基于倾角控制的LED骰子游戏的设计与实现.docx

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1、gmI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32.1 研究目的及意义32.2 研究方法及要达到的要求3第三章系统硬件设计43.1 Arduino模块43.1.1 Arduino简介43.1.2 ArduinoUNO系统原理43.2 倾斜传感器模块53.2.1 倾斜传感器简介53.2.2 倾斜传感器基本原理63.2.3 SW-520D滚珠开关原理及应用63.3 LED指示灯模块63.3.1 LED简介63.3.2 LED背景及特色73.3.3 3

2、3白g卜JU7第四章系统软件设计84.1 程序语言及开发环境84.1.1 C语言简介84.1.2 ArduinoIDE84.1.3 Random伪随机数原理9第五章硬件组装与调试105.1 元器件的组装105.2 电路的调试105.2.1 电路的调试具体步骤115.3 系统实现时出现的问题以及解决方案115.3.1 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15Il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，

3、应用ArdUinOIDE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AbstractRecently,China,sscienceandtechnologyfiel

4、dhasachievedgreatresults.Inordertoadapttotherapiddevelopmentofscienceandtechnology,inordertoadapttotheneedsofenterprisesandsocialdevelopmentassoonaspossible,thisdesignactivelycarriesoutpractice-orientedelectronicproduction.Thisdesignrealizesthefunctionofdicebysimulatingthepointsoftraditionalordinary

5、dice.TheClanguageprogrammingalgorithmundertheArduinoIDEdevelopmentenvironment(basedonProcessing)isusedtotriggertheunidirectionaltiltinduction.ThepseudorandomnumberisgeneratedbytheClanguageRandomfunction,whichsimulatesthetraditionalDicepoints,toachieveasimulationoftraditionaldicegamesystem.Thisarticl

6、ewillexplainthesystemhardwareandsoftwarecomponents,anddiscussthetiltsensormodule,powermodule,andLEDdisplaymodule.Inthispaper,theArduinothatcanprovide5Vpowerisusedasthecoreprocessor,andthetiltsensor(SW-520D)isusedtocollectangleinformation.ThedutycycleofthePWMwaveisdisplayedbytheLCD1602.stability.Keyw

7、ords:ElectronicdiceArduinodipsimulationgame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

8、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ArdU

9、inO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（InteraCtiOnDesignInstituteIvrea（IDI）,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ArduinoUNOR3,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

10、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，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(OPenSoUrCe)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

11、的一个学生团(JeSSArmstrong、RayBarker和GeoffreyChannon),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

12、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8T0亿直传感器，到今天的14亿，每年的倾角传感器的需求量都要递增21%叮。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

13、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ArdUin。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

14、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。整体系统在实现过程中，通过对比传统骰子与电子骰子的不同，力求在创新方面更胜一筹，设计出新颖的骰子游戏。后期硬件方面做好更多可靠器件，使得系统能在使用过程中更加稳定。第三章系统硬件设计3.1 Arduino模

15、块1 .1.1Arduino简介Arduino向来深受电子入门学者的喜爱，它含有各类型的Arduino板和软件ArduinoIDE,易于开发，简单便捷。Arduino构建于开放原始码SimPIeI/O介面版，并且自带类似JaVa、C语言的PrOCeSSing/Wiring开发环境，它主要分为硬件Arduino电路板部分和软件ArdUinOIDE（即所写代码程序的环境）部分4。使用ArdUinO整套系统过程中，在IDE中写好代码，通过烧录线将程序烧到板子上，Arduino便会执行所烧的程序，实现代码功能。作为开源硬件开发平台的ArdUino,它的优秀在于能使许多开发者的项目快速地开发，极大减少了学习成本，缩短开发周期。在本设计中将使用ArdUinOUNO版本，UNo的核心处理器为ATmega328,同时具有6路模拟输入，14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出）、一个16MHZ晶体振荡器、一个电源插座、一个复位按钮、一个ICSPheader和一个USB口4。Anduino最主要是通过各种传感器实现各种功能，比如通过红外线、超声波、热敏、火焰传感器等来感知并影响环境15,而本设计将应用倾角传感器来判断电子骰子震动摇晃情况。3 .1.2ArduinoUNO系统原理当前本设计应