Arduino项目案例——游戏开发

本书内容由总到分、先思考后实践，创新思维与实践案例相结合，以供不同人员的需求；同时，本书附有实际项目的硬件设计图和软件实现代码，供读者自我学习和自我提高使用；可作为大学信息与通信工程及相关领域的本科生教材，也可以作为智能硬件爱好者创新手册使用；还可以为创客的需求产生、分析产品、设计生产、实现产品提供帮助。对于从事物联网、创新开发和设计的专业技术人员，也可以作为主要的技术参考书。
本书配套提供项目设计的硬件电路图、程序代码、实现过程中出现的问题及解决方法，可供读者举一反三，二次开发。

 

本书以“大众创业万众创新”为时代背景，结合当前高等院校创新实践课程，总结Arduino开源硬件的开发方法，并给出了系统开发Arduino智能硬件产品的实际案例。其主要内容包括四个方面：开源硬件简介及Arduino开发板，Arduino开发产品的基本方法、外围硬件及传感器使用方法。本书内容是教师在教学过程中，基于Arduino开发平台，指导学生进行创新项目，*后总结了优秀的项目开发案例，图文并茂，丰富实用，深入浅出，易学易用。 对于书中的每个案例从项目背景、创意描述、功能及总体设计、具体电路图、系统流程图、产品展示以及每个案例所用模块进行详细讲解，使读者可以从不同层面对开发案例进行分析、理解和具体实现。

目录

第1章Arduino项目设计基础

1.1开源硬件简介

1.2Arduino开源硬件

1.2.1Arduino开发板

1.2.2Arduino扩展板

1.3Arduino软件开发平台

1.3.1Arduino平台特点

1.3.2Arduino IDE的安装

1.3.3Arduino IDE的使用

1.4Arduino编程语言

1.4.1Arduino编程基础

1.4.2数字I/O引脚的操作函数

1.4.3模拟I/O引脚的操作函数

1.4.4高级I/O引脚的操作函数

1.4.5时间函数

1.4.6中断函数

1.4.7串口通信函数

1.4.8Arduino的库函数

1.5Arduino硬件设计平台

1.5.1Fritzing软件简介

1.5.2Fritzing使用方法

1.5.3Arduino电路设计

1.5.4Arduino开发平台样例与编程

第2章迷你游戏机项目设计

2.1功能及总体设计

2.2模块介绍

2.2.1入口点模块

2.2.2引脚声明模块

2.2.3设备类模块

2.2.4操作基类模块

2.2.5设备工作控制模块

2.2.6游戏信息声明模块

2.2.7游戏记录模块

2.2.8游戏实体基类模块

2.2.9反重力小鸭游戏模块

2.2.10初始界面模块

2.2.11游戏记录声明模块

2.3产品展示

2.4元件清单

第3章基于JY901的无线体感游戏掌机项目设计

3.1功能及总体设计

3.2模块介绍

3.2.1手柄数据采集模块

3.2.2树莓派游戏实现模块

3.2.3云服务器数据存储模块

3.2.4移动端数据展示模块

3.3产品展示

3.4元件清单

第4章Heagic Tower项目设计

4.1功能及总体设计

4.2模块介绍

4.2.1角度数据采集模块

4.2.2蓝牙模块

4.2.3控制模块

4.2.4游戏模块

4.3产品展示

4.4元件清单

第5章带游戏手柄的2048小游戏项目设计

5.1功能及总体设计

5.2模块介绍

5.2.1主程序模块

5.2.2输入模块

5.2.3传输模块

5.3产品展示

5.4元件清单

第6章贪吃蛇游戏机项目设计

6.1功能及总体设计

6.2模块介绍

6.2.1主程序模块

6.2.2按键开关模块

6.2.3显示屏模块

6.3产品展示

6.4元件清单

第7章推箱游戏机项目设计

7.1功能及总体设计

7.2模块介绍

7.2.1主程序模块

7.2.2按键输入模块

7.3产品展示

7.4元件清单

第8章Hit Me地鼠游戏机项目设计

8.1功能及总体设计

8.2模块介绍

8.2.1主程序模块

8.2.2显示与SD模块

8.2.3游戏模块

8.3产品展示

8.4元件清单

第9章体感游戏模拟器项目设计

9.1功能及总体设计

9.2模块介绍

9.2.1数据采集模块

9.2.2数据传输模块

9.2.3游戏实现模块

9.3产品展示

9.4元件清单

第10章JUST JUMP游戏项目设计

10.1功能及总体设计

10.2模块介绍

10.2.1声音传感器模块

10.2.2LCD显示屏输出模块

10.2.3LED输出显示模块

10.2.4主程序模块

10.3产品展示

10.4元件清单

第11章变脸弹珠台小游戏项目设计

11.1功能及总体设计

11.2模块介绍

11.2.1Arduino开发板

11.2.2Processing模块

11.3产品展示

11.4元件清单

第12章贪吃蛇小游戏项目设计

12.1功能及总体设计

12.2模块介绍

12.2.1主程序模块

12.2.2Joystick shield扩展板模块

12.2.3Arduino LCD5110a模块

12.3产品展示

12.4元件清单

参考文献

 

前言

物联网、智能硬件和大数据技术给社会带来了巨大的冲击，个性化、定制化和智能化的硬件设备成为未来的发展趋势。“中国制造2025”计划、德国的“工业4.0”及美国的“工业互联网”都是将人、数据和机器连接起来，其本质是工业的深度信息化，为未来智能社会的发展提供制造技术基础。
在“大众创业，万众创新”的时代背景下，人才培养方法和模式也应该满足当前的时代需求。作者依据当今信息社会的发展趋势，结合Arduino开源硬件的发展及智能硬件的发展要求，采取激励创新的工程教育方法，培养适应未来工业4.0发展的人才。因此，本书试图探索基于创新工程教育的基本方法，并将其提炼为适合我国国情、具有自身特色的创新实践教材，对实际教学中应用智能硬件的创新工程教学经验进行总结，包括具体的创新方法和开发案例，希望对教育教学及工业界有所帮助，起到抛砖引玉的作用。
本书的内容和素材主要来源于作者所在学校近几年承担的*和北京市的教育、教学改革项目和成果，也是北京邮电大学信息工程专业的同学们创新产品的设计成果。书中系统地介绍了如何利用Arduino平台进行产品开发，包括相关的设计、实现与产品应用，主要内容包括Arduino设计基础及游戏开发案例。
本书的编写得到了*电子信息类专业教学指导委员会、信息工程专业国家类、第二类特色专业建设项目、*CDIO工程教育模式研究与实践项目、*本科教学工程项目、信息工程专业北京市特色专业建设、北京市教育教学改革项目、北京邮电大学教育教学改革项目（创新创业教育精品课程）的大力支持。在此一并表示感谢！
由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，衷心希望广大读者多提宝贵意见及具体的整改措施，以便作者进一步修改和完善。

李永华
于北京邮电大学

2019年5月

第5章

带游戏手柄的2048
小游戏项目设计本章根据顾心怡、刘依林项目设计整理而成。

 

本项目基于Arduino平台设计一款带有无线游戏手柄的网页端2048小游戏，实现远距离懒人操控。
5．1功能及总体设计
本项目通过摇杆和按钮对本地2048小游戏进行操作。摇杆向左相当于按左键，摇杆向右相当于按右键，摇杆向上相当于按上键，摇杆向下相当于按下键，三个按钮实现选择游戏模式的功能，后一个按钮实现帮助功能； 不带游戏手柄的网页端2048小游戏，既可以在计算机也可以在手机上操作，灵活方便。
要实现上述功能需将作品分成三部分进行设计，即输入部分、传输部分和主程序部分。
输入部分选用了四个按钮和一个PS2摇杆，构成游戏手柄的主要外观部分。传输部分将一个蓝牙模块置于无线游戏手柄之中，接收手柄数据，另一个蓝牙模块连接在PC端，二者之间进行数据传输，PC端从串口读取数据。主程序部分一是利用Python程序对串口数据进行接收，Selenium WebDriver的一系列功能打开游戏网页，并进行操控； 二是构建网页，使用HTML、CSS以及JavaScript代码语言构建2048小游戏，后结果由网页端2048小游戏呈现。
1． 整体框架图
整体框架如图51所示。

图51整体框架图

2． 系统流程图
蓝牙配对原理如图52所示； 系统流程如图53所示； 2048小游戏系统流程如图54所示。

图52蓝牙配对原理图

 

图53系统流程图

 

图542048小游戏系统流程图

3． 总电路图
PS2摇杆GND引脚连接Arduino开发板的GND引脚，摇杆正极引脚连接Arduino开发板的5V电源，VRX接Arduino开发板的引脚A0，VRY接Arduino开发板的引脚A1，SW接Arduino开发板的引脚A2。
按键1GND引脚连接Arduino开发板的GND引脚，按键1正极引脚连接Arduino开发板的5V电源，OUT引脚接Arduino开发板的引脚2。
按键2GND引脚连接Arduino开发板的GND引脚，按键2正极引脚连接Arduino开发板的5V电源，OUT引脚接Arduino开发板的引脚4。
按键3GND引脚连接Arduino开发板的GND引脚，按键3正极引脚连接Arduino开发板的5V电源，OUT引脚接Arduino开发板的引脚7。
按键4GND引脚连接Arduino开发板的GND引脚，按键4正极引脚连接Arduino开发板的5V电源，OUT引脚接Arduino开发板的引脚8。
HC05主机蓝牙模块GND引脚连接Arduino开发板的GND引脚，VCC引脚连接Arduino开发板的5V电源，TXD引脚接Arduino开发板的RX引脚，RXD引脚接Arduino开发板的TX引脚，从机模块与主机模块接法相同。
整体引脚连接如表51所示。