為了準(zhǔn)備傳感器測試，我們現(xiàn)在將轉(zhuǎn)向組裝。確保所有的激光切割部件和3d打印部件都準(zhǔn)備好了，因?yàn)閺默F(xiàn)在開始，它們將在每一步中使用(請參閱附件中的設(shè)計文件)。

讓我們從組裝活塞外殼開始，它由激光切割的部件與9個活塞和傳感器的切口粘合在一起。之后，我們放置3d打印的活塞導(dǎo)軌，將它們鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢茫乐剐D(zhuǎn)。我們還增加了一些填充物的活塞支持，以幫助吸收沖擊。

接下來，我們將9個活塞放入各自的插槽中，并將磁鐵粘在它們身上，因?yàn)樗鼈儗⒃诮酉聛淼臉?gòu)建中發(fā)揮重要作用。請注意，在照片中，我們也組裝了側(cè)墻，這是激光切割，也可以附加在最后的組裝。

接下來，我們放置9個活塞墊，擰緊支撐活塞的木板。這塊板作為運(yùn)動活塞和氣動系統(tǒng)之間的中間層。最后，你可以把活塞系統(tǒng)安裝到氣動系統(tǒng)上，就可以進(jìn)行測試了。

現(xiàn)在你已經(jīng)成功地制造了活塞和氣動系統(tǒng)!隨后，我們將添加OPTIGA?Trust M芯片來隨機(jī)化活塞行為。你會注意到活塞的木制外殼上有一些切口。這些切口是為3D磁傳感器的支架設(shè)計的

3D磁傳感器可以測量三個方向的磁場：X， Y和z。我們將在9個活塞之間放置4個傳感器，這樣就可以檢測到任何一個活塞受到撞擊時磁場的變化。

在圓柱體的底部，我們放置了磁鐵。這些磁鐵能讓我們探測到圓柱體被擊中的時間。

磁鐵被放置在盡可能靠近3D磁傳感器的地方，以確保磁場足夠強(qiáng)，能夠被準(zhǔn)確檢測到。對于傳感器，我們使用3D磁傳感器的切割板。在附件的Fritzing文件中提供了接線說明。

四個傳感器安裝在支架上，如下圖所示。

現(xiàn)在，我們可以把傳感器支架放在氣動系統(tǒng)里。

為了使組裝更實(shí)用，我們創(chuàng)建了一個帶連接器的小板。布線如圖所附的fritz文件所示;按照這些方法進(jìn)行正確的連接。

現(xiàn)在我們可以把底板與9個氣缸在組裝和關(guān)閉一切的頂部。有了這一步，游戲的機(jī)制部分就完成了，可以進(jìn)行測試了。

最后，我們可以測試9個活塞和磁傳感器(測試代碼在附件文件中提供)。之后，我們可以移動到7段屏幕的顯示部分。

分?jǐn)?shù)顯示

我們使用兩個相互連接的7段數(shù)字來顯示游戲中的剩余時間和最終比分。我們將把顯示器安裝在“搞怪!”T游戲，這是設(shè)計來保持它。開始組裝激光切割的木制部件如下所示。一旦框架準(zhǔn)備好，將7段顯示器安裝到木板上，并通過木板布線，在那里它們將連接到XMC微控制器。

讓錘子更聰明

錘子是擊打的關(guān)鍵部分!T游戲。為了檢測錘子何時被舉起，我們使用了兩個DPS368空氣壓力傳感器：一個傳感器放置在錘子內(nèi)部。另一個被放置在里面!T框作為參考。

通過測量兩個傳感器之間的壓力差，我們可以測量錘與游戲之間的高度差，精度為±2厘米，并檢測錘何時被舉起。壓力傳感器接線圖在工程文件中提供。

對于錘子組件，您可以使用提供的3d打印部件。stl文件。這里有一些建議：水平打印錘子以獲得更好的穩(wěn)定性。將填充量增加到50%以增加重量和提高耐久性，將壁厚增加到2.4mm以增加堅固性。在電纜隧道區(qū)域(錘身)增加支架擋塊，避免支架難以拆除。

錘子由三部分組成：主錘體和兩個柔性TPU帽。這些蓋子可以在激烈的游戲過程中保護(hù)游戲免受損害。

在錘子的頂部，有放置DPS368壓力傳感器的空間。只需將傳感器推到位，如下圖所示：

另一個傳感器可以放置在任何地方。T游戲基地。

推動游戲發(fā)展

XMC4700放松套件需要5 V電源，顯示器工作在12 V，壓縮機(jī)和閥門都需要9 V電源。為了實(shí)現(xiàn)必要的電壓轉(zhuǎn)換，需要一個降壓轉(zhuǎn)換器從9v降壓到5v，從9v升壓到12v

為此，我們使用兩個TLD5190 VOLT DEMO評估板。這些板允許您通過調(diào)整板上微調(diào)器來選擇所需的輸出電壓。有關(guān)設(shè)置和使用這些評估板的詳細(xì)說明，TLD5190 VOLT DEMO評估板的用戶手冊提供了全面的解釋。

你可以通過向左轉(zhuǎn)動微調(diào)器來增加電壓，通過向右轉(zhuǎn)動來降低電壓。

軟件

現(xiàn)在讓我們一步一步地分解我們的Arduino代碼!首先，我們將闡明如何單獨(dú)使用和測試每個組件，然后我們將解釋整個應(yīng)用程序代碼的Whack!T游戲。

第1部分：組件代碼

7段顯示代碼

游戲開始前會出現(xiàn)5秒倒計時。游戲在這個倒計時后開始，另一個15秒倒計時從那里開始。在這段時間里，你必須盡可能多地打汽缸。在第二次倒計時結(jié)束時，你的最終得分顯示-所有這些都是使用7段顯示。為了測試這兩個7段數(shù)字，我們使用了下面的示例代碼。我們所做的唯一修改是將引腳分配更改為50 (segmentLatch), 51 (segmentData)和52 (segmentClock)。

代碼Optiga?信任M盾2go

Optiga?Trust M芯片在這里用于生成(真實(shí)且加密安全的)1到9之間的隨機(jī)值，這是我們項目中的關(guān)鍵一步，因?yàn)樗鼨z測到哪個圓柱體會彈出，使游戲變得不可預(yù)測和具有挑戰(zhàn)性。但在此之前，我們需要了解芯片的工作原理。

我們首先修改Optiga?Trust M Arduino庫中的一個示例，使其適應(yīng)我們的需求。首先，讓我們看一下這段代碼的基礎(chǔ)：

頭文件和定義

要開始，我們需要包含“OPTIGATrustM.h”庫，它使我們能夠訪問TrustM功能。我們定義了隨機(jī)數(shù)生成的最大字節(jié)長度-將其設(shè)置為8確保我們一次可以生成最多8個隨機(jī)字節(jié)。

一個額外的調(diào)整：默認(rèn)代碼包括彩色輸出(來自“fprint.h”)，但為了簡單起見，我們選擇禁用它。

設(shè)置函數(shù)

一切就緒后，是時候初始化芯片了。setup功能確保Trust M板準(zhǔn)備好生成安全隨機(jī)數(shù)。

這里有一個有趣的特性是電流限制——這個設(shè)置會影響主板的運(yùn)行速度。如果我們增加電流限制，電路板就會加速。對于這個設(shè)置，我選擇了8 mA的限制(setCurrentLimit(8))，以便在性能和穩(wěn)定性之間取得更好的平衡。

循環(huán)函數(shù)：生成隨機(jī)數(shù)

每次循環(huán)運(yùn)行時，Optiga?Trust M模塊通過函數(shù)getRandom(RND_MAXLENGTH, rnd)提供8字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)。但是我們需要一個介于1和9之間的數(shù)字，因此我們將原始字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為int64_t數(shù)字(convertByteArrayToInt64())，并使用對9 + 1取模將其映射到我們想要的范圍。這確保了我們總是在目標(biāo)范圍內(nèi)得到結(jié)果。

結(jié)果看起來像這樣：

3D磁傳感器代碼

這部分在我們的Hackster文章中有很好的記錄：下一代TLE493D: 3D磁感測指南，但對于這個特定的項目，我們需要使其適應(yīng)XMC4700微控制器。

在深入游戲機(jī)制之前，我們需要測試所有四個傳感器，以驗(yàn)證它們是否正確連接和運(yùn)行。下面的代碼是專門為快速診斷設(shè)計的，允許我們檢查每個傳感器是否可操作。使用四個#define語句，我們可以激活或停用單個傳感器以進(jìn)行測試。我們還定義了numavg，它決定了在計算平均值之前測量每個傳感器的次數(shù)。

平均傳感器值

一旦初始化，循環(huán)函數(shù)不斷地從傳感器讀取數(shù)據(jù)。函數(shù)average_sensor_value()測量多個讀數(shù)的值并取平均值，以獲得更穩(wěn)定的輸出。

傳感器的內(nèi)置函數(shù)getTemperature()和getMagneticField()用于提取數(shù)據(jù)，而計時函數(shù)測量收集50個值所需的時間。

ps傳感器代碼

在我們的比賽中，時機(jī)就是一切。在玩家準(zhǔn)備好之前，游戲不應(yīng)該開始——這就是DPS傳感器的作用所在。這些傳感器用于檢測錘子何時被舉起，發(fā)出倒計時開始的信號。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們使用了兩個DPS傳感器：一個傳感器放置在錘子內(nèi)部來跟蹤它的運(yùn)動。

第二個傳感器仍然固定在打!T設(shè)置，作為參考點(diǎn)。

關(guān)于如何使用傳感器的詳細(xì)解釋也可以在這篇Hackster文章中找到，但這里是我們?nèi)绾卧谖覀兊捻椖恐袑?shí)現(xiàn)它。

頭文件和對象

Dps3xx.h包含在#include中，創(chuàng)建兩個Dps傳感器對象：

設(shè)置/循環(huán)

在我們追蹤錘子的運(yùn)動之前，我們需要初始化傳感器并建立基線讀數(shù)。

設(shè)置功能確保兩個傳感器都正確初始化。

由于兩個傳感器在不同的位置，它們的壓力讀數(shù)自然會不同。這種差異可能相當(dāng)于高達(dá)8米的高度差異，因此我們首先計算一個初始參考差作為基線。

高度差是在ight()函數(shù)中計算的，稍后我們將使用該函數(shù)來檢測運(yùn)動。如果高度差大于10厘米，游戲?qū)㈤_始。

通過使用這兩個DPS傳感器，我們創(chuàng)造了一個直觀的游戲啟動機(jī)制。玩家不需要按下按鈕或打開開關(guān)——當(dāng)他們把錘子舉得足夠高時，游戲就會自動開始。

Part 2: Code for Whack!T游戲

顯示屏設(shè)置為顯示游戲時間和分?jǐn)?shù)，而DPS和3D磁傳感器分別用于檢測舉起錘子和成功擊中。為了建立一個可靠的參考，在比賽開始前記錄初始傳感器值。

DPS傳感器-檢測當(dāng)錘子被舉起，信號的游戲開始。

3D磁傳感器-跟蹤撞擊時，活塞被擊中。

多半橋和執(zhí)行器-控制彈出的活塞，讓玩家擊中。

壓縮機(jī)—提供空氣壓力以移動活塞。

顯示-顯示比賽時間和比分更新。

設(shè)置

在操作開始之前，需要初始化系統(tǒng)的所有組件。setup()函數(shù)負(fù)責(zé)這一點(diǎn)，準(zhǔn)備顯示器、傳感器和執(zhí)行器。

顯示屏設(shè)置為顯示比賽時間和分?jǐn)?shù)，而DPS和3D傳感器配置為檢測錘的運(yùn)動和成功命中。為了建立一個可靠的參考，在游戲開始之前記錄初始傳感器值(measure_initial_values())?？刂曝?fù)責(zé)移動活塞的執(zhí)行器的多半橋(MHB)通電，壓縮機(jī)開始積聚空氣壓力(kompressor.start())，確?；钊軌蛘Ｒ苿?。

短暫的延遲可以讓所有組件在游戲進(jìn)入主循環(huán)之前穩(wěn)定下來。幾個關(guān)鍵文件管理游戲的不同方面：display.hpp處理顯示功能，airpressure_sensor.hpp處理來自空氣壓力傳感器的數(shù)據(jù)，3d_sensor.hpp檢測圓柱體何時被擊中，push.hpp控制執(zhí)行器，game_matrix.hpp管理活塞運(yùn)動的核心游戲邏輯。

GameLoop

一旦設(shè)置好一切，游戲便進(jìn)入主循環(huán)，在此它將持續(xù)監(jiān)視玩家的行動，更新顯示內(nèi)容并管理游戲邏輯。

游戲如何在循環(huán)中運(yùn)行：

1?游戲計時器管理

函數(shù)getRemainingSeconds()檢查還剩下多少時間。

如果游戲處于活動狀態(tài)(start_counting == true)并且還有剩余時間，它會在屏幕上顯示倒計時。

如果計時器達(dá)到零，游戲?qū)⒋鎯ψ罱K分?jǐn)?shù)，重置命中計數(shù)器，并為新一輪做好準(zhǔn)備。

2?.命中檢測與計分

命中檢測是基于磁場的變化。當(dāng)氣缸的頂部位置與其當(dāng)前位置之間的差值超過0.1 mT時，將記錄命中(compare_difference(piston_now, 0.1))。

分?jǐn)?shù)是用game_hit_counter實(shí)現(xiàn)的。

3?.氣缸體爆破機(jī)構(gòu)

游戲使用calculate_average(piston_now)連續(xù)檢查活塞運(yùn)動。

一旦檢測到撞擊，系統(tǒng)隨機(jī)選擇一個活塞(1到10)，并使用push(random(1,10))激活它。

這讓游戲變得不可預(yù)測，確保玩家不知道下一個圓柱體會彈出哪個圓柱體，從而保持他們的沉浸感。

4? .游戲結(jié)束并重新開始

如果計時器跑完，將顯示最終分?jǐn)?shù)，游戲?qū)⒌却N子再次被舉起，然后重新開始。

這種平滑的過渡確保了無縫的游戲體驗(yàn)，而無需額外的按鈕或手動重置。

倒數(shù)計時器

正常!游戲采用倒計時計時器，確保每回合持續(xù)固定時間(15秒)。getRemainingSeconds()函數(shù)通過測量游戲開始后經(jīng)過的毫秒數(shù)來計算剩余時間。如果經(jīng)過的時間超過倒計時持續(xù)時間，則返回0。

開始新游戲

在start_game()函數(shù)中，我們檢查游戲是否處于非活動狀態(tài)(start_counting ==false)，然后啟動倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r達(dá)到0時，游戲開始，記錄開始時間(startMillis)，設(shè)置游戲持續(xù)時間，并啟用倒計時。

該系統(tǒng)確保平穩(wěn)和自動啟動，無需手動輸入。

現(xiàn)在我們可以結(jié)束了!所以T游戲代碼，一切就緒，游戲就準(zhǔn)備開始了!拿你的錘子瞄準(zhǔn)一些汽缸!!

本文編譯自hackster.io