Connect 4 Console

Proiectul constă în realizarea unei console hardware independente pe care rulează clasicul joc de societate.

• Ce face: Permite la doi jucători să joace Connect 4 pe un ecran TFT, jocul fiind însoțit de efecte sonore și muzică redate printr-un modul MP3 dedicat, totul fiind alimentat portabil de un acumulator integrat.
• Scopul lui: Replicarea fizică a unui joc de strategie cunoscut, combinând o interfață grafică digitală cu feedback audio pentru o experiență interactivă completă.
• Ideea de la care am pornit: Mi-am dorit să aduc un joc al copilăriei în format digital, construind o mini-consolă portabilă de tip arcade. Am vrut să explorez modul în care un microcontroller poate gestiona simultan grafică, logică de joc și redare audio.
• Utilitate: Este un proiect excelent de divertisment, dar și o dovadă de concept (PoC) pentru integrarea a multiple periferice (display SPI, modul audio UART, management de putere) pe o singură placă de dezvoltare, depășind limitările clasice de curent ale acesteia.

Arhitectura proiectului este centrată pe placa Arduino, care acționează ca unitate centrală de procesare. Arduino preia input-ul de la utilizator (butoane/joystick), actualizează logica matricei de joc, trimite comenzi de desenare către ecranul TFT și comenzi de redare audio către modulul DFPlayer Mini.

Pentru a susține consumul ridicat al ecranului și al difuzorului, sistemul este susținut de un circuit de management al puterii separat (Battery Shield), care preia energia de la acumulatorul Li-Ion și livrează o tensiune stabilă întregului circuit.

Schema Bloc a interacțiunilor:

• Sursa de alimentare (Battery Shield V3): Oferă 5V constanți și un curent de până la 3A către breadboard.
• Creierul (Arduino Uno): Primește 5V de la breadboard și coordonează perifericele.
• Input (Butoane/Joystick): Trimite semnale digitale/analogice către pinii Arduino pentru selectarea coloanei.
• Output Vizual (Display TFT): Comunică cu Arduino prin protocolul SPI pentru a randa interfața grafică și piesele care cad.
• Output Audio (DFPlayer Mini + Difuzor 3W): Comunică cu Arduino via UART (Serial). Citește efectele sonore de pe cardul MicroSD și le amplifică direct în difuzor.

Lista de piese:

• 1 x Placă de dezvoltare (tip Arduino Uno)
• 1 x Display TFT (ex: 2.4” sau 2.8” SPI)
• 1 x Modul audio DFPlayer Mini MP3
• 1 x Card MicroSD (max 32GB, formatat FAT32)
• 1 x Difuzor Mini (3W, 8 Ohmi)
• 1 x Modul Powerbank (Battery Shield V3 18650, ieșire 5V/3A)
• 1 x Acumulator Li-Ion Samsung 18650 (3.6V, 3450mAh, 8A)
• Butoane push sau 1 x Joystick (pentru control)
• 1 x Breadboard
• Fire de conexiune (Dupont tată-tată, mamă-tată)
• Rezistențe (ex: 1k Ohm pentru TX-ul către DFPlayer, rezistențe de pull-down pentru butoane)

Design Electric (Scurtă descriere a conexiunilor):

• Alimentare: Pinul de 5V și GND de pe Battery Shield alimentează șinele breadboard-ului. De acolo, se trage curent către pinul 5V de pe Arduino, VCC-ul TFT-ului și VCC-ul DFPlayer-ului.
• Audio: Pinul TX (SoftwareSerial) al Arduino-ului se leagă printr-o rezistență de 1k Ohm la pinul RX al DFPlayer-ului pentru a elimina zgomotul de fond. Difuzorul se conectează direct la pinii SPK_1 și SPK_2 ai modulului MP3.
• Display: Se conectează pe pinii hardware SPI ai Arduino-ului (MOSI, MISO, SCK) și pinii de control (CS, DC, RST).

Mediu de dezvoltare:

• Proiectul va fi dezvoltat folosind mediul Arduino IDE.

Librării utilizate:

• SPI.h - pentru comunicarea hardware cu display-ul.
• Adafruit_GFX.h și librăria specifică controllerului ecranului (ex: Adafruit_ILI9341.h) - pentru randarea graficii (cercuri, linii, text).
• SoftwareSerial.h - pentru a crea un port serial virtual pe alți pini pentru a comunica cu playerul MP3.
• DFRobotDFPlayerMini.h - pentru controlul simplificat al modulului audio (play, pause, setare volum).

Logica jocului (Algoritmi):

• Matricea de stare: O matrice de int-uri de `[6][7]` va reprezenta tabla de joc (0 = gol, 1 = jucător 1, 2 = jucător 2).
• Animația: Când un jucător alege o coloană, un algoritm va găsi cel mai de jos rând disponibil (`0`) din acea coloană, va schimba starea în matrice și va declanșa o funcție grafică de desenare a unui cerc colorat la coordonatele X/Y corespunzătoare.
• Efecte Sonore: În momentul “căderii” piesei, se trimite o comandă serială către DFPlayer pentru a reda “track 1” (sunet de piesă lovind tabla).
• Algoritmul de Victorie: După fiecare mutare, o funcție scanează matricea pentru a găsi 4 elemente identice pe orizontală, verticală și diagonale. Dacă se returnează `true`, jocul se oprește, se afișează mesajul de victorie pe TFT și se redă sunetul specific.

În urma implementării, a rezultat o consolă independentă, portabilă și stabilă. Principala realizare hardware a fost echilibrarea consumului de curent. Utilizând modulul separat de alimentare (Battery Shield) și setându-l în modul “HOLD”, sistemul poate rula concomitent grafică pe TFT și redare audio puternică (difuzor de 3W) fără ca microcontrollerul să sufere căderi de tensiune (brown-out resets). Autonomia estimată cu bateria de 3450mAh este de câteva ore bune de funcționare continuă.

Proiectul a demonstrat cât de important este managementul corect al alimentării în sistemele embedded. Cea mai mare provocare nu a fost neapărat logica jocului, ci înțelegerea limitărilor hardware ale plăcii de dezvoltare și depășirea lor (ocolirea regulatorului intern de pe Arduino pentru a susține consumul perifericelor). Combinația de feedback vizual pe TFT și efecte sonore clare pe DFPlayer creează o experiență foarte “polisată” a unui simplu joc de masă.

(link Github)

• 01.05.2026: Achiziția componentelor și planificarea schemei bloc.
• 04.05.2026: Introducerea documentatiei sumare (prima versiune)

Resurse Hardware:

• Datasheet DFPlayer Mini / Cip Amplificator 8002
• Specificații tehnice Acumulator 18650 Samsung 35E
• Pinout și specificații Arduino Uno

Resurse Software:

• [Github DFRobot] DFPlayer Mini Library
• [Adafruit] GFX Library Reference
• Tutoriale limitări formatare sisteme de fișiere (FAT32 vs exFAT pentru microcontrollere).