基倾角控制LED骰子游戏设计实现
Design and implementation of LED dice game
based on tilt control
目 录
目录 I
中文摘 IV
ABSTRACT V
第章 绪 1
11 课题研究背景 1
12 国外发展现状 1
第二章 系统设计目求 3
21 研究目意义 3
22 研究方法达求 3
第三章 系统硬件设计 4
31 Arduino模块 4
311 Arduino简介 4
312 Arduino UNO系统原理 4
32 倾斜传感器模块 5
321 倾斜传感器简介 5
322 倾斜传感器基原理 6
323 SW520D滚珠开关原理应 6
33 LED指示灯模块 6
331 LED简介 6
332 LED背景特色 7
333 LED应 7
第四章 系统软件设计 8
41 程序语言开发环境 8
411 C语言简介 8
412 Arduino IDE 8
413 Random伪机数原理 9
第五章 硬件组装调试 10
51 元器件组装 10
52 电路调试 10
521 电路调试具体步骤 11
53 系统实现时出现问题解决方案 11
531 问题方案 11
结 12
参考文献 13
致谢 14
附录 15
附录 Arduino 引脚接口说明 15
附录二 元件清单 15
中文摘
国科技领域硕果累累适应科技快速发展便快适应企业需求社会发展设计积极开展实践导电子制作设计通模拟普通骰子点数实现骰子功应Arduino IDE开发环境(基 Processing)C语言编程算法单方倾斜感应触发通C语言Random函数生成伪机数模拟传统骰子点数实现模拟掷骰子游戏系统文阐述系统软硬件组成探讨倾角传感模块Arduino模块LED显示模块设计通提供+5V电源Arduino作核心处理器采倾斜传感器（SW520D）采集角度信息LCD1602显示PWM波占空实现设计具较强抗干扰力良稳定性
关键词：电子骰子 Arduino 倾角 模拟游戏
Abstract
Recently China＇s science and technology field has achieved great results In order to adapt to the rapid development of science and technology in order to adapt to the needs of enterprises and social development as soon as possible this design actively carries out practiceoriented electronic production This design realizes the function of dice by simulating the points of traditional ordinary dice The C language programming algorithm under the Arduino IDE development environment (based on Processing) is used to trigger the unidirectional tilt induction The pseudo random number is generated by the C language Random function which simulates the traditional Dice points to achieve a simulation of traditional dice game system This article will explain the system hardware and software components and discuss the tilt sensor module power module and LED display module In this paper the Arduino that can provide 5V power is used as the core processor and the tilt sensor (SW520D) is used to collect angle information The duty cycle of the PWM wave is displayed by the LCD1602 stability
Key words Electronic dice Arduino dip simulation game
第章 绪
11 课题研究背景
互联网时代正发展信息化时代已智生活生活更加方便更加充满趣味性1987年中国智模拟作国家科学发展规划研究课题理实验室实践研究高端领域应疑智全面化鉴定基础智作提高工业生产效率成获取收益
智取代传统现象早已司空见惯譬流水线员工已机械臂机器等取代掉譬火锅界著名名牌海底捞推出智服务员取代原先服务员公车售票员渐渐卡机取代单重复性工作逐渐智机器代劳仅生活学工作方面娱乐方面逐渐偏智化VR虚拟现实身境全息影影视界更加光彩夺目信息智时代传统游戏境遇？熟悉种传统骰子种爱玩桌面游戏类文明部分着智电子产品崛起普通桌面游戏越越淡出视线快餐娱乐时代乐放眼短暂输入量视频捧着ipad电脑手机沉浸静态快餐娱乐中掷骰子等传统桌面游戏越越嗤鼻时代脚步马停蹄勇创新会淘汰设计日常游戏基础通模拟传统骰子游戏Arduino作核心倾角作控制实验达电子技术模拟传统游戏目力求传统增添创新趣味
开发板Arduino起源意利交互式设计学院(Interaction Design Institute Ivrea(IDII)起初学院老师觉没简便操作性强微控制器供学生学老师决定学院某电子工程师合作设计适电路板种低门槛教学性优良电路板Arduino诞生设计应Arduino新版Arduino UNO R3优秀稳定性高效性设计予力支持
12 国外发展现状
现阶段智模拟传统游戏研究尚少数模拟游戏作兴趣方进行研究学者起初版电子骰子Arduino控制数码实现单数显示台代码伪机函数进行输入次闪烁定时间显示点数会变成固定数趣味性机性差强意电子骰子改良通倾角传感器震动传感器编程方面机数数字输入等引入增强电子骰子交互性实性趣味性
开发板Arduino国外新手领域较出名Arduino身开源计算机硬件设计制造工具包创建数字设备客户端交互式象感知控制物理世界款型开放源码(open source)设备创造新市场空间时赋予现新兴设备更强力
澳洲西澳学学生团(Jess ArmstrongRay BarkerGeoffrey Channon)Arduino进行增强设计团队计划称SpyseaSpysea应海军舰艇功实时监控摄影机馈送SpyseaArduino作机核心控制器导航传感器指南针距离传感器马达等相结合采19mmPVC线连接摄机设计海军监控系统
倾角技术系统核心技术现国外关倾角技术研发水已相先进国外进口倾角传感器较昂贵中国前年倾角传感器需求较基通进口获取设备成较高着中国科技发展越越国资深研发员投入倾角传感器研发中现中国倾角传感器技术迈出崭新步倾角传感器中国市场存着巨潜力数表明：中国2005年需810亿直传感器天14亿年倾角传感器需求量递增21[1]
第二章 系统设计目求
21 研究目意义
互联网飞速发展方面实现智化生活学工作娱乐越越离开电子产品许创新事物逐渐淘汰系统传统基础加入电子元器件增加趣味性作项模拟游戏电子项目设计制作程适合锻炼动手力学力Arduino作极富教学性电路板作设计中充分体现作入门级电路板系统十分适合激发初学者嵌入式开发热情信息化时代编程逐渐变成种潮流家长孩子报名编程兴趣班锻炼孩子逻辑思维力应现代科技潮流毕竟智化风潮已席卷未会更加科技智化时代电子领域道行颇深许关电子入门简单LED Arduino开始简入难循序渐进正确学程设计基ArduinoLED设计模拟骰子系统中包括许基础知识实验程见效显著增强学者信心更毅力探索更方传统骰子模拟普遍游戏种较新颖方式呈现具趣味性教学性
22 研究方法达求
达实现整套系统目首先必须明确设计思路流程设计前期广泛收集查阅相关资料解现网络外界类似系统实现技术设计理念通预设实验结果进行推断设计需求分析中期通根需求分析设计系统设计框架明确计算机语言方法整体系统进行硬件设计软件设计期进行硬件传感器核心板LED灯连接设计然进行代码实现阶段进行软硬件调试测试等整体系统实现程中通传统骰子电子骰子力求创新方面更胜筹设计出新颖骰子游戏期硬件方面做更器件系统程中更加稳定
第三章 系统硬件设计
31 Arduino模块
311 Arduino 简介
Arduino深受电子入门学者喜爱含类型Arduino板软件Arduino IDE易开发简单便捷Arduino构建开放原始码simple IO介面版带类似JavaC语言ProcessingWiring开发环境分硬件Arduino电路板部分软件Arduino IDE（写代码程序环境）部分[4]Arduino整套系统程中IDE中写代码通烧录线程序烧板子Arduino便会执行烧程序实现代码功作开源硬件开发台Arduino优秀许开发者项目快速开发极减少学成缩短开发周期设计中Arduino UNO版UNO核心处理器ATmega328时具6路模拟输入14路数字输入输出口（中6路作PWM输出）16MHz晶体振荡器电源插座复位钮ICSP headerUSB口[4]Arduino通种传感器实现种功通红外线超声波热敏火焰传感器等感知影响环境[5]设计应倾角传感器判断电子骰子震动摇晃情况
312 Arduino UNO 系统原理
前设计应Arduino新版Arduino UNO处理器核心ATmega328
图31 Arduino UNO原理图
Arduino UNO接口说明：
（1）14路数字IO口 电流40mA工作电压5V
（2）串口信号RX＼TX分应01号脚中提供TTL电压水串口负责接受信号部 ATmega8U2 USBtoTTL 芯片相连
（3）外部中断（23）：作触发升降时触发三种方式引脚负责外部中断
（4）SPI(10(SS)11(MOSI)12(MISO)13(SCK))：SPI通信接口
（5）LED（13）：专门测试LED输出高时点亮LED
（6）RESET 复位引脚引脚信号低时复位
（7）AREF：参考电压(模拟输入信号)
32 倾角传感器模块
321 倾角传感器简介
倾角传感器常水角度测量着科技快速发展倾角技术研究直突破较水泡水仪现电子水仪更精确更动化时体现出电子倾角测量技术正迅速发展倾角技术未期作种测量工具土木工程铁路铺设石油钻井航空航海桥梁设计机械加工等扮演着举足轻重缺重角色目前高精度倾角传感器基电容式3DMEMS技术单轴倾斜角度传感器出色性高精度重场合重 定卫星通讯天线俯仰角测量船舶航行姿态测量质设备倾斜监测雷达车辆台检测等重应[6]
322 倾角传感器基原理
倾角传感器基础理牛顿第二定律：系统法测量速度时测量加速度已知初速度通积分算出线速度进计算出直线位移实际运惯性原理种加速度传感器[6]倾角传感器处静止状态时通受力分析出作方重力加速度知重力垂直轴传感器部灵敏轴间倾斜角部分倾角传感器具定角度置零功适完调整零场合倾角传感器置某位置前置零功数清零清零传感器测量出相该位置角度
323 SW520D滚珠原理应
设计应基SW520D滚珠开关倾角传感器滚珠型倾斜感应单方性触发开关滚珠开关（称钢珠开关珠子开关）种较简单倾角传感器原理通受力情况珠子滚动接触导针控制电路接通断开受外力作悬挂钢珠（倾斜开关探头）偏离垂直超阈值（15度）时倾斜传感器便触发动作简言便倾斜传感器喻时做电灯泡实验样电池金属头接触电灯泡端金属板时灯泡亮开电池灭倾角传感器原理利滚珠开关判断角度进行触发控制
类似滚珠原理传感器目前市场许应常见角度感应开关高心力感应开关震动感应开关等中国滚珠开关消费国重性言喻领域需滚珠开关例电子玩具工水测量设备警报器等滚珠开关整体体积较占空间会微场合应数码相框旋转屏幕手机重力感知脚踢车灯等需检测物体角度位置震动旋转变化场合滚珠开关简单实选择倾角传感器会水银开关作触发元件方政府开始提倡环保禁水银渐渐滚珠代水银然滚珠开关检测角度等方面较方便足角度阈值够精确太死板角度限制等
33 LED指示灯模块
331 LED简介
系统基7LED实现实际发光二极质端正极端负极PN型半导体晶体P型部空穴存放电子N型相连接形成典型PN结导线电流通时N型半导体电子推端P端空穴相遇会释放光子形式散发量
332 LED背景特色
20世纪60初研究者早材料发红光GaAsP制作LED光源时技术材料远日先进丰富电流20毫安情况光通量仅千分流明效果够显著LED颜色70年代中期开始丰富起渐渐出现绿色黄光等着材料逐渐丰富相应光效提高80年代初便出现GaAlAsde光源光视效达10流明瓦2000年LED(λp530nm)绿色区域光视效达50流明瓦[2]
LED特色环保轻便样瓦数普通白炽灯光视效仅40流明瓦高效环保 LED发光亮度白炽灯高LED完全封装毒环保环氧树脂中种材料回收利含水银造成感染荧光灯相LED更环保外LED达五万时寿命远远白炽灯长普通白炽灯仅千时日常中部分LED光源直流驱动光效稳定部分普通灯交流驱动常频闪影响视力LED灯具低压电源耗少环保绿色颜色丰富实性强优点
333 LED应
作普遍明工具LED途十分广泛建筑物日常品关建筑物某区域投射LED线性投射灯具失选择建筑物场限制传统投光灯工具笨拙型十分影响场美观LED线性投射灯具便安装建筑物表面友结合路司空见惯指示灯牌指示路牌影剧院观众厅观众指引灯等等出LED
第四章 系统软件设计
41 程序语言开发环境
411 C语言简介
C语言事嵌入式开发行业说陌生作门广泛应底层开发抽象化语言环境支持情况然高效率运行计算机语言简洁具备许低级处理功C语言深受许底层开发青睐二十世纪八十年代出现C语言制定套国家标准语法ANSI C2011年新出语言标准开始支持汉字标识符汉字函数名C语言括号强制类型转换等作运算符处理丰富运算类型定程度弥补高级语言法处理缺憾C语言特色指针概念整体提高C语言程序效率C语言移植性高适种操作系统UNIX等
412 Arduino IDE
Arduino IDE款Arduino带软件编辑环境具开放源代码电路图设计支持ISP线烧bootloader固件烧入AVR芯片时支持FlashMaxMspVVVVPDCProcessing等程序兼容特点[5]Arduino IDE特色诸例低价微处理器AVR系列处理器USB接口充电需接外界电源简化Arduino模型（官方PCBSCH电路图）Arduino种传感器红外线超声波等电子元器件相连接完成独立运作微处理控制应方面Arduino简单实现单游戏互动起键盘鼠标作输入装置Arduino更突破性Arduino程序中void setupvoid loop程序两核心函数void setup作串行端口脚位输出入初始化区块void loop类似循环体代码逻辑核心部分存放板子需重复执行动作代码Arduino IDE语言样存类似HIGHLOW等特殊关键字譬控制PIN引脚高低电HIGHLOW设定引脚输入输出INPUTOUTPUT Arduino IDE语言优势体现没深奥底层代码没晦涩生硬汇编实函数降低学成较快较直接达实验目拥极度标准化接口模式鉴定基础Arduino IDE拓展性会相高
图41 Arduino IDE
413 Random机数原理
机数算法实现精确做出确切判断机器机出事实谓伪机数计算机定规律生成机规律数字真正机遵循着事物性(事物相似性)遵循着机性两者相辅成计算机程序执行法生成绝机机数产生伪机数
Random函数基原理某递推公式根种子推算出系列数字推算数数量达符合正态分布时便会产生机数外C语言提供srand函数设置谓种子机函数符合表达式：A R(s)s递推公式运算基准称种子R机函数运算推出A数列产生机数机函数R种子s计算确定数列A应
第五章 硬件组装调试
51 元器件组装
硬件部分Arduino UNO r3开发板倾斜传感器干杜邦线杜邦线插座(面包板)7LED电子骰子模块科技积木套件组成
图51 硬件成果图
52 电路调试
调试电子学生必备基础知识设计时求开发员思虑周全考虑方面素实验中误差难免电路调试误差降低效精准调试利实验利进行安装测试调整应该包括方面考虑元件误差器件参数分散性等通调试发现足时纠正设备达预定技术指标调试常仪器基：万表示波器频谱分析仪信号发生器稳压电源
521 电路调试具体步骤
电子电路调试前基步骤分四步：
（1） 调试前：宜先通电先观察电路接线否正确接触良现象
（2） 通电观察：排接线障通电观察电路异象电路板异味触碰集成电路外封装排基硬件障
（3） 静态调试：静态调试常万表加输入信号者固定电信号情况测量出现障局部全局电路结点电位结合基电路原理推断出电路工作状态否正常判断电路中元器件否已损坏
（4） 动态调试：样万表电路输入端加入信号检测出结点电位输出信号发现异常分析原排障直达实验求
53 系统实现时出现问题解决方案
531 问题方案
（1）灯亮者亮度极低明显
分析原：硬件接触良LED灯脚板子焊接良
解决方法：换导线换LED灯重新检查板子LED焊接部分否完善
（2）接板子电脑板子LED反应
分析原：程序没烧进烧录线接触良
解决方法：检查烧录线否正确接电脑板子重启ArduinoIDE重新烧入程序
（3）软件部分出现载package_indexjson时错误
分析原：ArduinoIDE环境配置完整
解决方法：官网载完整安装包次载
结
课题容结合C语言ArduinoIDE开发环境7LED灯结合倾角传感器ArduinoUNO基础搭建实现模拟传统骰子趣味桌游系统设计剔传统骰子时玩法增添创新性该设计基体现代传统骰子行性传统骰子较巧投掷时容易跳出触手区域视野范围外设计实现方便行机性强游戏骰子功原应该6LED灯改7LED目显示数字时较美观
整体系统致分软件部分硬件部分设计软件设置关LED灯闪烁次数通延时函数机数计算达更直观体验感更效果硬件搭建更简洁接传统骰子外观模型Arduino板身体型较十分适合型便捷电子骰子两块正面包板搭配四根支柱美观方正软件算法方面基C语言编程建立三函数void loop函数判断倾斜传感器开关状态骰子函数rollTheDice（核心函数）加入伪机函数Random设置机数范围循环滚动6点数LED函数参数改LED滚动闪烁时间会短静止固定点数出结果会快函数show终机出机数显示出生成伪机数运中已现成封装完毕方法直接调Arduino板简单易学果需解中原理需精力时间需查阅相应深度学实现文献解Arduino板整体硬件框架查阅相关说明书解Arduino板种接口学会调接口应课题系统中
整系统学实现应程十分畅遇板子接口等遇问题通专业知识者请教老师相解决方案保证整设计利进行程稍稍曲折总说实现计划中方案程中遇问题探索琢磨请教老师学解决中仅学会锻炼解决问题力型电子开发建设点验
参考文献
[1]王俊融 胡兰子 基嵌入式技术倾角传感器检测系统设计[C]2012(4)
[2]李学海 李子畅 趣味性LED电子骰子制作[C] 2012(6)
[3]林建华基单片机数字倾角检测系统设计[C]北京信息科技学理学院2013(5)
[4]王秀敏 张麒 李婷婷 Android台路倾角传感器驱动设计实现[C] 中国计量学院信息工程学院2013(9)
[5]陈浩 王军民 基Arduino测距倾角衡警报系统桥梁裂缝检测中应[C]长江学球物理石油资源学院湖北武汉2019(10)
[6]王鹏张伟 全方位倾角传感器信号处理技术[C] 北京信息科技学传感器重点实验室 2016(8)
[7]蒋海涛尚晓星冯文光基STC单片机倾角传感器设计[C]河南省高校智化汽车电子工程技术研究中心2013(8)
[8]伍伟斌纪洪广陈建康数字开关式倾角传感器设计[C]北京现代金宇工程建设限公司2013(12)
致 谢
毕设设计作学生毕业重环承载着许意义结束四年学学生活里程碑启程投入社会运转系统前渡剂四学期开始准备现整体完工中间历波折远原预料步脚印动手步步探索寻求茫然知熟练手实现01突破回首学生涯没父母鼓励方面支持会天成母校方——广东东软学院相遇方孕育着知识方安心求学次毕业文撰写毕业设计实现中想感谢指导老师郭鹏飞老师学四学期忙碌实生活郭鹏飞老师直耐心解答问题时解督促文完成进度没老师帮助指导法利完成毕业设计郭鹏飞老师表示十分感激崇敬
漫漫求学路重道远感谢路断施援手加鼓励朋友学亲老师未路定负努力负家期
谢谢
附 录
附录 Arduino 引脚接口说明
附录二 元件清单
Arduino UNO
1块
烧录线
1条
LED红灯
7
倾角传感器
1
面包板
2
支柱
4根
导线
干
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基倾角控制LED骰子游戏设计实现
Design and implementation of LED dice game
based on tilt control
目 录
目录 I
中文摘 IV
ABSTRACT V
第章 绪 1
11 课题研究背景 1
12 国外发展现状 1
第二章 系统设计目求 3
21 研究目意义 3
22 研究方法达求 3
第三章 系统硬件设计 4
31 Arduino模块 4
311 Arduino简介 4
312 Arduino UNO系统原理 4
32 倾斜传感器模块 5
321 倾斜传感器简介 5
322 倾斜传感器基原理 6
323 SW520D滚珠开关原理应 6
33 LED指示灯模块 6
331 LED简介 6
332 LED背景特色 7
333 LED应 7
第四章 系统软件设计 8
41 程序语言开发环境 8
411 C语言简介 8
412 Arduino IDE 8
413 Random伪机数原理 9
第五章 硬件组装调试 10
51 元器件组装 10
52 电路调试 10
521 电路调试具体步骤 11
53 系统实现时出现问题解决方案 11
531 问题方案 11
结 12
参考文献 13
致谢 14
附录 15
附录 Arduino 引脚接口说明 15
附录二 元件清单 15
中文摘
国科技领域硕果累累适应科技快速发展便快适应企业需求社会发展设计积极开展实践导电子制作设计通模拟普通骰子点数实现骰子功应Arduino IDE开发环境(基 Processing)C语言编程算法单方倾斜感应触发通C语言Random函数生成伪机数模拟传统骰子点数实现模拟掷骰子游戏系统文阐述系统软硬件组成探讨倾角传感模块Arduino模块LED显示模块设计通提供+5V电源Arduino作核心处理器采倾斜传感器（SW520D）采集角度信息LCD1602显示PWM波占空实现设计具较强抗干扰力良稳定性
关键词：电子骰子 Arduino 倾角 模拟游戏
Abstract
Recently China＇s science and technology field has achieved great results In order to adapt to the rapid development of science and technology in order to adapt to the needs of enterprises and social development as soon as possible this design actively carries out practiceoriented electronic production This design realizes the function of dice by simulating the points of traditional ordinary dice The C language programming algorithm under the Arduino IDE development environment (based on Processing) is used to trigger the unidirectional tilt induction The pseudo random number is generated by the C language Random function which simulates the traditional Dice points to achieve a simulation of traditional dice game system This article will explain the system hardware and software components and discuss the tilt sensor module power module and LED display module In this paper the Arduino that can provide 5V power is used as the core processor and the tilt sensor (SW520D) is used to collect angle information The duty cycle of the PWM wave is displayed by the LCD1602 stability
Key words Electronic dice Arduino dip simulation game
第章 绪
11 课题研究背景
互联网时代正发展信息化时代已智生活生活更加方便更加充满趣味性1987年中国智模拟作国家科学发展规划研究课题理实验室实践研究高端领域应疑智全面化鉴定基础智作提高工业生产效率成获取收益
智取代传统现象早已司空见惯譬流水线员工已机械臂机器等取代掉譬火锅界著名名牌海底捞推出智服务员取代原先服务员公车售票员渐渐卡机取代单重复性工作逐渐智机器代劳仅生活学工作方面娱乐方面逐渐偏智化VR虚拟现实身境全息影影视界更加光彩夺目信息智时代传统游戏境遇？熟悉种传统骰子种爱玩桌面游戏类文明部分着智电子产品崛起普通桌面游戏越越淡出视线快餐娱乐时代乐放眼短暂输入量视频捧着ipad电脑手机沉浸静态快餐娱乐中掷骰子等传统桌面游戏越越嗤鼻时代脚步马停蹄勇创新会淘汰设计日常游戏基础通模拟传统骰子游戏Arduino作核心倾角作控制实验达电子技术模拟传统游戏目力求传统增添创新趣味
开发板Arduino起源意利交互式设计学院(Interaction Design Institute Ivrea(IDII)起初学院老师觉没简便操作性强微控制器供学生学老师决定学院某电子工程师合作设计适电路板种低门槛教学性优良电路板Arduino诞生设计应Arduino新版Arduino UNO R3优秀稳定性高效性设计予力支持
12 国外发展现状
现阶段智模拟传统游戏研究尚少数模拟游戏作兴趣方进行研究学者起初版电子骰子Arduino控制数码实现单数显示台代码伪机函数进行输入次闪烁定时间显示点数会变成固定数趣味性机性差强意电子骰子改良通倾角传感器震动传感器编程方面机数数字输入等引入增强电子骰子交互性实性趣味性
开发板Arduino国外新手领域较出名Arduino身开源计算机硬件设计制造工具包创建数字设备客户端交互式象感知控制物理世界款型开放源码(open source)设备创造新市场空间时赋予现新兴设备更强力
澳洲西澳学学生团(Jess ArmstrongRay BarkerGeoffrey Channon)Arduino进行增强设计团队计划称SpyseaSpysea应海军舰艇功实时监控摄影机馈送SpyseaArduino作机核心控制器导航传感器指南针距离传感器马达等相结合采19mmPVC线连接摄机设计海军监控系统
倾角技术系统核心技术现国外关倾角技术研发水已相先进国外进口倾角传感器较昂贵中国前年倾角传感器需求较基通进口获取设备成较高着中国科技发展越越国资深研发员投入倾角传感器研发中现中国倾角传感器技术迈出崭新步倾角传感器中国市场存着巨潜力数表明：中国2005年需810亿直传感器天14亿年倾角传感器需求量递增21[1]
第二章 系统设计目求
21 研究目意义
互联网飞速发展方面实现智化生活学工作娱乐越越离开电子产品许创新事物逐渐淘汰系统传统基础加入电子元器件增加趣味性作项模拟游戏电子项目设计制作程适合锻炼动手力学力Arduino作极富教学性电路板作设计中充分体现作入门级电路板系统十分适合激发初学者嵌入式开发热情信息化时代编程逐渐变成种潮流家长孩子报名编程兴趣班锻炼孩子逻辑思维力应现代科技潮流毕竟智化风潮已席卷未会更加科技智化时代电子领域道行颇深许关电子入门简单LED Arduino开始简入难循序渐进正确学程设计基ArduinoLED设计模拟骰子系统中包括许基础知识实验程见效显著增强学者信心更毅力探索更方传统骰子模拟普遍游戏种较新颖方式呈现具趣味性教学性
22 研究方法达求
达实现整套系统目首先必须明确设计思路流程设计前期广泛收集查阅相关资料解现网络外界类似系统实现技术设计理念通预设实验结果进行推断设计需求分析中期通根需求分析设计系统设计框架明确计算机语言方法整体系统进行硬件设计软件设计期进行硬件传感器核心板LED灯连接设计然进行代码实现阶段进行软硬件调试测试等整体系统实现程中通传统骰子电子骰子力求创新方面更胜筹设计出新颖骰子游戏期硬件方面做更器件系统程中更加稳定
第三章 系统硬件设计
31 Arduino模块
311 Arduino 简介
Arduino深受电子入门学者喜爱含类型Arduino板软件Arduino IDE易开发简单便捷Arduino构建开放原始码simple IO介面版带类似JavaC语言ProcessingWiring开发环境分硬件Arduino电路板部分软件Arduino IDE（写代码程序环境）部分[4]Arduino整套系统程中IDE中写代码通烧录线程序烧板子Arduino便会执行烧程序实现代码功作开源硬件开发台Arduino优秀许开发者项目快速开发极减少学成缩短开发周期设计中Arduino UNO版UNO核心处理器ATmega328时具6路模拟输入14路数字输入输出口（中6路作PWM输出）16MHz晶体振荡器电源插座复位钮ICSP headerUSB口[4]Arduino通种传感器实现种功通红外线超声波热敏火焰传感器等感知影响环境[5]设计应倾角传感器判断电子骰子震动摇晃情况
312 Arduino UNO 系统原理
前设计应Arduino新版Arduino UNO处理器核心ATmega328
图31 Arduino UNO原理图
Arduino UNO接口说明：
（1）14路数字IO口 电流40mA工作电压5V
（2）串口信号RX＼TX分应01号脚中提供TTL电压水串口负责接受信号部 ATmega8U2 USBtoTTL 芯片相连
（3）外部中断（23）：作触发升降时触发三种方式引脚负责外部中断
（4）SPI(10(SS)11(MOSI)12(MISO)13(SCK))：SPI通信接口
（5）LED（13）：专门测试LED输出高时点亮LED
（6）RESET 复位引脚引脚信号低时复位
（7）AREF：参考电压(模拟输入信号)
32 倾角传感器模块
321 倾角传感器简介
倾角传感器常水角度测量着科技快速发展倾角技术研究直突破较水泡水仪现电子水仪更精确更动化时体现出电子倾角测量技术正迅速发展倾角技术未期作种测量工具土木工程铁路铺设石油钻井航空航海桥梁设计机械加工等扮演着举足轻重缺重角色目前高精度倾角传感器基电容式3DMEMS技术单轴倾斜角度传感器出色性高精度重场合重 定卫星通讯天线俯仰角测量船舶航行姿态测量质设备倾斜监测雷达车辆台检测等重应[6]
322 倾角传感器基原理
倾角传感器基础理牛顿第二定律：系统法测量速度时测量加速度已知初速度通积分算出线速度进计算出直线位移实际运惯性原理种加速度传感器[6]倾角传感器处静止状态时通受力分析出作方重力加速度知重力垂直轴传感器部灵敏轴间倾斜角部分倾角传感器具定角度置零功适完调整零场合倾角传感器置某位置前置零功数清零清零传感器测量出相该位置角度
323 SW520D滚珠原理应
设计应基SW520D滚珠开关倾角传感器滚珠型倾斜感应单方性触发开关滚珠开关（称钢珠开关珠子开关）种较简单倾角传感器原理通受力情况珠子滚动接触导针控制电路接通断开受外力作悬挂钢珠（倾斜开关探头）偏离垂直超阈值（15度）时倾斜传感器便触发动作简言便倾斜传感器喻时做电灯泡实验样电池金属头接触电灯泡端金属板时灯泡亮开电池灭倾角传感器原理利滚珠开关判断角度进行触发控制
类似滚珠原理传感器目前市场许应常见角度感应开关高心力感应开关震动感应开关等中国滚珠开关消费国重性言喻领域需滚珠开关例电子玩具工水测量设备警报器等滚珠开关整体体积较占空间会微场合应数码相框旋转屏幕手机重力感知脚踢车灯等需检测物体角度位置震动旋转变化场合滚珠开关简单实选择倾角传感器会水银开关作触发元件方政府开始提倡环保禁水银渐渐滚珠代水银然滚珠开关检测角度等方面较方便足角度阈值够精确太死板角度限制等
33 LED指示灯模块
331 LED简介
系统基7LED实现实际发光二极质端正极端负极PN型半导体晶体P型部空穴存放电子N型相连接形成典型PN结导线电流通时N型半导体电子推端P端空穴相遇会释放光子形式散发量
332 LED背景特色
20世纪60初研究者早材料发红光GaAsP制作LED光源时技术材料远日先进丰富电流20毫安情况光通量仅千分流明效果够显著LED颜色70年代中期开始丰富起渐渐出现绿色黄光等着材料逐渐丰富相应光效提高80年代初便出现GaAlAsde光源光视效达10流明瓦2000年LED(λp530nm)绿色区域光视效达50流明瓦[2]
LED特色环保轻便样瓦数普通白炽灯光视效仅40流明瓦高效环保 LED发光亮度白炽灯高LED完全封装毒环保环氧树脂中种材料回收利含水银造成感染荧光灯相LED更环保外LED达五万时寿命远远白炽灯长普通白炽灯仅千时日常中部分LED光源直流驱动光效稳定部分普通灯交流驱动常频闪影响视力LED灯具低压电源耗少环保绿色颜色丰富实性强优点
333 LED应
作普遍明工具LED途十分广泛建筑物日常品关建筑物某区域投射LED线性投射灯具失选择建筑物场限制传统投光灯工具笨拙型十分影响场美观LED线性投射灯具便安装建筑物表面友结合路司空见惯指示灯牌指示路牌影剧院观众厅观众指引灯等等出LED
第四章 系统软件设计
41 程序语言开发环境
411 C语言简介
C语言事嵌入式开发行业说陌生作门广泛应底层开发抽象化语言环境支持情况然高效率运行计算机语言简洁具备许低级处理功C语言深受许底层开发青睐二十世纪八十年代出现C语言制定套国家标准语法ANSI C2011年新出语言标准开始支持汉字标识符汉字函数名C语言括号强制类型转换等作运算符处理丰富运算类型定程度弥补高级语言法处理缺憾C语言特色指针概念整体提高C语言程序效率C语言移植性高适种操作系统UNIX等
412 Arduino IDE
Arduino IDE款Arduino带软件编辑环境具开放源代码电路图设计支持ISP线烧bootloader固件烧入AVR芯片时支持FlashMaxMspVVVVPDCProcessing等程序兼容特点[5]Arduino IDE特色诸例低价微处理器AVR系列处理器USB接口充电需接外界电源简化Arduino模型（官方PCBSCH电路图）Arduino种传感器红外线超声波等电子元器件相连接完成独立运作微处理控制应方面Arduino简单实现单游戏互动起键盘鼠标作输入装置Arduino更突破性Arduino程序中void setupvoid loop程序两核心函数void setup作串行端口脚位输出入初始化区块void loop类似循环体代码逻辑核心部分存放板子需重复执行动作代码Arduino IDE语言样存类似HIGHLOW等特殊关键字譬控制PIN引脚高低电HIGHLOW设定引脚输入输出INPUTOUTPUT Arduino IDE语言优势体现没深奥底层代码没晦涩生硬汇编实函数降低学成较快较直接达实验目拥极度标准化接口模式鉴定基础Arduino IDE拓展性会相高
图41 Arduino IDE
413 Random机数原理
机数算法实现精确做出确切判断机器机出事实谓伪机数计算机定规律生成机规律数字真正机遵循着事物性(事物相似性)遵循着机性两者相辅成计算机程序执行法生成绝机机数产生伪机数
Random函数基原理某递推公式根种子推算出系列数字推算数数量达符合正态分布时便会产生机数外C语言提供srand函数设置谓种子机函数符合表达式：A R(s)s递推公式运算基准称种子R机函数运算推出A数列产生机数机函数R种子s计算确定数列A应
第五章 硬件组装调试
51 元器件组装
硬件部分Arduino UNO r3开发板倾斜传感器干杜邦线杜邦线插座(面包板)7LED电子骰子模块科技积木套件组成
图51 硬件成果图
52 电路调试
调试电子学生必备基础知识设计时求开发员思虑周全考虑方面素实验中误差难免电路调试误差降低效精准调试利实验利进行安装测试调整应该包括方面考虑元件误差器件参数分散性等通调试发现足时纠正设备达预定技术指标调试常仪器基：万表示波器频谱分析仪信号发生器稳压电源
521 电路调试具体步骤
电子电路调试前基步骤分四步：
（1） 调试前：宜先通电先观察电路接线否正确接触良现象
（2） 通电观察：排接线障通电观察电路异象电路板异味触碰集成电路外封装排基硬件障
（3） 静态调试：静态调试常万表加输入信号者固定电信号情况测量出现障局部全局电路结点电位结合基电路原理推断出电路工作状态否正常判断电路中元器件否已损坏
（4） 动态调试：样万表电路输入端加入信号检测出结点电位输出信号发现异常分析原排障直达实验求
53 系统实现时出现问题解决方案
531 问题方案
（1）灯亮者亮度极低明显
分析原：硬件接触良LED灯脚板子焊接良
解决方法：换导线换LED灯重新检查板子LED焊接部分否完善
（2）接板子电脑板子LED反应
分析原：程序没烧进烧录线接触良
解决方法：检查烧录线否正确接电脑板子重启ArduinoIDE重新烧入程序
（3）软件部分出现载package_indexjson时错误
分析原：ArduinoIDE环境配置完整
解决方法：官网载完整安装包次载
结
课题容结合C语言ArduinoIDE开发环境7LED灯结合倾角传感器ArduinoUNO基础搭建实现模拟传统骰子趣味桌游系统设计剔传统骰子时玩法增添创新性该设计基体现代传统骰子行性传统骰子较巧投掷时容易跳出触手区域视野范围外设计实现方便行机性强游戏骰子功原应该6LED灯改7LED目显示数字时较美观
整体系统致分软件部分硬件部分设计软件设置关LED灯闪烁次数通延时函数机数计算达更直观体验感更效果硬件搭建更简洁接传统骰子外观模型Arduino板身体型较十分适合型便捷电子骰子两块正面包板搭配四根支柱美观方正软件算法方面基C语言编程建立三函数void loop函数判断倾斜传感器开关状态骰子函数rollTheDice（核心函数）加入伪机函数Random设置机数范围循环滚动6点数LED函数参数改LED滚动闪烁时间会短静止固定点数出结果会快函数show终机出机数显示出生成伪机数运中已现成封装完毕方法直接调Arduino板简单易学果需解中原理需精力时间需查阅相应深度学实现文献解Arduino板整体硬件框架查阅相关说明书解Arduino板种接口学会调接口应课题系统中
整系统学实现应程十分畅遇板子接口等遇问题通专业知识者请教老师相解决方案保证整设计利进行程稍稍曲折总说实现计划中方案程中遇问题探索琢磨请教老师学解决中仅学会锻炼解决问题力型电子开发建设点验
参考文献
[1]王俊融 胡兰子 基嵌入式技术倾角传感器检测系统设计[C]2012(4)
[2]李学海 李子畅 趣味性LED电子骰子制作[C] 2012(6)
[3]林建华基单片机数字倾角检测系统设计[C]北京信息科技学理学院2013(5)
[4]王秀敏 张麒 李婷婷 Android台路倾角传感器驱动设计实现[C] 中国计量学院信息工程学院2013(9)
[5]陈浩 王军民 基Arduino测距倾角衡警报系统桥梁裂缝检测中应[C]长江学球物理石油资源学院湖北武汉2019(10)
[6]王鹏张伟 全方位倾角传感器信号处理技术[C] 北京信息科技学传感器重点实验室 2016(8)
[7]蒋海涛尚晓星冯文光基STC单片机倾角传感器设计[C]河南省高校智化汽车电子工程技术研究中心2013(8)
[8]伍伟斌纪洪广陈建康数字开关式倾角传感器设计[C]北京现代金宇工程建设限公司2013(12)
致 谢
毕设设计作学生毕业重环承载着许意义结束四年学学生活里程碑启程投入社会运转系统前渡剂四学期开始准备现整体完工中间历波折远原预料步脚印动手步步探索寻求茫然知熟练手实现01突破回首学生涯没父母鼓励方面支持会天成母校方——广东东软学院相遇方孕育着知识方安心求学次毕业文撰写毕业设计实现中想感谢指导老师郭鹏飞老师学四学期忙碌实生活郭鹏飞老师直耐心解答问题时解督促文完成进度没老师帮助指导法利完成毕业设计郭鹏飞老师表示十分感激崇敬
漫漫求学路重道远感谢路断施援手加鼓励朋友学亲老师未路定负努力负家期
谢谢
附 录
附录 Arduino 引脚接口说明
附录二 元件清单
Arduino UNO
1块
烧录线
1条
LED红灯
7
倾角传感器
1
面包板
2
支柱
4根
导线
干
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