【CurieNano项目2】重力感应平衡球游戏

灯灯灯

概述：
        平衡球游戏在手机平台上很常见，玩家操控手机的平衡来控制平衡球运动，到达指定地点。为了实现平衡球游戏，我使用Arduino 101作为游戏手柄，将101的加速度计数据通过串口或BLE发给PC机，在PC机上实现一个平衡球游戏的界面。（因为没学过美工，也没有时间去认真做这个游戏，现在界面很简陋，仅仅作为一个抛砖引玉）.



目的：        使用Arduino 101作为手柄，用PC机作为界面，通过串口和BLE两种方式完成101与PC机的交互，实现平衡球游戏。



硬件/软件需求：
       硬件需求：CurieNano/Arduino 101、电脑
       软件需求（对于串口版本）：Arduino 101 1.x+库、 Python、pygame
       软件需求（对于蓝牙版本）：Arduino 101 1.x+库、Visual Studio2015+



使用串口传输的版本：
        这个版本没有使用BLE，需要把101和电脑通过USB连接。我写了一个Python2.7的脚本，调用串口库获取101发来的串口数据，调用pygame显示界面。
        需要：Python2.7 、pygame 、Arduino 101 、Arduino 101 1.0.x+库

Arduino 101代码：

1. #include "CurieIMU.h"
   
2. int ax, ay, az;         // accelerometer values
   
3. int gx, gy, gz;         // gyrometer values
   
4. 
   
5. const int ledPin = 13;      // activity LED pin
   
6. boolean blinkState = false; // state of the LED
   
7. 
   
8. int calibrateOffsets = 1; // int to determine whether calibration takes place or not
   
9. 
   
10. void setup() {
    
11.   Serial.begin(9600);
    
12.   while (!Serial);
    
13.   CurieIMU.begin();
    
14. 
    
15.   if (calibrateOffsets == 1) {
    
16.     delay(1000);
    
17.     CurieIMU.autoCalibrateGyroOffset();
    
18.     CurieIMU.autoCalibrateAccelerometerOffset(X_AXIS, 0);
    
19.     CurieIMU.autoCalibrateAccelerometerOffset(Y_AXIS, 0);
    
20.     CurieIMU.autoCalibrateAccelerometerOffset(Z_AXIS, 1);
    
21.   }
    
22.   pinMode(ledPin, OUTPUT);
    
23. }
    
24. 
    
25. int8_t buf[4];
    
26. 
    
27. void loop() {
    
28.   while(Serial.read()!='g');
    
29.   CurieIMU.readMotionSensor(ax, ay, az, gx, gy, gz);
    
30.   *((int16_t*)buf) = ax;
    
31.   *((int16_t*)(buf+2)) = ay;
    
32.   Serial.write(buf[0]);
    
33.   Serial.write(buf[1]);
    
34.   Serial.write(buf[2]);
    
35.   Serial.write(buf[3]);
    
36. 
    
37.   blinkState = !blinkState;
    
38.   digitalWrite(ledPin, blinkState);
    
39. }

复制代码

Python2.7代码：

1. #coding: utf-8
   
2. #Version:   Python2.7
   
3. 
   
4. from time import sleep
   
5. from serial.tools import list_ports
   
6. from serial import Serial
   
7. from struct import unpack
   
8. import pygame,sys
   
9. 
   
10. class MySerial():
    
11.     def __init__(self):
    
12.         port_list = list(list_ports.comports())
    
13.         if len(port_list) <= 0:
    
14.             self._ser = None
    
15.             return
    
16.         self._ser = Serial(list(port_list[0])[0],9600)
    
17.         sleep(1)
    
18.     def opened(self):
    
19.         return self._ser!=None
    
20.     def GetAngle(self):
    
21.         self._ser.write('g')
    
22.         s = self._ser.read(size=4)
    
23.         return unpack('hh',s)
    
24.          
    
25.          
    
26. class Ball():
    
27.     def __init__(self):
    
28.         self.reset()
    
29.         self.radius = 20.0
    
30.     def reset(self):
    
31.         self.x = 100.0
    
32.         self.y = 100.0
    
33.         self.vx = 0.0
    
34.         self.vy = 0.0
    
35.     def move(self,a):
    
36.         self.vx += a[0]/131072.0
    
37.         self.vy += a[1]/131072.0
    
38.         self.x -= self.vx
    
39.         self.y += self.vy
    
40.          
    
41.         if self.x<self.radius:
    
42.             self.vx = 0.0
    
43.             self.x = self.radius
    
44.          
    
45.         if self.x>600.0-self.radius:
    
46.             self.vx = 0.0
    
47.             self.x = 600.0-self.radius
    
48.          
    
49.         if self.y<self.radius:
    
50.             self.vy = 0.0
    
51.             self.y = self.radius
    
52.             
    
53.         if self.y>600.0-self.radius:
    
54.             self.vy = 0.0
    
55.             self.y = 600.0-self.radius
    
56.          
    
57.         if self.y>200.0-2*self.radius and self.y<200.0 and self.x<400.0:
    
58.             self.vy = 0.0
    
59.             self.y = 200.0-2*self.radius
    
60.          
    
61.         if self.y<200.0+2*self.radius and self.y>200.0 and self.x<400.0:
    
62.             self.vy = 0.0
    
63.             self.y = 200.0+2*self.radius
    
64.             
    
65.         if self.y>400.0-2*self.radius and self.y<400.0 and self.x>200.0:
    
66.             self.vy = 0.0
    
67.             self.y = 400.0-2*self.radius
    
68.          
    
69.         if self.y<400.0+2*self.radius and self.y>400.0 and self.x>200.0:
    
70.             self.vy = 0.0
    
71.             self.y = 400.0+2*self.radius
    
72.          
    
73.         if (465-self.x)**2+(465-self.y)**2 < (1.4*self.radius)**2:
    
74.                     return 1
    
75.          
    
76.         for i in xrange(0,4):
    
77.             for j in xrange(0,4):
    
78.                 hole_x = 150*i + 15
    
79.                 hole_y = 150*j + 15
    
80.                 if (hole_x-self.x)**2+(hole_y-self.y)**2 < (1.4*self.radius)**2:
    
81.                     return -1
    
82.         return 0
    
83.      
    
84. def main():
    
85.     ser = MySerial()
    
86.     if not ser.opened():
    
87.         print "No Serial"
    
88.         return
    
89.     else:
    
90.         print "Serial OK"
    
91.     ball = Ball()
    
92.     pygame.init()
    
93.     screencaption = pygame.display.set_caption('Balance Ball')
    
94.     screen = pygame.display.set_mode([600,600])
    
95.     screen.fill([255,255,255])
    
96.     pygame.display.update()
    
97. 
    
98.     while True:
    
99.         for event in pygame.event.get():
    
100.             if event.type==pygame.QUIT:
     
101.                 return
     
102.         screen.fill([255,255,192])
     
103.         pygame.draw.rect(screen,[0,0,0],[0,200-int(ball.radius),400,int(ball.radius)*2],3)
     
104.         pygame.draw.rect(screen,[0,0,0],[200,400-int(ball.radius),600,int(ball.radius)*2],3)
     
105.         for i in xrange(0,4):
     
106.             for j in xrange(0,4):
     
107.                 hole_x = 150*i + 15
     
108.                 hole_y = 150*j + 15
     
109.                 pygame.draw.circle(screen,[0,0,0],[hole_x,hole_y],int(ball.radius),int(ball.radius))
     
110.                  
     
111.         pygame.draw.circle(screen,[0,0,255],[465,465],int(ball.radius),int(ball.radius))
     
112.         pygame.draw.circle(screen,[255,30,60],[int(ball.x),int(ball.y)],int(ball.radius),int(ball.radius))
     
113.         pygame.display.update()
     
114.          
     
115.         result = ball.move(ser.GetAngle())
     
116.          
     
117.         if result == -1 :
     
118.             print "You Lose!"
     
119.             ball.reset()
     
120.         elif result == 1:
     
121.             print "You Win!"
     
122.             ball.reset()
     
123. 
     
124. if __name__ == '__main__':
     
125.     main()

复制代码

运行方式：
上传程序后，确保Arduino 101已连接电脑，且不要使用其它COM口。再运行Python脚本，这个脚本是自动寻找Arduino101的串口的，若找到串口，会在屏幕上显示"Serial Ready"，然后弹出游戏界面，就可以玩了：

图：有线连接的平衡球游戏

使用BLE传输的版本：

        这个版本使用了BLE，不需要把101和电脑通过USB连接，只需要给101供电就行（比如充电宝）。在PC端我是修改的一个UWP应用，还没有编写墙壁、洞口等场景，仅有空的地图。
需要：Windows10 、Visual Studio 2015+ 、Arduino 101 、Arduino 101 1.0.x+库

代码：
        算上UWP工程后，文件极大，因此可前往git库下载：

https://git.ustclug.org/WangXuan.c/101-UWP-balanceball

并按照ReadMe.txt操作。

运行方法：
       上传Arduino101代码后，给101上电（不必用电脑供电），在Win10的蓝牙设置里配对Arduino 101。编译运行UWP程序，可以看到以下界面。依次点击“101 Detected! Press to Start”和“{00002A37-0000-1000-8000-00805F9B34FB}” 。晃动101，就能看到黄色的圆球随之运动了。

图：BLE版本的平衡球

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