Bauanleitung für einen Dart-Scorer

Praxisbeispiel für Embedded Steuerungen

Inspiration und Idee

Seit 2019 bietet die voice INTER connect GmbH als Praxispartner in Zusammenarbeit mit der Berufsakademie Dresden die Möglichkeit zum Dualen Studium der Informationstechnik. Für eine Projektarbeit im Modul "Embedded Systems" sollten die Studenten des dritten Semesters ein Hardware-Layout entwickeln und passende Software selbst programmieren. Hierfür wurde ein Starter Kit "Arduino Uno" bereitgestellt, welches unter Anwendung verschiedener Peripherie-Geräte und Sensoren programmiert wurde.

Im 2er-Team ging es an die Ideenfindung. Unsere Studenten sind begeisterte Dartspieler und nutzen für ihre Legs (Spiel mit 501 Punkten für dessen Gewinn auf 0 herunter geworfen werden muss) eine klassische Holzscheibe. Die Spielstände müssen daher im Kopf berechnet werden oder mit Unterstützung einer der zahlreichen Apps, die es dazu auf dem Markt gibt. Bei der Nutzung der Apps müssen die Dartwürfe jedoch einzeln eingetippt werden, um das Gesamtwurfergebnis eines Durchgangs zu berechnen. Außerdem finanzieren sich die zumeist kostenlosen Apps durch Werbeeinblendungen, die sich nicht ausblenden lassen. Aus diesen Überlegungen heraus entstand die Idee, einen Dart-Scorer zu entwickeln, der einfach, schnell und bequem zu bedienen ist.

Projektbeschreibung

Für die Umsetzung der Projektidee wurden folgende Anforderungen definiert:

  • Der Spielstand wird auf einem LC-Display mit zwei Zeilen und 16 Zeichen angezeigt.
  • Der Computer muss eine funktionierende Spielemechanik, eine Rundenanzeige, akustische Rückmeldungen, Reset-Funktion und den Spielverlauf enthalten.
  • Die Eingabe der Punkte erfolgt mittels Fernbedienung.

Die Studenten hatten für die Bearbeitung zwei Monate Zeit. Zunächst testeten sie die einzelnen Komponenten, bevor sie im Endgerät implementiert wurden. Danach wurde die Spielemechanik entwickelt und der Prototyp des Dart-Scorers umgesetzt. Es folgten die obligatorischen Einsatztests.
Projektdokumentation und -präsentation bildeten den Abschluss der Projektarbeit.

 

 

Realisierung des Hardware-Teils

Im Blockschaltbild sehen Sie die Bestandteile des Dart-Scorers:

Die Schaltung ist in folgendem Schaltplan dargestellt:

Es wurden folgende Bestandteile verbaut:

  • Piezo-Summer / Buzzer: Der Buzzer dient zum Abspielen von Melodien. Er wird an die Masse und einen digitalen Pin angeschlossen, durch welchen er mit einem Audiosignal versorgt wird und dann Töne abspielen kann. Je nach Frequenz des Signals können so unterschiedlich hohe Töne erzeugt werden. Beispielsweise entspricht dem Ton A4 eine Frequenz von 440 Hz. Indem man verschiedene Töne nacheinander abspielt, lassen sich Melodien komponieren.
  • IR-Empfänger: Um die von der Fernbedienung gesendeten Signale zu empfangen, wird ein IR-Empfänger verwendet. Dieser wandelt die von der Fernbedienung emittierte Infrarot-Strahlung in elektrische Signale um, welche vom Arduino verarbeitet werden können. Je nach Taste strahlt die Fernbedienung unterschiedliche Puls-Kombinationen ab, welche vom IR-Empfänger (einer gepulsten Fotodiode) empfangen wird. Diese verstärkt das Signal mit Hilfe der AGC (automatic gain control), wodurch eine digitale Signalfolge von High- und Low-Werten erzeugt wird. Diese lassen sich einfach mit dem Arduino messen, dekodieren und in Zahlenwerte umwandeln.
  • Reset-Taster / Drucktaster: Der Reset-Taster wird eingesetzt, um den Controller zurückzusetzen. Um der Anforderung gerecht zu werden, einen Interrupt zu verwenden, ist der Taster zunächst mit einem digitalen Eingang verbunden. Das Betätigen der Taste löst einen Interrupt aus, welcher einen weiteren digitalen Pin steuert. Dieser wiederum ist mit dem Reset-Pin des Arduino verbunden.
  • LC-Display: Zur graphischen Ausgabe wird das im Set enthaltene 16x2 LC-Display verwendet. Dieses verfügt über ein I²C-Interface, welches den Leitungsaufwand auf vier reduziert. So wird das Display lediglich mit Spannung versorgt und an die SCL / SDA-Pins des Arduino angeschlossen.
Realisierung des Software-Teils

Die Spielmechanik des Dart-Scorers lässt sich in folgendem Programmablaufplan ablesen:

Bedienungsanleitung

  • Ein- und Ausschalten des Geräts:

Das Einschalten des Mikrocontrollers mit allen Peripheriegeräten kann durch folgende Stromversorgungsquellen realisiert werden:

1) Durch ein USB-Kabel in Verbindung mit einem Computer- oder Netzteil.
2) Durch ein Adapter-Kabel mit 9 V-Blockbatterie im DC-Anschluss der Arduino-Platine.

Das Ausschalten des Geräts wird durch das Herausziehen des USB-Kabels oder Adapters für die 9 V-Blockbatterie von der Arduino-Platine realisiert.

  • Nutzung der Fernbedienung:

1) Zifferntasten (0 bis 9): Die Zifferntasten dienen der Eingabe der erzielten Punkte.

2) Plustaste (+): Für die Berechnung eines Wurfs werden die Einzelergebnisse der drei Pfeile zusammenaddiert. Wird die Plustaste mehr als zweimal gedrückt, erscheint die Mitteilung "Max darts reached". Bei der Eingabe von Sonderwerten aufgrund von Treffern ins "Bullseye" (50 Punkte für die Mitte der Dartscheibe), "Triple 19" (57 Punkte) oder "Triple 20" (60 Punkte) wird eine Gratulationsmelodie abgespielt.

3) Minustaste (-): Die Minustaste wird verwendet, wenn ein Spieler absichtlich eine oder mehrere Runden zurücksetzen will (zum Beispiel weil er sich vertippt hat). Wird die Minustaste versehentlich  vor der Eingabe der ersten Punkte gedrückt, erscheint die Mitteilung "Nothing to undo" auf dem LC-Display.

4) Play-Taste (>II): Das Drücken der Play-Taste löst die Berechnung der Gesamtpunktzahl eines Wurfs aus. Falls die eingegebenen Einzelwerte das Maximum von 180 überschreiten, erscheint die Warnmeldung "Over 180??" im Display.  Für Sonderwerte wie 2 oder 25 bzw. eine größere Summe als 60 werden verschiedene Melodien abgespielt.
WICHTIG: Die Fernbedienung soll während des Tastendrucks möglichst genau auf den IR-Empfänger der Arduino-Platine gerichtet werden.

  • Reset des Dartcomputers:

Der Reset wird durch den Drucktaster auf der Steckplatine ausgelöst. Der Taster kann auch für das Neustarten des Spiels verwendet werden, z. B. wenn ein Spieler gewonnen hat.

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