Proiectul „PAC-MAN Portable” constă în realizarea unei mini-console portabile de joc, inspirată de titlul clasic PAC-MAN, implementată pe platforma Arduino Uno R3 (ATmega328P). Sistemul îmbină mai multe componente hardware și software, oferind funcționalități integrate precum afișare grafică pe display OLED, interacțiune prin butoane fizice, reglaj de viteză prin potențiometru, feedback vizual prin LED RGB, efecte sonore prin buzzer și salvarea progresului pe un card microSD.

Acest proiect are rolul de a demonstra integrarea și utilizarea eficientă a diferitelor interfețe hardware și protocoale de comunicație serială, fiind totodată un exemplu aplicat de dezvoltare embedded cu funcționalități avansate de joc.

• Control precis al graficii 2D pe un display monocrom cu animații fluide
• Reglaj de viteză în timp real prin potențiometru analogic pentru ajustarea dificultății
• Salvare / încărcare automată a progresului jocului pe card microSD
• Feedback vizual prin LED RGB, în funcție de starea jocului (victorie / eșec / imunitate)
• Efecte sonore pentru acțiuni (power-up, game over, victorie)
• 4 nivele progresive cu complexitate crescută (capcane, following ghost, power-ups)
• Sistem de imunitate temporară cu efecte vizuale speciale (LED RGB Blue pe PWM)
• Debugging și testare prin comunicație serială UART, utilizând Serial Monitor din Arduino IDE

Consola este alcătuită dintr-un modul principal Arduino Uno R3 (ATmega328P), un display OLED 128×64 I2C (SSD1306), un LED RGB pentru feedback vizual, 5 butoane tactile pentru controlul jocului, un buzzer pentru efecte sonore și un potențiometru pentru ajustarea vitezei. De asemenea, include un modul SD card conectat prin SPI pentru salvarea automată a progresului. Toate componentele sunt montate pe breadboard pentru testare rapidă, apoi pe o placă de prototipare. Alimentarea se face fie prin USB, fie printr-o baterie de 9V conectată la Arduino printr-un suport cu jack (OKY0259).

Componente:

• Arduino Uno R3 (ATmega328P)
• Display OLED 128×64 I2C (SSD1306)
• LED RGB (anod comun)
• Rezistențe 220Ω
• Butoane tactil
• Rezistențe 10kΩ (pentru pull-down la butoane)
• Breadboard (plăcuță de test)
• Placă prototipare 7×9
• Cabluri Dupont m-m
• Cablu USB A-B
• Modul Card SD (SPI)
• Card microSD + adaptor SD
• Potențiometru 10kΩ
• Rezistență 10kΩ (pentru potentiometru)
• Suport baterie 9V cu conector DC (OKY0259)
• Baterie 9V

Protocoale și Interfețe Hardware:

1. GPIO
   • Utilizat pentru citirea butoanelor și controlul LED-urilor
2. UART
   • Serial Monitor (debugging + transmitere scoruri / loguri prin USB către PC)
3. Timere / PWM
   • Utilizat pentru controlul intensității culorilor LED-ului RGB prin generarea de semnal digital cu factor de umplere variabil
4. ADC
   • Utilizat pentru a citi valorile analogice de pe potențiometru (valori între 0–1023, rezultate din conversia tensiunii analogice 0–5V în valori digitale pe 10 biți)
5. SPI
   • Utilizat pentru comunicarea cu modulul microSD; interfață rapidă, full-duplex, pe patru linii principale (MOSI, MISO, SCK, CS)
6. I2C
   • Utilizat pentru comunicarea cu display-ul OLED; două fire (SDA, SCL) partajate între dispozitivele master / slave

Bill of Materials (BOM)

Schemă Electrică

Descriere Detaliată

• Cele 5 butoane de control (sus, jos, stânga, dreapta, start / restart) sunt conectate pe pinii digitali D2–D6 cu rezistențe pull-up interne și sunt verificate constant pentru a controla jucătorul prin labirint
• Potențiometrul este conectat pe pinul analogic A0 și este folosit pentru a regla viteza jocului (dificultatea), fiind citit prin ADC și mapată între valorile minime și maxime de delay
• Potențiometrul este folosit de asemenea și ca seed pentru generarea punctelor aleator pe mapă
• Display-ul OLED este conectat prin I2C folosind SDA (A4) și SCL (A5) pentru afișarea labirintului, jucătorului, punctelor, fantasmei și efectelor speciale
• LED-ul RGB este conectat la D7 (roșu), D8 (verde), D9 (albastru), unde D7 și D8 sunt digitali, iar D9 este PWM pentru efecte de fading (game over roșu + pwm manual, victorie verde + pwm manual, imunitate albastru + pwm hardware)
• Buzzer-ul este conectat la A1 și folosit pentru generarea de sunete cu frecvențe diferite (power-up, game over, victory)
• Cardul SD este conectat prin SPI folosind pinii standard: MISO (D12), MOSI (D11), SCK (D13) și CS (D10) pentru salvarea automată și încărcarea progresului jocului la restart

Caracteristici Advanced ale Jocului

• Nivelul 1: Labirint basic cu 9 puncte de colectat
• Nivelul 2: Introducerea capcanelor
• Nivelul 3: Adăugarea unei fantome simple care urmărește jucătorul
• Nivelul 4: Nivel complet cu fantoma, power-up special pentru imunitate temporară de 5 secunde (protecție împotriva fantomei)
• Sistem de Salvare: Progresul se salvează automat la fiecare mișcare, permițând continuarea jocului după restart
• Efecte Vizuale: Jucătorul pulsează când are imunitate, LED-ul albastru face efecte de fading
• Audio Feedback: Sunete distincte pentru fiecare acțiune (power-up, game over, victorie)

Tabel Conexiuni Componente

Imagini Sugestive Implementare Hardware

• Test Display & Butoane

• Test Display & Butoane

• Test Display & LED - verde

Mediu de dezvoltare Arduino IDE

• Platformă de dezvoltare compatibilă cu Arduino UNO (ATmega328P), utilizată pentru scrierea, compilarea și încărcarea codului în microcontroler.

Librării și surse 3rd-party Adafruit_GFX.h – librărie grafică utilizată pentru desenarea formelor și simbolurilor pe ecrane OLED.

Adafruit_SSD1306.h – driver pentru afișajele OLED cu controller SSD1306 (comunicare I2C).

SPI.h, Wire.h – librării standard pentru comunicația SPI și I2C.

• Toate librăriile sunt disponibile prin Library Manager în Arduino IDE sau deja incluse implicit în cazul SPI/Wire.

Componente hardware utilizate Display OLED 128×64 (conectat prin I2C la pinii A4 – SDA, A5 – SCL)

5 Butoane pentru control direcțional și acțiune (pini D2–D6)

Potentiometru pentru controlul vitezei jocului (A0)

LED RGB pentru feedback vizual (pini D7 – roșu, D8 – verde, D9 – albastru, PWM)

Buzzer pentru semnale audio (pin A1)

• Algoritmi și structuri implementate

Harta jocului este definită sub formă de matrice 2D (wallsMap), cu dimensiuni 16×8.

La începutul fiecărui nivel, se generează puncte de colectat (DOT-uri) aleator pe poziții libere.

Jucătorul este reprezentat de un cerc desenat pe ecran, care se deplasează în funcție de inputul de la butoane.

Un “fantomă” (ghost) apare în nivelurile 3 și 4, deplasându-se pentru a urmări jucătorul.

În nivelul 4, este introdus un tile special de tip power-up, care activează imunitatea temporară (5 secunde).

Cât timp imunitatea este activă:

Fantoma nu mai produce Game Over la coliziune.

LED-ul albastru pulsează.

Jucătorul are o animație grafică specială.

Jocul se termină în două moduri:

Victorie: Toate DOT-urile au fost colectate (LED verde + sunet de victorie)

Game Over: Jucătorul este prins de fantomă sau calcă într-o capcană (LED roșu + sunet specific)

• Funcții și comportamente principale

setup() Inițializează comunicațiile I2C și seriale.

Inițializează display-ul OLED și LED-urile.

Configurează pinii pentru butoane și buzzer.

Afișează ecranul de Start.

loop() Monitorizează inputul de la butoane pentru mișcarea jucătorului.

Actualizează poziția fantomei (dacă este activă).

Verifică coliziunile: cu pereți, puncte, capcane, fantome.

Desenează constant harta actualizată și toate elementele vizuale.

Activează și dezactivează automat imunitatea în funcție de timp.

Controlează LED-urile în funcție de starea jocului.

Generează efecte audio prin buzzer pentru evenimentele importante.

generateDots(uint8_t count) Populează harta cu un număr de puncte colectabile.

Adaugă capcane și fantoma în nivelurile superioare.

În nivelul 4, adaugă un tile power-up într-o poziție fixă.

drawTile(), drawPlayer(), drawGhost() Redau grafic elementele jocului pe OLED: pereți, puncte, capcane, power-up, jucător, fantomă.

Jucătorul primește o animație specială în timpul imunității.

isImmunityActive() Returnează true dacă jucătorul este încă în perioada de imunitate.

Dezactivează automat imunitatea după 5 secunde și oprește LED-ul albastru.

playPowerUpSound(), playGameOverSound(), playWinSound() Emit tonuri sonore diferite prin buzzer în funcție de evenimentul declanșat.

• Funcționalități speciale

Controlul vitezei jocului printr-un potentiometru (analog A0), adaptând delay-ul de mișcare.

Feedback vizual și audio complet:

LED verde: câștig

LED roșu: pierdere

LED albastru: imunitate

Buzzer: notificări sonore

Extindere modulară pentru niveluri multiple (până la 4), fiecare cu logică specifică.

• Concluzie

Proiectul integrează hardware divers cu logică de joc completă, gestionare de evenimente, animații grafice și feedback în timp real. Este un exemplu complex de utilizare a microcontrolerului Arduino UNO în jocuri embedded cu interfață interactivă.

Export to PDF