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Restauration / Umbau eines Arcadeautomaten

Zuerst einmal die Frage – was bedeutet eigentlich „Arcade“?  In Wikipedia findet man dazu folgendes:

Arcade-Spiel ist eine Bezeichnung für Videospiele, die seit den 1970er Jahren in öffentlichen Spielhäusern in den USA, so genannten Penny Arcades, bzw. in Europa in Spielhallen kostenpflichtig angeboten werden. In den frühen 1980er Jahren wurden Arcade-Automaten in Deutschland außer in Spielhallen auch in vielen Imbissbuden, Kiosken und Supermarktvorräumen aufgestellt, bis dies gesetzlich verboten wurde. An Arcade-Automaten kann der Nutzer gegen Geldeinwurf spielen. Der Spielpreis betrug in Deutschland in der Regel eine D-Mark, während er im Ausland meist geringer war. Erfolgreiche Spiele wurden später häufig für den PC sowie für verschiedene Videospielkonsolen umgesetzt. (wikipedia)

Aber das erklärt mir noch nicht warum dafür das Wort „Arcade“ verwendet wird. Als Begriffserklärung für „Arcade“ oder „Arkade“ ist zu finden:  die Arkade – der Säulengang oder „eine Arkade ist eine Abfolge von Bögen, von denen jeder gegen den nächsten stößt und der von Säulen oder Pfeilern oder einem überdachten Gang getragen wird.“ Darin würde sich für mich eher der Sinn der Wortwahl ergeben, da die Spielautomaten in den Hallen dicht an dicht aufgestellt wurden und so das Bild eines Ganges ergeben – und so nannte man dann die Spielautomaten einfach Arcade-Automaten… so meine Idee. Wenn jemand die Herkunft genauer oder richtig erklären kann – bitte darum.

Nun aber zu meinem kleinen Projekt. Mein Kollege hat einen alten Scheunenfund – einen Arcade Spielautomaten – mit der Jamma – Spielplatine „COMBAT SCHOOL“  bei Räumungsarbeiten gefunden und vorbeigebracht. JAMMA (Japan Amusement Machinery Manufacturers Association) bezeichnet auch eine 56-polige Schnittstelle, die das Automatenkabinett mit der Spielplatine verbindet. Bevor mit mit der technischen Inspektion begonnen werden konnte, musste einmal reichlich Schmutz entfernt werden. Nach einigem Staubsaugen und Wischen im Inneren des Kabinetts kam die Elektronik wieder zum Vorschein.  Augenscheinlich sah auch alles sehr vollständig aus. Die Bildröhre war auch nicht gebrochen und es fehlten keine Kabel und es war auch nichts abgeschnitten worden. Also wurde die Kiste mutig ans Netz gesteckt und der Hauptschalter betätigt. Ich erwartete alles, vom Knall und Rauch, bis hin zum Zischen der überspringenden Anodenhochspannung der Bildröhre. Doch es verhielt sich ziemlich normal. Der Entmagnetisierungsvorgang der Röhre war kurz zu hören und wenige Augenblicke später war am Monitor ein komplett farbfleckiges, verzerrtes Bild zu sehen. Mit etwas Fantasie konnte man den Schriftzug „Combat School“ erkennen. Und das Erfreuliche daran – trotz dass der Automat einige Minuten eingeschaltet ist, blieb der Zustand stabil. Es gab keine Rauchzeichen, noch irgendwelche Gerüche oder andere Veränderungen. Ausgenommen der modrige Geruch, alter in Kellern gelagerter Geräte. Also alles in allem, ein Projekt mit Erfolgsaussicht. Die folgende Aufzählung zeigt die Schritte, in denen ich die Reparatur bzw. Restaurierung durchführen möchte bzw.  auch durchgeführt habe:

(1) … Gerät reinigen und auf Vollständigkeit prüfen
(2) … kurzer Funktionstest
(3) … Monitor reparieren
(4) … kurzer Funktionstest um die Spielplatine zu testen
(5) … parallel zur Spielplatine einen auf Raspberry PI basierenden Emulator einbauen. Der Emulator soll über ein kleine Jamma Platine wahlweise an das Kabinett angeschlossen werden können.
(5.1) … Jamma Steckerplatine Ätzen
(5.2) … RGB Videoplatine für Raspberry PI zeichnen und ätzen (auf Basis eines R2R Widerstandsnetzwerkes zur D-A-Wandlung)
(5.3) … Raspberry Pi auf Trägerplatte montieren, mit Audioverstärker und Joystickinterface ausstatten und ein geeignetes Emulator-Image installieren
(6.0) … Funktionstest mit dem Raspberry PI Emulator

Zur originalen Spieleplatine vorab: Diese funktioniert nur teilweise. Es wurden einige Sprites nicht korrekt dargestellt. Die Fehlersuche und Reparatur des „Gatterfriedhofs“ habe ich bisher noch nicht durchgeführt. Der Schwerpunkt der Restauration lag vorerst auf der Raspberry Emulator Plattform, die anstelle der Originalplatine das Kabinett versorgen soll.

Monitor Platine mit 50Hz Videomonitor mit RGB Eingang

Im ersten Schritt wurde der Monitor, bzw. die Monitorplatine repariert. Hier waren in erster Linie im Bereich der Kissenentzerrung ein paar kleine Fehler durch defekte Kondensatoren und eine thermisch ausgelötete (kalte Lötstelle) Induktivität das Problem der fehlerhaften Bildgeometrie. Nach einer gründlichen Reinigung, und einem neu justieren der Bildgeometrie mit einem Bildmustergenerator konnte das Board dann wieder an seinen Platz.

Monitor Platine wieder an ihrem Platz

Ein weiteres Problem war die Bildröhre. Sie wies in den Ecken eine Falschfarbendarstellung auf. So wurde eine rote Farbfläche teilweise violett dargestellt. Dieser Effekt ist auf ein Problem mit der, in der Röhre vorhandenen Lochmaske zurückzuführen. Diese wurde entweder lange Zeit stark magnetisiert, oder noch schlimmer, durch eine raue Handhabe des Gerätes verbogen. Jedenfalls treffen die Elektronenstrahlen nicht an jeder Position auf die vorgesehene Leuchtschicht. Dieses Problem konnte ich zum größten Teil durch Entmagnetisieren mit einem mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten realisieren. (Ähnlich, wie es auch die ohnehin vorhandene Degausspule an der Röhre nach dem Einschaltvorgang macht – nur gezielter und wesentlich stärker)

Nachdem der Monitor wieder seinen Dienst verrichtet, ging es an den Bau eines Jamma – Steckverbinders. Dazu übernahm ich einfach die Abmessungen des originalen Steckverbinders in das Layout Tool und zeichnete ein neue Steckerplatine.

der originale Jamma Platinensteckverbinder mit 44 Polen
der gebastelte neue Steckverbinder

Jetzt ging es daran, auf einer kleinen, ca. 20 x 25cm grossen Trägerplatte die Komponenten für die neue Hardware aufzubauen. Das Herzstück ist der viel geliebte Raspberry Pi 3, den ich mit Abstandhaltern auf der Platte befestigte. Für die Eingabe, also alle Joysticks, Buttons, Münzzähler etc. kamen fertige USB-Joystickplatinen zum Einsatz. Diese wurden ebenfalls auf der Platte montiert.

Raspberry PI auf Trägerplatte mit Joystickinterface

Erweitert wurde das Arrangement um einen Audioverstärker, der ebenfalls auf der Platte seinen Platz fand. Alle Leitungen zum und vom Raspberry bzw. auch zu den Joystickinterfaces führen zur Jamma Steckerplatine. Diese wird dann einfach anstelle der originalen Platine angesteckt und der Automat soll dann zur Schonung der alten Hardware mit dem Raspberry Image laufen.

im Bild links, das Raspberry Board, rechts die originale Spieleplatine

Das Bild oben zeigt das Raspberry Board montiert neben der alten Spieleplatine. Die Joysticks sind bereits auch alle funktionstüchtig. Hier ist nur zu erwähnen, dass die originalen Joys und Buttons high-aktiv sind und das USB-Joystickboard low-aktiv. (oder war es umgekehrt?) Dieses Problem ließ sich einfach mit einem Potentialumschalter der Summenleitung der Bedienkonsole des Kabinetts lösen…

Was jetzt noch fehlt, ist die Videoausgabe des Raspberry auf dem originalen 50Hz Röhrenmonitor. Dies könnte man mit einem HDMI – CVBS Converter und einem CVBS – RGB Komponentenkonverter lösen. Aber es ist doch viel cooler, die Möglichkeiten des Raspberry zu nutzen.

Hierzu habe ich eine kleine Platine gebastelt, die über ein R2R Netzwerk aus fünf Widerständen je R G B Kanal aus den Raspberry GPIOs die analoge Ansteuerung des Monitors erzeugt.

Infos und Anregungen dazu findet man auch auf GitHub unter vga666. Um den Raspberry zu motivieren, den HDMI Ausgang abzuschalten um über die GPIOs das Videosignal zu senden, muss lediglich die config.txt im root Verzeichnis der SD-Karte angepasst werden.

 

Das „Hineinhorchen“ mit der Osziprobe in einen der drei Kanäle zeigt ein sauberes Sync- und Videosignal. Also die drei Ausgänge und die Synchronisation über Elkos entkoppelt und über den Jamma Stecker an den originalen alten Monitor geschaltet:

Das Ergebnis ist doch ganz zufriedenstellend… Jetzt ist nur mehr der Fehler an der originalen Platine zu beheben und einige kleinere Schönheitsarbeiten am Holzgehäuse des Kabinetts durchzuführen. Aber das ist eine andere Geschichte…

 

 

 

RetroPie und IngmarsRetro

Ein schon lange in meinem Kopf herumirrender Gedanke war, einmal einen Videospielautomaten zu bauen. Diese Teile haben mich als Kind magisch angezogen, wenn es mit den Eltern in den Sommerurlaub an die Adria ging. Dort gab es und gibt es auch heute noch die Spielhallen. Die Faszination hat aber seit Erscheinen der Heimkonsolen und der Möglichkeit, vor dem heimischen TV-Gerät zu zocken, stark nachgelassen, und die Automaten wurden rar. Auch die einfache Pixelwelt, der 8Bit und 16Bit Spiele ist schon lange verschwunden. Dabei, so finde ich zumindest, haben die alten, einfachen 8Bit Pixelspiele mehr Reiz, als die modernen High-End-Games mit fotorealistischer 3D-Rendergrafik. Vielleicht ist auch aus dem Grund der „Retroboom“ der letzten Zeit entstanden. Nun ja – mein erster Kontakt zu den Videospielautomaten war eben als Kind im Urlaub und dann erstmals am heimischen TV, Ende der siebziger Jahre an einer geliehenen Atari 2600 Konsole. In den letzten Jahren, auch Dank des Internets, habe ich immer wieder mal die Zeit gefunden in Foren und auf Websites zu schmökern und so die Faszination aufrecht zu erhalten. Auch die Vielzahl an Emulatoren (Mame, Vice, etc.) die ganz leicht und schnell auf jedem PC eingerichtet werden können, lässt schnell die alten Gefühle wieder aufkommen.

Nun ja, dieses Jahr habe ich mich überwunden und das Projekt endlich begonnen. Dank Internet und elektronischer Bucht ist es jetzt auch einfach, die benötigten Materialen zu bekommen. Die Basis des Videospielautomaten „Arcade – Station“ soll ein Raspberry Pie sein. Den kleinen Einplatinenrechner gibt es mittlerweile schon in der 3. Generation und der hat auch mächtig Leistung um die alten Homecomputer und Spielekonsolen wie Commodore C64, Amiga, Atari, Nintendo 64 etc. in der Emulation zum Laufen zu bekommen. Als Softwarebasis nutze ich das Projekt retropie , das mittlerweile als DAS Projekt für die Umsetzung von Retrospielekonsolen und -computern bezeichnet wird. RetroPie wird als Image für alle Raspberry Pi Modelle angeboten und ständig weiterentwickelt. Es ist einfach einzurichten und man hat schnell wieder das „feeling“ der guten alten 8 Bit Zeit 🙂

Folgende Dinge benötige ich für den Bau der Retro-Arcade Maschine:

  • Rasperry Pi als Zentrale Recheneinheit
  • Ein Interface, das die Microschalter der Joysticks und Tasten in ein USB-HID umsetzt (hier kommt mein Arduino HID Projekt zum Einsatz) es gibt aber auch etliche Controller (XinMo und GPIO Controller etc.)
  • Tasten und Joysticks für die Bedienkonsole
  • Ein Gehäuse passend im Stil einer Arcademaschine . (Hier habe ich in der Bucht einen Lieferanten gefunden, der MDF-Platten beschichtet und gefräst liefert)
  • Eine Bemalung des Gehäuses (in meinem Fall schwarzer Mattlack und ein auf Klebefolie gedrucktes Design – liefert auch die Firma, die die MDF Platten bearbeitet)
  • Montageteile, Schrauben, Kabel, Netzteile, USB-Kabel…
  • Einen alten LCD Monitor mit DVI-Eingang
  • Adapterkabel für den Anschluss des Monitors an den Raspberry
  • Lautsprecher und einen Audioverstärker
  • Eine Hintergrundbeleuchtung für den Ledkasten
  • Zeit und Geduld, Werkzeug und ein bisschen Geschick

Die folgenden Bilder sollen den Auf- und Zusammenbau der Arcadestation ein wenig dokumentieren:

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Die Gehäuseteile sind geliefert und werden erstmal auf Passgenauigkeit und Vollständigkeit überprüft.

DSC_2266Alles passt zusammen.

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Das sind die Dekor-Klebefolien

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Die Joysticks …

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… und die Tasten

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Im Garten werden die Teile zum Lackieren vorbereitet. Ja, jetzt vor Beginn der Blütezeit klappt das mit dem Outdoorlackieren noch ganz gut.

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Schon bald sind die Teile mit einer matten, schwarzen Lackschicht überzogen.

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Mit Klarlack wird dann nochmals übergesprüht.

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Jetzt ist der Cutter dran, die Dekorfolien müssen zugeschnitten werden.

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auch alle Löcher für Tasten und Joysticks

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und natürlich sollen auch die Kanten schön aussehen

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nach dem Bekleben mit den Folien wird wieder probiert. Passt perfekt…

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Nachdem jetzt alle Teile vorbereitet sind, kann der Zusammenbau beginnen

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Tasten einbauen und Microschalter/-taster bestücken

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Joystickmodul einbauen und verschrauben

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Ansicht von oben (sieht ja schon mal nicht schlecht aus)

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Jetzt kann mit der Verkabelung begonnen werden. Es empfiehlt sich, alle Drähte zu beschriften 😉

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Nach dem Verkabeln der Tasten wird wieder provisorisch zusammengesteckt und ein erster rein informeller Funktionstest gemacht.

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und schon kann mit der Monitorhalterung begonnen werden. Ich habe einen 19″ Monitor mit vier M4 x 20 Schrauben am Brett befestigt. Zwischen Brett und Rückseite des Monitors sind noch 4mm Abstandhalter unterlegt, um die Löcher im Blechkasten des Bildschirmes nicht durch das Bett abzudecken.

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So ist der Bildschirm mit dem Brett verschraubt.

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Die Monitorhalterung samt Monitor wird jetzt in Position gebracht, die weiteren Montagelöcher gebohrt und dann mit einer Seitenwange verschraubt. Auch das bestückte Bedienpanel sowie das Lautsprecherpanel und die restlichen Gehäuseteile werden mit der Seitenwange verleimt.

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Das soll dann so aussehen. Passt alles, dann kann die andere Seitenwange vorbereitet werden. Ist alles gebohrt, wird wieder geleimt und das Gehäuse bekommt seine zweite Seite.

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Das Seitenteil liegt perfekt in der Nut. Mit Winkeln wird jetzt alles zusätzlich noch verschraubt.

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Jetzt kann der Kasten erst einmal ruhen und der Leim aushärten.

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In der Zwischenzeit kann ich eine Montageplatte anfertigen, die den Raspberry und den Controller für die Joysticks tragen soll. Die Platte besteht aus einer 2mm dicken Aluminiumplatte an der ich 20mm lange Sechskant-Abstandhalter schraube. Festgemacht werden die mit M3x10 Senkkopfschrauben.

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So sieht die fertige Trägerplatte aus

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Sie wird jetzt am Boden des Arcade-Gehäuses angeschraubt

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Und hier sind die Platinen auch schon befestigt

DSC_2314Im nächsten Schritt wird die Bildschirmfrontverkleidung, eine 2mm Plexiglasplatte vorbereitet.

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Die Ränder der Plexiplatte werde ich von der Rückseite schwarz lackieren. Praktischerweise kann ich die Schutzfolie auch gleich zum Maskieren für die Lackierung verwenden. Mit dem Cutter wird die nicht benötigte Schutzfolie ausgeschnitten und entfernt. Jetzt kann lackiert werden.

DSC_2324Nach dem Lackieren und Entfernen der Schutzfolie habe ich die Ränder mit 9x3mm Unterlegeband (Dichtband) beklebt, das dann auf dem Monitor aufliegen soll und gleichzeitig vor Kratzern in der Plexiplatte und Staub zwischen den Scheiben schützen soll.

DSC_2321Für die seitliche Auflage der Plexischeibe habe ich links und rechts je eine Alukante ans Gehäuse geschraubt.

DSC_2322auch auf die Aluleisten kommt das Dichtband. Jetzt kann die Plexiplatte eingesetzt werden.

_20160326_173240Auch innen ist es jetzt ein wenig mehr aufgeräumter. Alle Buttons sind am Controller angeschlossen. Die Innereien eines PC-Speakersets dienen als Audioversorgungseinheit. Ein Led-Streifen soll den „Lichtkasten“ später beleuchten.

Wie der ganze „Automat“ dann im fertigen Zustand aussieht ist im folgenden Video zu sehen: