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基于倾角控制的 LED 骰子游戏的设计与实现
Design and implementation of LED dice game based on tilt control
II 目
录
目录 ........................................................................................................................ I 中文摘要 ................................................................................ 错误!未定义书签。
ABSTRACT .......................................................................... 错误!未定义书签。
第一章 绪论 .......................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 课题研究背景 ......................................................... 错误! 未定义书签。
1.2 国内外发展现状 ..................................................... 错误! 未定义书签。
第二章 系统设计目的和要求 ............................................................................. 3 2.1 研究目的及意义 .................................................................................... 3 2.2 研究方法及要达到的要求 .................................................................... 3 第三章 系统硬件设计 ......................................................................................... 4 3.1
Arduino 模块 ........................................................................................ 4 3.1.1
Arduino 简介 ............................................................................... 4 3.1.2
Arduino UNO 系统原理 ............................................................. 4 3.2 倾斜传感器模块 .................................................................................... 5 3.2.1 倾斜传感器简介 ........................................................................... 5 3.2.2 倾斜传感器基本原理 ................................................................... 6 3.2.3
SW-520D 滚珠开关原理及应用
.............................................. 6 3.3
LED 指示灯模块 .................................................................................. 6 3.3.1
LED 简介 ................................................................................... 6 3.3.2
LED 背景及特色 ....................................................................... 7 3.3.3
LED 的应用 ............................................................................... 7 第四章 系统软件设计 ......................................................................................... 8 4.1 程序语言及开发环境 ............................................................................. 8 4.1.1
C 语言简介 ................................................................................ 8 4.1.2
Arduino IDE ............................................................................... 8 4.1.3
Random 伪随机数原理 ............................................................. 9
III 第五章 硬件组装与调试 ................................................................................... 10 5.1 元器件的组装 ....................................................................................... 10 5.2 电路的调试 ........................................................................................... 10 5.2.1 电路的调试具体步骤 ................................................................ 11 5.3 系统实现时出现的问题以及解决方案 ............................................... 11 5.3.1 问题与方案 ................................................................................ 11 结论 ..................................................................................................................... 12 参考文献 ............................................................................................................. 13 致谢 ..................................................................................................................... 14 附录 ..................................................................................................................... 15 附录一 Arduino 各引脚接口说明 ............................................................ 15 附录二 元件清单 ....................................................................................... 15
IV 中文摘要 近来我国科技领域硕果累累，为了适应科技的快速发展，以便尽快适应企业需求和社会发展，本设计积极开展以实践为导向的电子制作。本设计通过模拟普通骰子点数来实现骰子的功能，应用 Arduino IDE 开发环境(基于 Processing)下 C 语言编程算法，以单方向倾斜感应触发，通过 C 语言Random 函数生成伪随机数，模拟传统骰子点数,实现一个模拟掷骰子的游戏系统。本文将阐述系统软硬件组成，探讨倾角传感模块、Arduino 模块、以及 LED 显示模块。本设计通过可提供+5V 电源的 Arduino 作为核心处理器，采用倾斜传感器（SW-520D）采集角度信息以及 LCD1602 显示 PWM波的占空比实现。本设计具有较强的抗干扰能力以及良好的稳定性。
关键词：电子骰子 Arduino 倾角 模拟游戏
V
Abstract
Recently, China"s science and technology field has achieved great results. In order to adapt to the rapid development of science and technology, in order to adapt to the needs of enterprises and social development as soon as possible, this design actively carries out practice-oriented electronic production. This design realizes the function of dice by simulating the points of traditional ordinary dice. The C language programming algorithm under the Arduino IDE development environment (based on Processing) is used to trigger the unidirectional tilt induction. The pseudo random number is generated by the C language Random function, which simulates the traditional Dice points, to achieve a simulation of traditional dice game system. This article will explain the system hardware and software components, and discuss the tilt sensor module, power module, and LED display module. In this paper, the Arduino that can provide 5V power is used as the core processor, and the tilt sensor (SW-520D) is used to collect angle information. The duty cycle of the PWM wave is displayed by the LCD1602. stability. Key words :
Electronic dice
Arduino
dip
simulation game
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第一章
绪论
1.1 课题研究背景
互联网时代正在发展，信息化时代已经到来，智能生活让人们的生活更加方便，更加充满趣味性。自 1987 年，中国就把“智能模拟”作为国家科学发展规划的主要研究课题，从理论到实验室实践研究，再到一些高端领域的应用，无疑是为智能全面化鉴定基础。智能的作用在于大大提高工业生产效率，以最小的成本获取最大的收益。
以智能取代传统的现象早已司空见惯，譬如流水线上的员工已经可以被机械臂机器人等取代掉，譬如火锅界著名名牌海底捞，也推出了智能服务员，取代了原先的服务员，公车的售票员也渐渐被打卡机取代，单一重复性的工作，也将逐渐被智能机器代劳。不仅是生活、学习、工作方面，人们在娱乐方面也逐渐偏向智能化，比如 VR 虚拟现实，让人身临其境，全息影像使得影视界更加光彩夺目。那么在如今信息智能时代下，传统游戏又有何境遇？比如最熟悉的一种就是传统骰子，这是一种人人爱玩的桌面游戏，是人类文明的一部分，而随着智能电子产品的崛起，普通桌面游戏越来越淡出人们的视线，在快餐娱乐的时代下，人们乐于放眼在短暂又输入量大的小视频，捧着 ipad，电脑，手机，沉浸在静态又快餐的娱乐中，对掷骰子等传统桌面游戏越来越嗤之以鼻，时代的脚步马不停蹄，勇于创新才不会被淘汰，所以本设计以日常游戏为基础，通过模拟一个传统骰子的游戏，以 Arduino 作为核心、倾角作为控制的实验，达到电子技术模拟传统游戏的目的，力求在传统上增添创新与趣味。
开发板 Arduino 起源于意大利一所交互式设计学院(Interaction Design Institute Ivrea(IDII)，起初学院的老师觉得没有简便又操作性强的微控制器供学生学习，于是这个老师决定与学院的某个电子工程师合作，自己设计适用的电路板，于是这种低门槛并且教学性优良的电路板 Arduino 由此诞生。本设计将应用 Arduino 的最新版本Arduino UNO R3,优秀的稳定性与高效性可为本设计给予有力的支持。
1.2 国内外发展现状
现阶段对于智能模拟传统游戏的研究尚为少数，但仍有以模拟游戏作为兴趣方向进行研究的学者，起初版本的电子骰子以 Arduino 控制数码管实现单一数据显示，
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2 而后台代码以伪随机函数进行输入，在每次闪烁一定时间后，最后显示的点数会变成固定数，趣味性以及随机性差强人意，后来对电子骰子改良，通过倾角传感器、震动传感器、以及编程方面的随机数、数字输入等引入，才增强了电子骰子的交互性、实用性、趣味性。
开发板Arduino在国外新手领域较出名，Arduino本身是一个开源的计算机硬件，设计与制造工具包来创建数字设备与客户端交互式对象，以感知和控制物理世界。这款小型的开放源码(open source)设备创造了一个新市场空间，同时赋予其他现有和新兴设备更强大的能力。
来自澳洲西澳大学的一个学生团(Jess Armstrong、Ray Barker 和 Geoffrey Channon)，对 Arduino 进行了增强设计，团队将其计划称为 Spysea，Spysea 应用于海军舰艇，主要功能为实时监控来自摄影机馈送。Spysea 使用 Arduino 作为无人机的核心控制器，并与导航传感器、指南针、距离传感器以及马达等相结合，采用19mmPVC 管线连接摄像机，设计一个海上军用监控系统。
倾角技术为本系统的核心技术之一，现如今国外关于倾角技术的研发水平已相当先进，国外进口的倾角传感器较昂贵，而中国前几年对于倾角传感器的需求较大，基本通过进口获取，由此设备成本较高。随着中国科技发展，越来越多国内资深研发人员投入到倾角传感器的研发中，因此现在的中国倾角传感器技术迈出了崭新一步。倾角传感器在中国市场是存在着巨大潜力，有数据表明：中国自 2005 年需要8-10 亿直传感器，到今天的 14 亿，每年的倾角传感器的需求量都要递增 21% [1] 。
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第二章
系统设计目的和要求
2.1 研究目的及意义
互联网飞速发展，多方面实现智能化，生活、学习、工作、娱乐越来越离不开电子产品，许多无创新的事物逐渐被淘汰，本系统在传统基础上加入电子元器件，增加趣味性,作为一项模拟游戏的电子项目，它的设计与制作过程，都很适合锻炼动手能力和学习能力。Arduino 作为极富教学性电路板，它的作用可在本设计中得到充分体现，作为入门级电路板，本系统也十分适合激发初学者对嵌入式的开发热情。如今信息化时代，编程也逐渐变成一种潮流，很多家长给孩子报名编程的兴趣班，既锻炼孩子逻辑思维能力，又能顺应现代科技潮流，毕竟如今智能化风潮已经席卷而来，未来将会是更加科技智能化的时代。而电子领域道行颇深，许多关于电子入门都是从简单的 LED、 Arduino 开始，由简入难，循序渐进才是正确的学习过程，所以本设计基于 Arduino 和 LED 设计的模拟骰子系统，其中包括许多基础知识，并且实验过程见效显著，可以增强学习者的信心，从而更有毅力去探索更多方向。传统骰子的模拟，将普遍游戏以一种较新颖的方式呈现，具有趣味性和教学性。
2.2 研究方法及要达到的要求
要达到实现整套系统目的，首先必须要有明确的设计思路和流程，设计前期可以广泛收集与查阅相关资料，以及了解现在网络上外界对于类似系统实现所使用到的技术以及设计理念，最后通过预设实验结果进行推断以及设计需求分析，中期通过根据需求分析设计系统、设计框架、明确要使用的计算机语言以及方法、对整体系统进行硬件设计与软件设计；后期则要进行硬件传感器，核心板，LED 灯的连接设计，然后进行代码实现，最后阶段进行软硬件调试，测试等...
