Version du 2 juin 2018 à 14:31

Projet IMA3-SC 2017-2018 : Puissance 4

Description du Projet

Puissance 4

Le but du jeu du puissance 4 est d'aligner une suite de 4 pions de même couleur sur une grille comptant 8 rangées et 8 colonnes. Tour à tour les deux joueurs placent un pion dans la colonne de leur choix, le pion coulisse alors jusqu'à la position la plus basse possible dans la dite colonne, à la suite de quoi c'est à l'adversaire de jouer. Le vainqueur est le joueur qui réalise le premier un alignement (horizontal ou vertical) consécutif d'au moins quatre pions de sa couleur. Si, alors que toutes les cases de la grille de jeu sont remplies, aucun des deux joueurs n'a réalisé un tel alignement, la partie est déclarée nulle.

Cahier des charges

Nous allons réaliser le puissance 4 à partir d'une matrice LED RGB de taille 8x8. Chaque colonne de la matrice est associée à un bouton poussoir. Les joueurs jouent à tour de rôle en appuyant sur les boutons pour placer leur pion. Sur une page Web, les joueurs peuvent configurer leur pseudonymes et leur couleur. La page internet permettra d'annoncer les scores et de rejouer plusieurs parties.

Matériel nécessaire

Pour ce projet nous utiliserons:

• Raspberry-Pi et son module WIFI "WI-PI"

• Arduino UNO

• Matrice LED RGB et son contrôleur

• 8 boutons poussoirs

• Un shield (PCB crée à partir du logiciel Fritzing)

• Une page Web HTML pour pouvoir modifier les paramètres du jeu.

Séance 1

Cette première séance nous a permis de constituer notre groupe, de définir notre sujet ainsi que la liste du matériel nécessaire.

Partie informatique

Nous avons découvert la Raspberry Pi. Ce nano-ordinateur nous permettra de communiquer via une liaison série avec l'Arduino. Egalement, elle sera configurée comme un point d'accès WiFi et grâce à un serveur Websocket, elle permettra à une page Web d'utiliser le port série.

Nous avons commencé la configuration de la Raspberry afin qu'elle réponde à nos besoins : connexion série avec l'Arduino, utilisation d'un serveur Websocket. Pour cela, nous avons utilisé ce tutoriel : [1].

Pour pouvoir se connecter à la Raspberry, nous allons utiliser dans un premier de temps la connexion série. Nous avons installé "Raspbian Jessie Lite" sur la Raspberry grâce à une carte sd puis mis à jour cette distribution de Linux. Ensuite, nous avons activé la communication via ssh. La communication série est en effet limitée et elle sera pour notre projet utilisée pour la communication avec l'Arduino.

Partie électronique

Nous avons commencé la partie électronique par la détermination des composants électroniques nécessaires à notre projet. La Matrice RGB est fournie avec un contrôleur qui facilite son utilisation. Nous voulons maintenant connecter l'Arduino, le controleur de la matrice ainsi que les 8 boutons poussoirs. Pour ce faire, nous allons créer un shield (aussi appelé PCB : Printed circuit board) grâce au logiciel Fritzing. Il se placera entre la matrice LED RGB et l'arduino.

Schéma des pins de la matrice

Les 8 boutons poussoirs seront reliés aux pins 2 à 9 de l'Arduino.
Concernant la matrice RGB, on connecte :

• les Grounds
• les VCC
• le CS (Chip Select) de la matrice avec le pin 10 de l'Arduino
• le MOSI (Master Output, Slave Input) de la matrice avec le pin 11 de l'Arduino
• le SCK (Serial Clock) de la matrice avec le pin 13 de l'Arduino

Lors de la réalisation du shield, nous avons fait attention à ne pas avoir de connexions qui se croisent ni d'angles droit. Nous avons réalisé un plan de masse et nous avons essayé de réduire au maximum la taille du shield. Néanmoins nous avons besoin d'une taille conséquente afin de pouvoir souder les boutons en face de chaque colonne de la matrice LED RGB.

Schéma du shield

Routage

Séance 2

Partie informatique

Nous avons finalisé la configuration de la Raspberry. Nous avons, grace à la clé WiFi "WiPi", configuré le point d'accès. La Raspberry crée alors un réseau WiFi visible par tous les appareils. Ensuite, nous avons configuré l'IP des clients WiFi et ajouté un nom à notre réseau, afin de pouvoir s'y connecter par un nom significatif plutôt que par son adresse IP.

La commande de notre puissance 4 se fait via une interface Web. Nous avons donc installé un serveur Web sur la Raspberry Pi avec un système de page dynamique pour exécuter du code sur la Raspberry. Pour que notre page Web puisse communiquer avec l'Arduino grâce au port Série, nous avons également configuré un serveur Websocket.

La Raspberry est désormais fonctionnelle pour notre projet.

Partie électronique

Nous avons finalisé le shield sur Frizting, puis gravé la carte. Suite à cela, nous avons soudé les boutons poussoirs, ainsi que des connexions permettant de connecter l'Arduino et le contrôleur de la matrice LED.

impression de la carte

Nous nous sommes également renséignés sur le fonctionnement de la matrice LED et son mode de communication. La matrice LED utilisera le protocole SPI (Serial Peripheral Interface) pour communiquer avec l'Arduino. Dans un SPI, les circuits communiquent selon un schéma maître-esclaves, où le maître contrôle la communication.

• Le maître génère l'horloge et sélectionne l'esclave avec qui il veut communiquer par l'utilisation du signal CS
• L'esclave répond aux requêtes du maître

À chaque coup d'horloge le maître et l'esclave s'échangent un bit. Après huit coups d'horloges le maître a transmis un octet à l'esclave et vice versa.

Séance 3

Partie électronique

Nous avons terminé les dernières soudures entre la matrice et le shield. La partie électronique est désormais finalisée, nous allons effectuer des tests informatiques pour savoir si toutes nos connexions sont bien réalisées.

Partie informatique

La partie électronique terminée, nous avons cherché à faire fonctionner la matrice LED. Il nous a été difficile de comprendre le fonctionnement de la matrice et de son contrôleur. Nous avons essayé dans le logiciel Arduino d'allumer une led de la matrice mais sans succès.

Nous nous sommes donc résolus à chercher sur internet le fonctionnement de la matrice. Nous avons ainsi recherché des librairies Arduino faisant fonctionner ce type de matrice. Après plusieurs essais infructueux avec différentes librairies, nous avons réaliser à faire fonctionner notre matrice grâce à la librairie de ce tuto : [2]. Dans cette librairie, nous avons du remplacer

#include "WProgram.h"

par

#include "Arduino.h"

Cette librairie étant réalisée dans l'objectif de faire fonctionner plusieurs matrices connectées entre elles à la suite, nous l'avons modifié afin qu'elle soit plus adaptée à nos besoins. Ainsi, cette librairie contient les fonctions de base que nous utiliserons dans notre programme : allumer un pixel de la couleur de notre choix, allumer/éteindre tous les pixels de la matrice, allumer une ligne/une colonne de la matrice...

Séance supplémentaire 1

Partie 3D

Support 3D

Pour rendre notre jeu plus attrayant et faciliter son utilisation nous avons décidé de créer un support pour l'ensemble Arduino-Shield-Matrice RGB. Nous avons utilisé le site internet TinkerCad [3] qui permet de créer des modèles 3D et de les exporter sous format stl. Nous avons enfin imprimé le support au Fabricarium sur l'imprimante Witbox.

Partie informatique

Nous avons commencé notre programme Arduino. Afin de faire fonctionner notre matrice LED, nous avons cherché sur internet une bibliothèque Arduino contenant des fonctions qui seraient utiles pour notre projet. Après de multiples recherches peu fructueuses, nous avons trouvé la bibliothèque "RGBMatrix" sur ce site [4]. Cependant, cette bibliothèque était créée pour faire fonctionner plusieurs Matrices LED les unes à coté des autres. Nous l'avons donc modifié et simplifiée afin de pouvoir l'utiliser dans notre projet.

Bilan

Documents Rendus

Fichier Fritzing : Fichier:Fritzing PCB.zip
Librairie Arduino : Fichier:MyRGBMatrix.zip
Programme Arduino : Fichier:Puissance4 Arduino.zip
Page Web (fichier html et CSS) : Fichier:PageWeb.zip