas faire l’effort d’écrire…). Le but étant d’apprendre mais surtout de comprendre ce que l’on fait pour mieux apprécier. Un simple copier/coller n’aurait aucun intérêt à mon sens ;)

La zone commentaire ci-dessous reste disponible ainsi que le Discord, channel « DIY » si vous avez des remarques ou des questions à poser !

Prochaine étape, la programmation.