아두이노 미로게임 (MPU-6050 + 프로세싱)

MPU-6050 가속도 센서

MPU-6050은 x, y, z축의 자이로스코프 기울기와 가속도를 측정할 수 있는 센서입니다. 이 센서를 이용하면, 드론 및 3차원 탑승장치의 기울어짐이나 운동 상태를 모니터링 할 수 있습니다.
이 센서는 I2C 통신을 사용하여 데이터를 송수신합니다. 아두이노에 기본적으로 내장된 Wire 라이브러리가 I2C 통신을 지원하기 때문에 별다른 라이브러리를 따로 설치할 필요가 없습니다.

MPU-6050 연결

센서와 아두이노의 SDA, SCL 단자를 서로 연결합니다.

아두이노 소스 설치 및 작동 테스트

  1. 아두이노에 아래의 소스 코드를 업로드합니다. 
    /*

  GY-521 자이로&가속도 센서 (MPU-6050)
  예제입니다.

  UNO R3 : http://kit128.com/goods/view?no=71
  GY-521 자이로&가속도 센서 (MPU-6050) 모듈 : http://kit128.com/goods/view?no=146

  출처: http://whiteat.com/Arduino

*/

#include
const int MPU = 0x68;  // I2C address of the MPU-6050
int16_t AcX, AcY, AcZ, Tmp, GyX, GyY, GyZ;


// 프로그램 시작 - 초기화 작업
void setup()
{
  Serial.begin(9600);     // 시리얼 통신 초기화
  Serial.println("Arduino Examples - GY-521 Gyro& Accelator (MPU-6050) Module");
  Serial.println("    http://docs.whiteat.com/?p=2662");


  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B);  // PWR_MGMT_1 register
  Wire.write(0);     // set to zero (wakes up the MPU-6050)
  Wire.endTransmission(true);

  // gyro scale
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x1B);  //
  Wire.write(0xF8);     //
  Wire.endTransmission(true);

  // acc scale
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x1C);  //
  Wire.write(0xF8);     //
  Wire.endTransmission(true);

}

void loop()
{
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);  // starting with register 0x3B (ACCEL_XOUT_H)
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU, 14, true);  // request a total of 14 registers
  AcX = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x3B (ACCEL_XOUT_H) & 0x3C (ACCEL_XOUT_L)
  AcY = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x3D (ACCEL_YOUT_H) & 0x3E (ACCEL_YOUT_L)
  AcZ = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x3F (ACCEL_ZOUT_H) & 0x40 (ACCEL_ZOUT_L)
  Tmp = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x41 (TEMP_OUT_H) & 0x42 (TEMP_OUT_L)
  GyX = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x43 (GYRO_XOUT_H) & 0x44 (GYRO_XOUT_L)
  GyY = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x45 (GYRO_YOUT_H) & 0x46 (GYRO_YOUT_L)
  GyZ = Wire.read() << 8 | Wire.read();  // 0x47 (GYRO_ZOUT_H) & 0x48 (GYRO_ZOUT_L)

  /*
    Serial.print("AcX = "); Serial.print(AcX);
    Serial.print(" | AcY = "); Serial.print(AcY);
    Serial.print(" | AcZ = "); Serial.print(AcZ);
    Serial.print(" | Tmp = "); Serial.print(Tmp / 340.00 + 36.53);  //equation for temperature in degrees C from datasheet
    Serial.print(" | GyX = "); Serial.print(GyX);
    Serial.print(" | GyY = "); Serial.print(GyY);
    Serial.print(" | GyZ = "); Serial.println(GyZ);
    delay(333);
  */


  int xAxis = (AcX - 1090);
  int yAxis = (AcY - 930);
  int zAxis = (AcZ - 1000);
  
  Serial.print(xAxis);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(yAxis);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(zAxis);
  Serial.println(" ");

  delay(50);
}
  2. 소스 코드를 업로드한 다음 시리얼 모니터를 열어보면, x, y, x 축 기울어짐 값이 출력되는 것을 볼 수 있습니다.
  3. 여기까지가 성공하였으면 아두이노 보드는 PC와 연결한 채로 둔다음, 아두이노 소프트웨어만 닫습니다. 이제 아두이노 보드가 전송하는 데이터를 다른 프로그램에서 받아서 처리하게 할 것입니다.

프로세싱 설치 및 게임 작동

  1. 아두이노에서 전송하는 기울기 데이터를 받아서 처리하는 게임 프로그램을 만들어 보겠습니다. https://processing.org/download/에 접속하여 프로세싱을 다운로드 받습니다.(processing-x.x.x.zip 파일 형태) 이미 설치되어 있다면 다운로드 단계는 생략합니다.
  2. 다운받은 zip 파일을 적당한 폴더에 압축을 풀어 놓습니다.
  3. processing.exe 파일을 실행시킵니다.
  4. 프로세싱에 아래의 소스 코드를 붙여넣습니다. 
    import processing.serial.*;
Serial myPort;

float xRot = 0;
float yRot = 0;

int hWall =  30;
int wall[][] = 
    {
    {-400, -400, 800, 0}, 
    {-400, -400, 0, 800}, 
    {-400, -200, 100, 0}, 
    {-300, -300, 0, 100}, 
    {-300, -300, 100, 0}, 
    {-200, -300, 0, 100}, 
    {-100, -300, 0, 200}, 
    {0, -300, 0, 100}, 
    {100, -300, 0, 400}, 
    {100, -300, 100, 0}, 

    {300, -300, 0, 200}, 
    {300, -300, 100, 0}, 
    {0, -200, 100, 0}, 
    {200, -200, 100, 0}, 
    {400, -400, 0, 800}, 
    {-300, -100, 200, 0}, 
    {100, -100, 100, 0}, 
    {-300, -100, 0, 200}, 
    {-200, -100, 0, 100}, 
    {0, -100, 0, 100}, 

    {0, 0, 100, 0}, 
    {-100, 0, 0, 100}, 
    {200, 0, 0, 100}, 
    {300, 0, 0, 100}, 
    {-400, 100, 100, 0}, 
    {-100, 100, 400, 0}, 
    {-200, 100, 0, 200}, 
    {-300, 100, 100, 0}, 
    {200, 200, 200, 0}, 
    {-300, 200, 0, 200}, 

    {-100, 200, 0, 100}, 
    {0, 200, 0, 200}, 
    {100, 200, 0, 100}, 
    {-200, 300, 100, 0}, 
    {100, 300, 300, 0}, 
    {-400, 400, 700, 0}
};

float xBall = 50;
float yBall = -350;
float vxBall = 0;
float vyBall = 0;

void setup() 
{
    frameRate(40);
    size(1400, 800, P3D);

    //포트 검색 후 시리얼통신 실행
    println("Available serial ports:");
    println(Serial.list());
    myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600);

    setup2();
}

void setup2() 
{
    xBall = 50;
    yBall = -350;
    vxBall = 0;
    vyBall = 0;
}

void draw() 
{
    background(255);

    float fov = PI/10.0; 
    float cameraZ = (height/2.0) / tan(fov/2.0); 
    perspective(fov, float(width)/float(height), cameraZ/2.0, cameraZ*2.0); 
    camera(width/2, height/2, cameraZ, width/2, height/2, 0, 0, 1, 0);
    lights();

    translate(width/2, height/2);
    rotateX(1.0);

    pushMatrix();

    int nBuffer = 0;
    while  (myPort.available() > 0) 
    {
        String inBuffer = myPort.readString();
        String subBuffer[] = { "", "", ""};
        int max = 0;
        int len = inBuffer.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) { if (inBuffer.charAt(i) == ' ') { max++; if (max >= 3) break;
            } else
                subBuffer[max] = subBuffer[max] + inBuffer.charAt(i);
        }
        if (max != 3) break;

        int x = -int(subBuffer[1]);
        if (x > 0) x = max(x - 4, 0);
        if (x < 0) x = min(x + 4, 0); xRot = x/8000.0; xRot = constrain(xRot, -PI/7, PI/7); int y = -int(subBuffer[0]); if (y > 0) y = max(y - 4, 0);
        if (y < 0) y = min(y + 4, 0);           
        yRot = y/8000.0;
        yRot = constrain(yRot, -PI/7, PI/7);
    }

    noFill();
    stroke(0, 255, 0);
    {
        pushMatrix();
        translate(0, 0, 0);
        box(1024, 1024, 1);
        popMatrix();
    }

    rotateX(xRot);
    rotateY(yRot);
    fill(255);
    stroke(64);

    //바닥
    {
        pushMatrix();
        translate(0, 0, -1);
        box(800, 800, 1);
        popMatrix();
    }

    //벽
    for (int n = 0; n < wall.length; n++) { pushMatrix(); translate(wall[n][0] + wall[n][2]/2 - 2, wall[n][1] + wall[n][3]/2 - 2, hWall/2); box(wall[n][2] + 5, wall[n][3] + 5, hWall); popMatrix(); } vxBall += yRot * 5; vyBall -= xRot * 5; if (abs(vxBall) >= 20) vxBall = vxBall*20/abs(vxBall);
    if (abs(vyBall) >= 20) vyBall = vyBall*20/abs(vyBall);
    xBall += vxBall;
    yBall += vyBall;

    float tollerence = 23;
    for (int n = 0; n < wall.length; n++) { // horizontal Wall if (wall[n][2] > 0)
            if ((wall[n][0] - tollerence*0.9) < xBall && (wall[n][0] + wall[n][2] + tollerence*0.9) > xBall)
            {
                if (abs(wall[n][1] - yBall) < tollerence)
                {
                    if (wall[n][1] < yBall) { yBall += 2; vyBall = 0; } else { yBall -= 2; vyBall = 0; } } } // vertical Wall if (wall[n][3] > 0)
            if ((wall[n][1] - tollerence*0.9) < yBall && (wall[n][1] + wall[n][3] + tollerence*0.9) > yBall)
            {
                if (abs(wall[n][0] - xBall) < tollerence)
                {
                    if (wall[n][0] < xBall) { xBall += 2; vxBall = 0; } else { xBall -= 2; vxBall = 0; } } } } // 공 { fill(255, 0, 0); noStroke(); pushMatrix(); translate(xBall, yBall, 20); sphere(20); popMatrix(); } if (yBall > 420) setup2();

    popMatrix();
}
  5. 키보드 [Ctrl+R] 키를 눌러 프로세싱 프로그램을 실행시키면 미로게임이 실행됩니다.
  6. 프로세싱 코딩에 대해 잘 알고 있다면 화면을 좀 더 예쁘게 꾸며서 나만의 게임을 만들 수도 있습니다.

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