项目总结报告

一、所选任务介绍

任务名称：

【RP2040游戏机】重力迷宫滚球小游戏

任务要求：

1.使用姿态传感器（IMU）俯仰和横滚控制小球在迷宫中移动，LCD实时显示。  

2.设计至少3关固定迷宫；按键实现开始、暂停、重开与关卡切换。  

3.计时与得分显示在屏幕；蜂鸣器提示碰壁与通关。    

二、项目介绍

这次寒假我参加了硬禾学习平台“电子森林”活动，我选择的项目是“RP2040游戏机”方向下的重力迷宫滚球小游戏。该项目聚焦于嵌入式系统的“输入—处理—输出”完整链路：通过姿态传感器（IMU）采集俯仰/横滚数据作为输入信号，经单片机处理后映射为游戏逻辑中的移动方向，再通过LCD实时显示迷宫、球的位置、计时与关卡信息，并通过蜂鸣器对碰壁、通关等事件做声音反馈。同时任务还要求加入按键交互，实现开始/暂停/重开/切关等功能，至少设计三关固定迷宫。

三、硬件简介

本次项目基于硬禾的RP2040学习平台板卡。平台核心芯片为 RP2040,并搭配屏幕、传感器与多种输入/输出外设。

本项目实际用到的硬件模块主要包括：

1.树莓派Pico核心芯片RP2040：

主要特点及组成为双核Arm Cortex M0+内核，可以运行到133MHz；具有264KB内存；有性能强大、高度灵活的可编程IO可用于高速数字接口；片内温度传感器、并支持外部4路模拟信号输入，内部ADC采样率高达500Ksps、12位精度；支持MicroPython、C、C++编程；

2.相关的板上功能：

(1)240*240分辨率的彩色IPS LCD，SPI接口，控制器为ST7789

(2)四向摇杆+ 2个轻触按键+一个三轴姿态传感器MMA7660用做输入控制

(3)板上外扩2MB Flash，预刷MicroPython的UF2固件

(4)一个红外接收管+一个红外发射管

(5)一个三轴姿态传感器MMA7660

(6)一个蜂鸣器

(7)双排16Pin连接器，有SPI、I2C以及2路模拟信号输入

(8)可以使用MicroPython、C、C++编程

(9)USB Type C连接器用于供电、程序下载

四、方案框图与设计思路

方案框图为：

在设计思路上，我把项目当成一个“小型游戏系统”来做，重点不是把功能堆上去，而是保证交互顺畅：倾斜控制要稳定、按键响应要可靠、屏幕刷新不能闪烁，核心是状态机+数据驱动地图+局部刷新 这几个点。

五、软件说明

1）开发环境与语言选择

本项目采用MicroPython 开发，编程语言选择为python语言。

2）软件流程
 

3）关键代码模块说明

1.状态机设计：STATE_MENU / STATE_PLAYING / STATE_PAUSED三态，按键触发状态切换。

  2.迷宫数据结构：每关一个15×15二维数组，0表示路，1表示墙，3表示出口；起点单独配置，加载关卡时统一重置。这样的数据驱动方式便于扩展更多关卡。

3.坐标映射、滤波与imu逻辑：IMU原始数据先做轴交换与正负方向修正，再做简单一阶低通滤波（ALPHA）。
 

4.屏幕刷新优化：采用“局部擦除上一格+绘制新位置”的方式；HUD也采用缓存对比+时间间隔刷新，避免闪烁。

5.异常保护：IMU初始化与读取都try/except，确保硬件偶发异常时程序仍可运行，最多失去重力控制但不死机。

六、功能展示说明

1.开始界面：黑底标题“Gravity Maze”，提示“Press START”，并说明“倾斜移动红色方块”。

2.关卡界面：

(1)上方为迷宫区域：白色为道路，黑色为墙，绿色为出口，红色为玩家方块
(2)下方HUD：显示计时（MM:SS）、关卡（Lv.x/3）、当前位置坐标
(3)暂停效果：按START暂停后，小球停止响应倾斜输入，HUD时间保持在暂停时刻不再增长；再次按START继续并校正计时。
(4)碰壁反馈：当玩家试图进入墙格，蜂鸣器短促“滴”一声，同时位置不改变。
(5)通关流程：进入出口格后蜂鸣器发出更高音提示，并自动加载下一关；第三关通关后显示“You Win!”并回到菜单等待再次开始。

七、项目中遇到的难题与解决方法

1.IMU数据抖动导致移动不稳定

(1)问题：传感器原始数据波动较明显，轻微晃动也会触发方向变化，小球“乱飘”。

(2)解决：加入一阶低通滤波（ALPHA）对ax/ay平滑；同时引入TILT_THRESHOLD（倾斜阈值），只有超过阈值才移动。这样既稳定又保留灵敏度。

2.移动过快影响可玩性

(1)问题：循环频率高时，小球会连续移动，玩家难以控制，像“滑行失控”。

(2)解决：加入MOVE_COOLDOWN_MS限制连续移动的最短间隔，让移动呈现“格子步进”，更符合迷宫玩法。

3.屏幕刷新闪烁与性能压力

(1)问题：若每次移动都全屏重绘，MicroPython下会明显闪烁且耗时。

(2)解决：采用局部刷新策略：只重绘旧位置的背景格子，再绘制新位置的球；HUD也做缓存比较，只有时间/关卡/坐标变化时才刷新，并设置HUD_UPDATE_MS。体验明显提升。

八、心得体会与收获

说到心得与体会，这次寒假项目我最大的收获是第一次把“多个外设+游戏逻辑+ UI展示”真正做成一个完整作品。以前做嵌入式练习常常是单点式的：点亮屏幕、读一个传感器、按键控制LED……而这次需要把它们串起来，才会发现工程里最关键的是系统性思维：输入如何可靠、处理如何清晰、输出如何高效、体验如何稳定。

在技术层面，我对SPI/I2C/PWM/GPIO的使用更熟练了，也真正理解了“数据采集→滤波→阈值决策→控制输出”的闭环流程。尤其是IMU的处理，让我意识到传感器数据不是“读出来就能用”，必须结合滤波、阈值与节奏控制，否则交互会很糟糕。

这个小游戏的开发也让我对以后的项目设计更有信心，未来如果继续深入，我希望尝试加入更多关卡编辑机制、加入积分规则（碰壁扣分/用时评分）、甚至利用红外或更多外设实现双人互动。总之，这次电子森林项目让我真正体会到“从零到一做出能玩的东西”的成就感，也让我对嵌入式学习的兴趣更强了。