#第十届立创电赛#三子棋游戏 - 立创电子设计大赛

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第十届立创电子设计开源大赛

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<div> 注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 请输入内容… 在当今科技飞速发展的时代，人机交互技术已经深度融入到本小组们生活的方方面面，尤其在娱乐和教育领域，其展现出的潜力更是令人瞩目。随着人工智能、机器人技术和自动化控制技术的不断进步，人们对于交互式娱乐的需求也日益增长。设计一款自动化三子棋游戏装置，正是基于这样的时代背景和需求趋势。 一方面，传统三子棋游戏虽然规则简单，但却蕴含着丰富的策略性和趣味性，是一种老少皆宜的智力游戏。然而，传统的三子棋游戏通常仅限于人与人之间的对弈，其局限性在于玩家需要找到合适的对手，并且游戏的趣味性和挑战性在一定程度上受到对手棋艺水平的限制。另一方面，随着科技的不断发展，人们对于娱乐方式的智能化和个性化需求越来越高，传统娱乐形式已经无法完全满足人们的需求。因此，将人工智能技术引入到三子棋游戏中，设计一款能够与人类玩家进行对弈的自动化装置，不仅能够满足人们对智能娱乐的需求，还能为人们提供一种全新的、充满趣味和挑战的娱乐方式。 同时，这款自动化三子棋游戏装置在教育领域也具有重要的价值。在当今的教育体系中，跨学科知识的融合以及实践能力的培养逐渐成为教育的重点。机械工程、电子技术和计算机科学作为现代科技的三大支柱，相互之间存在着紧密的联系和相互依赖的关系。通过设计和制作自动化三子棋游戏装置，学习者可以在实践中深入理解机械控制系统的搭建与优化，掌握电子电路的设计与调试技能，以及学习算法的设计与实现方法。在这个过程中，学习者需要将这些不同领域的知识有机地结合起来，解决实际问题，从而培养他们的综合实践能力和创新思维能力。此外，自动化三子棋游戏装置还可以作为教学工具，用于讲解人工智能算法、机械运动学和电子控制原理等专业知识，帮助学生更好地理解和掌握这些抽象的理论知识，提高他们的学习兴趣和学习效果。 三子棋作为一种经典的棋类游戏，以其规则的简洁性、策略的多样性以及对弈的趣味性，成为了一个理想的测试平台。它不仅能够考验玩家的逻辑思维能力、空间想象力和策略规划能力，还能够为人工智能算法的实现提供一个相对简单但又具有挑战性的应用场景。在三子棋游戏中，玩家需要通过有限的棋子和棋盘布局，运用策略和技巧，争取在有限的步数内取得胜利。这种游戏规则的设定，使得三子棋游戏在策略性和趣味性之间达到了一个很好的平衡，既不会过于复杂而让人望而却步，也不会过于简单而缺乏挑战性。因此，将三子棋游戏与自动化技术相结合，开发一款能够与人类玩家进行对弈的自动化装置，不仅能够满足人们对新型娱乐方式的需求，还能够为教育领域提供一个具有实践价值的项目，同时也有助于推动人工智能技术在游戏领域的应用和发展。 注：主题不限，可以是解决生活/工作中的某个问题、为某个人群/场景设计的方案、毕业设计/课程设计/DIY项目/纯属炫酷项目等。主要讲一下自己通过什么手段解决了什么问题。 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 请输入内容… 是首次公开，是原创，无获奖与答辩 注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> 请输入内容… <h2 style="line-height:1.8;">GPL3.0开源协议</h2> 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height:1.8;"> <li style="line-height:1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li style="line-height:1.8;">2、若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能； </li> <li style="line-height:1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li style="line-height:1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> 请输入内容… <h2>二、方案论证</h2> 本系统主要由总控制模块、舵机控制模块、电机控制模块、摄像头模块组成。 2.1 控制系统的论证与选择方案一 采用 32 位的 STM32—F103ZET6 单片机，STM32 基于先进的 cortex-M3 内核， 片内外设资源丰富，时钟频率高达 72MHZ,拥有 114 个独立可配置的 I/O 口，能够方便的外接挂载多个传感器，所有中断均可作为外部中断的输入。 方案二 采用 arduino mega2560 单片机，arduino mega2560 单片机配备 atmega2560微控制器，具备 8kb ram 和 256kb 闪存，提供丰富的数字和模拟 i/o 引脚适合处理复杂任务。该平台具有良好的扩展性，支持广泛硬件生态和社区资源，便于升级和功能拓展。在预算控制下，mega2560 成本效益高，既经济又满足设计需求。 arduino 的成熟 ide 和丰富库资源简化编程，加速开发。系统稳定性和可靠性是关键，mega2560 作为成熟平台，其性能已广泛验证，确保了用户体验。 方案三 以树莓派4B作为上位机，立创天空星作为下位机，树莓派4b具备1.5Ghz运行的64位四核处理器，最高支持以60fps 速度刷新的4K分辨率的双显示屏，高达4GB RAM，2.4/5.0 Ghz 双频无线LAN，蓝牙5.0/BLE，千兆以太网，USB3.0，和PoE功能。该平台具有良好的扩展性，支持广泛硬件生态和社区资源，便于升级和功能拓展。利用python语言编程，通过丰富的库函数，能够高效地完成图像处理、对弈算法计算等等功能需求。 基于以上考虑，方案三作为主控芯片的选择是合理的。它提供了足够的资源来处理复杂的对弈逻辑，驱动机械臂，管理传感器，并与用户界面交互，同时保持了成本效益和技术可行性。 2.2 摄像头模块的论证与选择方案一 k210 模块是一款具备 ai 功能的摄像头模块，能够独立完成图像处理和物体识别，无需外接处理器。它的高度集成化设计减少了对外部组件的依赖，同时其低功耗特性使之适合便携式设备。然而，k210 的摄像头分辨率可能无法提供极高清晰度的图像，且成本相对较高，社区支持也不如其他一些流行模块。 方案二 openmv 是一个专为机器视觉设计的开发平台，以其易于使用的 ide、丰富的图像处理库和活跃的社区支持而著称，非常适合快速开发。尽管它拥有强大的图像处理能力，但性能可能不及专用 ai 模块，且成本相对较高。对于高级应用， openmv 可能需要额外的硬件支持以扩展其功能。 方案三 USB-CAM，是一个消费级视觉摄像头，其虽没有对于图像处理的能力，但是可以简单高效的将图像数据传回给主控模块，且其具有较高的分辨率，对于我们选择的主控系统来说，这种原始的高分辨率图像数据对于图像处理来说，能够提高识别的准确性和可靠性。 游戏装置的准确性和可靠性至关重要。因此，最终选择方案三，即USB-CAM模块，作为三子棋游戏装置的视觉系统。 2.3 识别方法的论证与选择 2.4 方案一 测距结合视觉技术，这种方案通过激光或红外传感器提供的测距数据来确定棋子的三维位置，从而增强系统对棋盘倾斜或旋转的适应性。这种数据的结合显著提高了识别的准确性和鲁棒性，尤其是在光照条件变化或棋盘位置变动的情况下，确保了识别过程的稳定性和可靠性。 方案二 纯视觉识别技术，它主要依赖摄像头来捕捉图像，并运用边缘检测、霍夫变换等图像处理算法来识别棋盘和棋子的位置及颜色。这种方案的成本相对较低，实现起来也较为简单，因此能够快速部署。同时在识别过程中，确保了识别过程的稳定性和可靠性。 综上所述，我们选择了方案二，即视觉和测距检测技术的结合，来实现棋子与棋盘的识别。这一选择使我们的设计能够提供一个准确、可靠且具有良好用户体验的三子棋游戏装置。 注：请前往<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件，文件完成后，相关文稿将自动生成至项目详情；这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> 请输入内容… 软件及算法设计是三子棋游戏装置的核心，分为控制和对弈逻辑两部分。运动控制通过逆运动学、轨迹规划实现精确、快速和稳定地放置棋子。对弈逻辑则通过Minimax 算法实现游戏规则和智能对弈。 整个设计旨在实现高效、稳定且用户友好的三子棋游戏装置。控制算法通过逆运动学计算目标位置对应的关节角度，轨迹规划设计最优路径。对弈逻辑算法我们选择了结合深度优先搜索策略的最小最大化算法。该算法的核心在于评估和选择，通过递归地评估所有可能的走法，来确定最佳行动方案。 技术实现中，PC作为主控单元运行控制算法，系统集成后进行测试与优化，确保各个模块协同工作，系统运行稳定。 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> 请输入内容… <table style="border-collapse:collapse;width:1200.03pt;" width="1600"> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;width:120pt;" width="160" height="18">No.</td> <td style="width:120pt;" width="160">Quantity</td> <td style="width:120pt;" width="160">Comment</td> <td style="width:120pt;" width="160">Designator</td> <td style="width:120pt;" width="160">Footprint</td> <td style="width:120pt;" width="160">Value</td> <td style="width:120pt;" width="160">Manufacturer Part</td> <td style="width:120pt;" width="160">Manufacturer</td> <td style="width:120pt;" width="160">Supplier Part</td> <td style="width:120pt;" width="160">Supplier</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">1</td> <td align="right">1</td> <td>PZ254V-11-03P</td> <td>BUZZER</td> <td>HDR-TH_3P-P2.54-V-M</td> <td> </td> <td>PZ254V-11-03P</td> <td>XFCN(兴飞)</td> <td>C2937625</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">2</td> <td align="right">1</td> <td>MOTO1</td> <td>CN1</td> <td>footprint_6308</td> <td> </td> <td>X8821WR-06S-N0SN</td> <td>XKB Enterprise</td> <td>C388743</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">3</td> <td align="right">1</td> <td>MOTO2</td> <td>CN2</td> <td>footprint_6308</td> <td> </td> <td>X8821WR-06S-N0SN</td> <td>XKB Enterprise</td> <td>C388743</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">4</td> <td align="right">1</td> <td>DC005</td> <td>DC1</td> <td>DC-IN-TH_DC005</td> <td> </td> <td>DC005</td> <td>SHOU HAN(首韩)</td> <td>C431533</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">5</td> <td align="right">1</td> <td>Bluetooth</td> <td>H11</td> <td>footprint_3cc9</td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td>C40877</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">6</td> <td align="right">4</td> <td>2x6P</td> <td>H14,H16,H17,H18</td> <td>HDR-TH_12P-P2.54-V-F-R2-C6-S2.54</td> <td> </td> <td>PM254-2-06-Z-8.5</td> <td> </td> <td>C2897407</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">7</td> <td align="right">12</td> <td>2.54-1*6P母</td> <td>H29,H30,H31,H32,H33,H34,H35,H36,H37,H38,H39,H40</td> <td>HDR-TH_6P-P2.54-V-F</td> <td> </td> <td>2.54-1*6P母</td> <td>BOOMELE(博穆精密)</td> <td>C40877</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">8</td> <td align="right">4</td> <td>轻触开关,6*6*6.5塑头,260G,行程0.25mm,直插</td> <td>KEY1,KEY2,KEY3,KEY4</td> <td>KEY-TH_4P-L6.0-W6.0-P4.50-LS7.5</td> <td> </td> <td>轻触开关,6*6*6.5塑头,260G,行程0.25mm,直插</td> <td> </td> <td>C71841</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">9</td> <td align="right">3</td> <td>TLDR5400</td> <td>LED1,LED2,LED3</td> <td>LED-TH_BD5.8-P2.54-FD_RED</td> <td> </td> <td>TLDR5400</td> <td>VISHAY(威世)</td> <td>C6332993</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">10</td> <td align="right">1</td> <td>MPU6050 有孔(锁定丝印)</td> <td>MPU1</td> <td>footprint_5055</td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">11</td> <td align="right">7</td> <td>1kΩ</td> <td>R6,R7,R8,R15,R16,R17,R18</td> <td>RES-TH_BD2.3-L6.5-P10.50-D0.5</td> <td>1kΩ</td> <td>RN1/2WS1KΩFT/BA1</td> <td>Tyohm(幸亚电阻)</td> <td>C385463</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">12</td> <td align="right">6</td> <td>M3螺丝</td> <td>SCREW1,SCREW2,SCREW3,SCREW4,SCREW5,SCREW6</td> <td>M3螺丝</td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">13</td> <td align="right">1</td> <td>HX KCD11-2P-R</td> <td>SW2</td> <td>SW-TH_2P-L15.0-W10.5-P5.00_KCD11-2P-R</td> <td> </td> <td>HX KCD11-2P-R</td> <td>hanxia(韩下)</td> <td>C6917318</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">14</td> <td align="right">1</td> <td>TB6612FNG-原件</td> <td>U1</td> <td>footprint_eb09</td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">15</td> <td align="right">3</td> <td>MP1584</td> <td>U5,U6,U7</td> <td>MP1584</td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">16</td> <td align="right">1</td> <td>LCKFB-TMX-MSPM0G3507</td> <td>U10</td> <td>COMM-TH_LCKFB-TMX-MSPM0G3507</td> <td> </td> <td>LCKFB-TMX-MSPM0G3507</td> <td>立创开发板</td> <td>C42378531</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">17</td> <td align="right">3</td> <td>2.54-2*20</td> <td>U11,U13,U23</td> <td>HDR-TH_40P-P2.54-V-F-R2-C20-S2.54</td> <td> </td> <td>2.54-2*20</td> <td>ZHOURI(洲日)</td> <td>C2977589</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">18</td> <td align="right">1</td> <td>HS96L03W2C03</td> <td>U15</td> <td>OLED-TH_L27.8-W27.2-P2.54_C9900033791</td> <td> </td> <td>HS96L03W2C03</td> <td>HS(汉昇)</td> <td>C5248080</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">19</td> <td align="right">1</td> <td>2.4GHz</td> <td>U24</td> <td>WIFIM-TH_8P-L24.7-W14.4-P2.54</td> <td>2.4GHz</td> <td>ESP-01S</td> <td>Ai-Thinker(安信可)</td> <td>C503582</td> <td>LCSC</td> </tr> <tr style="height:13.5pt;"> <td style="height:13.5pt;" height="18">20</td> <td align="right">1</td> <td>ICM42688P</td> <td>U26</td> <td>LGA-14_L3.0-W2.5-P0.50-TL</td> <td> </td> <td>ICM42688P</td> <td> </td> <td>C20619370</td> <td>LCSC</td> </tr> </table> 注：项目涉及的BOM清单。在<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/fFouuskJ76ht95HKmFEY3eVjZxSVNeFqrOfxVd8s.png" alt="fFouuskJ76ht95HKmFEY3eVjZxSVNeFqrOfxVd8s.png"> 请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://image.lceda.cn/easyedaResource/images/d1bbfd69f9404f56901a0e7b849b7245.rar" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 <a href="/posts/42551e8f2f2548cabc1c36626a42da94" target="_blank">前往查看更多详情＞</a> </div>