Proiectul propune dezvoltarea unui sistem de gaming interactiv format dintr-un joc de tip shooter și un controller fizic sub formă de pistol, capabil să transpună în timp real mișcările utilizatorului în mediul virtual.

Obiectivul principal este integrarea segmentelor hardware și software într-un sistem coerent, oferind o experiență de joc captivantă bazată pe motion control.

Sistemul utilizează un microcontroller ATmega328P si un senzor giroscop pentru detectarea miscarii, în timp ce gameplay-ul mizează pe o mecanică de tip “light in the dark” pentru a intensifica nivelul de dificultate și realism.

Ideea a pornit de la dorința de a crea o alternativă interactivă la metodele clasice de control în jocuri, combinând acțiunea fizică cu cea digitală.

De ce este util? Consider că un astfel de sistem aduce un plus de realism și implicare în gaming, prin înlocuirea comenzilor tradiționale cu interacțiuni fizice intuitive. Această abordare optimizează experiența utilizatorului și explorează noi direcții în motion gaming, oferind o alternativă accesibilă și ușor de implementat la soluțiile VR complexe.

Arhitectura proiectului este construită în jurul microcontrollerului ATmega328P Xplained mini. Sistemul este conceput pentru a integra un mecanism de control bazat pe mișcare într-un joc video.

Rolul microcontrolerului este de a colecta datele senzorului, de a gestiona inputul utilizatorului și de a genera feedback auditiv, în timp ce procesarea datelor și logica jocului sunt gestionate de aplicația Python.

Dispozitivul este construit pe o platforma din lemn, cu două niveluri:

• pe nivelul superior este montat pistolul, impreuna cu butonul de trigger, senzorul giroscop si buzzer-ul
• pe nivelul inferior este amplasat microcontroller-ul

• Modulul giroscopic (MPU6050) comunică cu microcontrolerul prin I2C și furnizează date despre accelerația dispozitivului. La pornirea jocului, primele citiri sunt folosite ca referință de centru, iar aplicația Python calculează deplasarea față de aceasta și o mapează la coordonate 2D pentru poziționarea cursorului pe ecran.

• Butonul de trigger este conectat la un pin de intrare digital și este utilizat pentru declanșarea acțiunii de tragere.

• Interfața USART este utilizată pentru transmiterea în timp real a datelor către jocul dezvoltat în Python. Microcontrollerul colectează datele senzorului și le transmite în timp real către aplicația Python prin interfața USART.

• Buzzerul pasiv este utilizat pentru generarea feedback-ului auditiv, fiind comandat prin semnale PWM pentru simularea sunetului de tragere. Semnalul PWM este generat hardware prin Timer2 al ATmega328P, în modul Fast PWM, pe pinul OC2B/PD3.

Componentele proiectului opereaza la tensiunea de 5V.

Firmware-ul este dezvoltat pentru microcontrollerul ATmega328P și are rolul de a prelua datele de la senzorul giroscop, de a procesa starea butonului de trigger și de a transmite informațiile către jocul rulat pe PC, prin interfața USART (via USB).

Codul este scris în C++, utilizând mediul de dezvoltare PlatformIO.

Pentru interacțiunea cu senzorul MPU6050 va fi utilizată biblioteca Adafruit MPU6050 library, care simplifică comunicarea prin protocolul I2C și oferă acces direct la valorile de accelerație și rotație.

La pornirea sistemului se realizează inițializarea perifericelor folosite: I2C pentru comunicarea cu senzorul MPU6050, USART pentru comunicarea cu PC-ul, GPIO pentru citirea butonului de trigger și PWM pentru comanda buzzerului pasiv.

După inițializare, sistemul realizează o etapă de calibrare, în care poziția inițială a senzorului este memorată și considerată poziția de referință, corespunzătoare centrului ecranului. Valorile citite ulterior de la senzor sunt calculate relativ la această poziție și sunt mapate la coordonate 2D folosite pentru poziționarea țintei în joc.

În bucla principală, firmware-ul primește de la senzorul MPU6050, prin interfața I2C, valori brute de accelerație pe axele X și Y (ax, ay), care descriu înclinarea dispozitivului în spațiu. Aceste valori sunt procesate și raportate la poziția de referință stabilită la inițializare, pentru a determina poziția țintei pe ecran.

În paralel, este verificată starea butonului de trigger. Sistemul transmite continuu către PC un mesaj serial, în urmatorul format:

Accel X: <ax> | Y: <ay> | Z: <az> m/s^2
Gyro X: <gx> | Y: <gy> | Z: <gz> rad/s
Temp: <t> C

unde:

• ax, ay, az = accelerațiile liniare pe cele trei axe în m/s²
• gx, gy, gz = vitezele unghiulare în rad/s
• t = temperatura internă a senzorului în grade Celsius.

Astfel, poziția este actualizată permanent în joc.

Butonul de trigger este conectat la pinul PD2 (INT0) și este gestionat printr-o rutină de întrerupere (ISR) declanșată pe frontul descendent, cu debounce software. La apăsarea butonului, microcontrollerul transmite către PC mesajul serial:

Buton apasat

pe baza căruia aplicația PC înregistrează acțiunea de tragere în joc.

Dacă trigger-ul este apăsat, microcontrollerul activează buzzerul pentru o perioadă scurtă, oferind feedback auditiv pentru acțiunea de tragere.

Jocul este dezvoltat în Python, folosind biblioteca Pygame pentru randarea grafică și gestionarea logicii de joc. Aplicația citește datele primite de la microcontroller prin portul serial al calculatorului și le folosește pentru actualizarea poziției țintei pe ecran.

Coordonatele transmise de firmware controlează pozitia userului pe ecran, iar valoarea asociată variabilei 'shot' declanșează acțiunea de tragere în joc.

Jocul este de tip arcade, bazat pe o mecanica de tip “light in the dark”. Pentru a castiga, trebuie sa tintesti cat mai multi monstri intr-un interval dat de timp.

În urma implementării, am obtinut un joc interactiv care funcționează conform cerințelor propuse.

Senzorul MPU6050 transmite date de accelerație către PC prin USART, iar aplicația le folosește pentru a controla cursorul în joc în timp real. Butonul de trigger declanșează acțiunea de tragere prin întrerupere hardware (ISR pe INT0), cu feedback auditiv asigurat de buzzerul pasiv controlat prin PWM pe Timer2. Jocul integrează complet inputul fizic.

Proiectul demonstrează integrarea unui sistem embedded cu o aplicație software în timp real. Utilizarea întreruperilor hardware pentru buton elimină latența specifică polling-ului, iar comunicația USART asigură transferul continuu al datelor de poziție. Sistemul poate fi îmbunătățit prin creșterea frecvenței de eșantionare a senzorului și adoptarea unui protocol serial mai compact, pentru o experiență de joc mai fluidă.

• 01.03.2026 - 01.05.2026: Stabilirea temei, achiziționarea componentelor, testarea individuală a modulelor.
• 03.05.2026: Realizarea documentatiei
• 11.05.2026: Hardware finished
• 18.05.2026: Software finished

Resurse hardware:

• Datasheet Atmega 328P
• User Guide Atmega 328P Xplained mini
• Datasheet MPU6050

Resurse software:

• Figma