Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2023:adarmaz:tiltthemaze [2023/05/05 09:05]
adumitrescu2708
+++ pm:prj2023:adarmaz:tiltthemaze [2023/05/30 02:58] (current)
adumitrescu2708 [Implementare]
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====== Tilt the maze - Dumitrescu Alexandra 333CA ======
+===== Demo =====
+{{url>https://drive.google.com/file/d/1b7s5bXKdAkVjzZ-PGNajw2d06Bly8HcU/preview}}
 ===== Introducere =====
 Proiectul constă într-un labirint ce poate fi rotit de jucător pe 2 axe OX și OY printr-un joystick. Motivația proiectului meu a constat în dorința automatizării unui joc din copilărie. Labirintul dispune 5 găuri, iar jucătorului îi este oferită o singură bilă magnetică. Jocul propune următoarele 2 moduri:
@@ Line 26: / Line 28: @@
   - [[pm:lab:lab3-2023| Laborator 6.]] I2C pentru ecranul LCD
   - [[pm:lab:lab3-2023| Laborator 3.]] PWM pentru servomotoare
-<html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>
+=== Schema circuitului ===
+{{:pm:prj2023:adarmaz:untitled_sketch_2_bb.png?600|}}
+===== Software Design =====
+==== Descriere generală ====
+Pentru realizarea proiectului am utilizat Arduino IDE, în care am importat următoarele biblioteci
+  - **SoftwareSerial.h** - pentru comunicarea pe interfața serială între cele 2 Arduino-uri ((Un Arduino se ocupă de cele 2 servomotoare și de joystick, iar al doilea de senzori, LCD și leduri)) \\
+  - **Servo.h** - pentru a deplasa cele două servomotoare ((Un servo acționează planul pe axa OX, iar al doilea pe OZ)) \\
+  - **LiquidCrystal_I2C.h** - pentru a scrie rezultatele obținute pe ecranul LCD cu modulul I2C incorporat \\
+În cadrul proiectului, am utilizat și operații pe regiștri pentru \\
+  - **Întreruperi hardware** - pentru a detecta când este apăsat butonul joystickului am utilizat o întrerupere externă pe pinul PD2
+  - **Timer** - pentru a afișa durata jocului am setat Timerul 1 în modul CTC să genereze o întrerupere cu frecvența 1 Hz
+==== Implementare ====
+**Arduino Uno 1. - Controller Servo & Joystick** - Primul Arduino are următoarele roluri \\
+ - primește date de la joystick\\
+ - încearcă să reducă pe cât posibil zgomotul posibil provocat de jucător pentru a asigura o deplasare lină a labirintului\\
+ - să mapeze datele de intrare din intervalul [0, 1024) în intervalul [25°, 45°)\\
+ - să asigure viteza între rotații să fie corespunzător de mică, tot pentru a asigura o deplasare lină a labirintului
+ - să trimită la începutul jocului prin interfața serială Arduino-ului 2. informații primite de la joystick privind începerea jocului și alegerea game modului //Save the Ball// sau //Send the Ball//.\\
+ - în cazul în care a fost selectat modul de joc //Save the ball//, Arduino-ul generează random la fiecare 10s o poziție pe OX și pe OY în care să se deplaseze labirintul.\\
+ Putem să le luăm pe rănd, în ordinea cronologică începerii jocului \\ \\
+ -  Prima dată, am setat un **JOYSTICK_DEADZONE** pentru a asigura că nu există niciun fel de zgomot în momentul în care labirintul stagnează în **SERVO_DEFAULT_POSITION** (35°), practic atunci când jucătorul nu mișcă joystick-ul sau îl mișcă suficient de puțin, labirintul trebuie să sea pe loc pentru a reduce zgomotele. Dacă datele depășesc **JOYSTICK_DEADZONE**, atunci vom mapa datele primite pe OX și OY în intervalul [25°, 45°). \\
+<spoiler Implementarea deadzone-ului și poziționarea servomotoarelor.>
+<code C>
+int joystick_deadzone = 200;
+(...)
+void loop() {
+  int ox = analogRead(A3);
+  int oy = analogRead(A2);
+   /* check and adjust deadzone */
+  if (abs(ox - 512) < joystick_deadzone) {
+    ox = 512;
+  }
+  if (abs(oy - 512) < joystick_deadzone) {
+    oy = 512;
+  }
+   int servo_ox_pos = map(ox, 0, 1023, 25, 45);
+   int servo_oy_pos = map(oy, 0, 1023, 25, 45);
+}
+</code>
+</spoiler>
+ - Variabila **IS_START_GAME** detectează dacă jocul a început sau nu. Pentru a monitoriza acest aspect, contorizăm folosind întreruperea hardware externă generată de apăsarea butonului joystickului, de câte ori a fost apăsat butonul. Prima apăsare anunță începerea jocului, iar a doua selectarea modului de joc. Deoarece pot apărea probleme la apăsare continuă a butonului, în sensul că întreruperea externă se poate activa de mai multe ori pentru o singură apăsare, am implementat o soluție în care se asigură că butonul este apăsat, apoi eliberat și abia apoi o altă apăsare este validată. //Jocul începe o dată ce s-au trimit cele 2 apăsări de buton, iar Arduino 2. trimite înapoi modul de joc selectat// \\
+<spoiler Întreruperea externă pentru detectarea apăsării butonului și încheierea conexiunii.>
+<code C>
+void loop() {
+  if(mySerial.available() >= 1) {
+      byte finished = mySerial.read();
+      is_start_game = true;
+      chosen_game_mode = finished;
+  }
+}
+(...)
+ISR(INT0_vect) {
+  int value = PIND & (1 << JOYSTICK_BUTTON);
+  if(is_button_pressed == true && old_value != 0) {
+    is_button_pressed_second = true;
+  }
+  if(value == 0) {
+    is_button_pressed = true;
+  }
+  old_value = value;
+}
+</code>
+</spoiler>
+ - Pentru a nu aglomera comunicarea pe interfața serială (deoarece ar putea interveni desincronizări în primirea/trimiterea datelor în Receiver / Transmitter sau datele ar putea fi primite cu o întârziere care nu este necesară), am propus o soluție în care pe interfață se comunică doar la începutul jocului căte un **singur byte la un moment dat, în care biții codifică starea actuală a joystickului**. Nu ne interesează decăt up/low/pressed pentru că interfața de pe LCD permite alegerea game modului prin swipe up/low. **Între cele Arduinouri se stabilește un protocol de comunicație. Ambele părți trebuie să cunoască decizia de game mode luat și, implicit încheierea conexiunii. Din punctul alegerii jocului, Arduino-urile au taskuri separate specializate pe modul de joc. **\\
+^ button[0:7]  ^ Semnification ^
+| button[0]    | Button Pressed |
+| button[1]    | Up             |
+| button[2]    | Low            |
+| button[3]    | 2nd Button Pressed|  \\
+{{:pm:prj2023:adarmaz:protocol2.png?500| Protocolul de comunicație între Arduino-uri}}\\
+ - O dată ce game modeul a fost setat se așteaptă un byte înapoi de sincronizare între cele 2 Arduino-uri, care semnifică game modeul selectat, după care începe jocul, pornind servomotoarele și dăndu-le ca direcție datele mapate [25°, 45°) de la joystick. Pentru a asigura o viteză acceptabilă astfel încât să nu se miște brusc/dezordonat labirintul am lasat un delay pentru fiecare unghi în care se deplasează servomotorul.\\ \\
+**Arduino Uno 2. - Controller Senzori & LCD & Led** - Al doilea Arduino are următoarele roluri \\
+- Primind datele de pe interfața serială de la Arduino 1. setează logica celor 2 moduri de joc. \\
+- Primul mod, //Save the Ball// așteaptă ca pentru fiecare gaură să detecteze senzorul magnetic bila magnetică. Dacă bila a fost detectată, se oprește și afișează timpul jocului. \\
+- Al doilea mod, //Send The Ball//, generează random o gaură, implicit pornește LED-ul găurii respective, pentru a anunța jucătorul unde trebuie să trimită mingea, și așteaptă ca senzorii să detecteze fie dacă mingea a picat în gura corectă, fie nu. Va afișa rezultatul **FAIL/PASS** și durata jocului.
+<spoiler Parsarea datelor primite prin protocolul de comunicare de Arduino2.>
+<code C>
+void loop() {
+if(mySerial.available() >= 2) {
+    /* extract info from protocol */
+    byte received = mySerial.read();
+    byte button_pressed = (received & 0x01);
+    byte upper_cursor = (received >> 1) & 0x01;
+    byte lower_cursor = (received >> 2) & 0x01;
+    byte second_button_pressed = (received >> 3) & 0x01;
+    if(button_pressed && !start_game) {
+      start_game = true;
+      set_LCD_start_game();
+    }
+    if(start_game && !set_game_mode && (upper_cursor != 0 || lower_cursor != 0)) {
+      /* choose game mode */
+      last_game_picked = upper_cursor != 0 ? 1 : 2;
+      byte cursor_LCD = upper_cursor != 0 ? 1 : 0;
+      if(cursor_LCD != previous_cursor_state) {
+        previous_cursor_state = cursor_LCD;
+        parse_cursor(cursor_LCD);
+      }
+    }
+  }
+</code>
+</spoiler>
+==== Rezultate obținute ====
+Consider că partea care mi-a provocat cele mai multe probleme a fost fizica și dinamica jocului. Au apărut dificultăți atât în montarea platformei și a senzorilor și a ledurilor, cât și în fizica deplasării labirintului (viteză prea mare, mișcare bruscă etc.). În final, am reușit să implementez ce mi-am propus. Multe probleme au apărut și din cauza bibliotecilor folosite, primordial SoftwareSerial.h, care mi-a limitat posibilitatea lucrului cu regiștrii.  \\
+{{:pm:prj2023:adarmaz:thumbnail_img_3947.jpg?400|}} \\
+{{:pm:prj2023:adarmaz:thumbnail_img_3951.jpg?400|}} \\
+{{:pm:prj2023:adarmaz:thumbnail_img_3944.jpg?400|}} \\
+{{:pm:prj2023:adarmaz:thumbnail_img_3955.jpg?400|}}
+----
+==== Concluzii ====
+Mă bucur că am reușit să duc la bun final proiectul pe care mi l-am propus, contrar numeroaselor probleme care s-au ivit. Țin să menționez că deși am reușit să implementez tot ce mi-am propus există câteva lipsuri ale proiectului, pe care cu siguranță le voi adăuga în viitor și care ar face experiența jocului mai bună. O problemă de luat în calcul este că atunci când doresc resetarea jocului, trebuie re-rulat codul, deoarece, la cum a fost gândită soluția inițial, conexiunea pe interfața serială între cele două Arduino-uri se finalizează o dată cu începerea jocului. Overall, mi s-a părut fun și mă consider mulțumită de proiectul obținut, mai ales că este primul proiect la care lucrez. \\
+Am învățat ca folosirea bibliotecilor (mai ales Software Serial) poate provoca numeroase probleme, precum limitarea flexibilității și a lucrului cu regiștrii.
+===== Download =====
+<note important>**Codul sursă pentru cele două Arduino-uri poate fi găsit la următorul repository de Github
+[[https://github.com/adumitrescu2708/TiltTheMaze]].**</note>
+===== Bibliografie =====
+Pentru realizarea proiectului am folosit următoarele tool-uri, pentru schema bloc [[https://miro.com/index/|Miro]], pentru schema circuitului electric [[https://fritzing.org/|Fritzing]], iar pentru implementare am urmărit laboratoarele și m-am folosit de articolele \\
+- [[https://diyodemag.com/projects/arduino_uno_servo-operated_ball_maze_marble_mayh|https://diyodemag.com/projects/arduino_uno_servo-operated_ball_maze_marble_mayh]] \\
+- [[https://www.hackster.io/michael-engel/automatic-marble-labyrinth-solver-d54ad3|https://www.hackster.io/michael-engel/automatic-marble-labyrinth-solver-d54ad3]] \\
+- [[https://ocw.cs.pub.ro/courses/_media/pm/atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|https://ocw.cs.pub.ro/courses/_media/pm/atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf]] \\
+- [[https://forum.arduino.cc/t/joystick-huge-outer-deadzone/939904|https://forum.arduino.cc/t/joystick-huge-outer-deadzone/939904]] \\