1   硬件介紹

M5StickC PLUS是M5StickC的大屏幕版本。由電子森林“2022 暑期在家一起練”活動(dòng)推出的一個(gè)開發(fā)板。主控采用ESP32-PICO-D4 模組，具備藍(lán)牙4.2 與WIFI功能，小巧的機(jī)身內(nèi)部集成了豐富的硬件資源，如紅外、RTC、麥克風(fēng)、LED、IMU、按鍵、蜂鳴器、PMU等，在保留原有M5StickC 功能的基礎(chǔ)上加入了無(wú)源蜂鳴器，同時(shí)屏幕尺寸升級(jí)到1.14 寸、135*240 分辨率的TFT 屏幕，相較之前的0.96 寸屏幕增加18.7% 的顯示面積，電池容量達(dá)到120 mAh，接口同樣支持HAT 與Unit 系列產(chǎn)品。開發(fā)平臺(tái)支持UIFlow，MicroPython，Arduino。

2   設(shè)計(jì)思路

思路來(lái)源于一個(gè)彈珠迷宮的游戲。小時(shí)候上學(xué)，同桌拿來(lái)的尺子上帶著這樣的游戲。就是一個(gè)小鐵彈珠，尺子中間是鏤空的，通過(guò)控制尺子的角度移動(dòng)彈珠通過(guò)迷宮。到現(xiàn)在當(dāng)時(shí)老師課上講的什么，全忘了，這個(gè)游戲還歷歷在目。M5StickC PLUS 中集成了IMU，正好可以用了檢測(cè)水平角度，通過(guò)重力控制小球通過(guò)迷宮。編程環(huán)境就選用Arduino。

3   設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

既然是個(gè)迷宮游戲，就要先有個(gè)迷宮。大概了解了一下，生成迷宮的算法主要有三種思路，其中最小生成樹算法又可以分為選點(diǎn)法（prim）和選邊法（kruskal）：隨機(jī)深度優(yōu)先算法。遞歸分割算法（TODO）。隨機(jī)prim 最小生成樹算法。*kruskal 最小生成樹算法（使用并查集實(shí)現(xiàn)）。生成的迷宮需要在屏幕上顯示，M5StickC PLUS 屏幕135*240 像素的。我這里使用15*15 的矩形塊作為迷宮的通道和障礙物。則迷宮的規(guī)模就是15*27。使用隨機(jī)深度優(yōu)先算法來(lái)生成迷宮。深度優(yōu)先算法過(guò)程核心是隨機(jī)選擇遍歷上下左右四個(gè)方向的順序，然后開始搜索。將整個(gè)迷宮看做一個(gè)【15*27】的矩陣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用一位來(lái)存儲(chǔ)，每一行就使用兩個(gè)byte 來(lái)存儲(chǔ)。迷宮就使用一個(gè)無(wú)符號(hào)整型的數(shù)組來(lái)表示，長(zhǎng)度為27。先使用python 來(lái)生成一個(gè)迷宮。

初始化各個(gè)組件：這里需要用到屏幕——用了展示、IMU ——用來(lái)感知開發(fā)板與地面的夾角、串口——用來(lái)調(diào)試程序。M5StickC Plus 提供了詳細(xì)的說(shuō)明文檔，還提供了Arduino 相關(guān)的例程。參考著例程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。

初始化后，立即繪制迷宮圖案，整個(gè)迷宮僅僅需要繪制障礙物部分，在游戲過(guò)程中，障礙物時(shí)不會(huì)被覆蓋，所以只需要繪制一次即可。小球要求能夠在通道中順滑地滾動(dòng)，這里使用一個(gè)4 像素的圓的圖案作為移動(dòng)的小球。

這個(gè)游戲的輸入為重力。通過(guò)手控制M5StickC Plus開發(fā)板的水平角度，來(lái)控制小球移動(dòng)。小球可以在水平方向上移動(dòng)，移動(dòng)方向就有2 個(gè)x、y。所以只需要讀取IMU 的accX 和accY 的值即可。

M5StickC Plus 中IMU 使用的是MPU6886。accX和accY 讀取到的值就是重力在水平面上的分量。通過(guò)三角函數(shù)可以計(jì)算出開發(fā)板當(dāng)前的傾斜角度。這里為了簡(jiǎn)化模型，直接使用讀取到的accX 和accY 放大到整數(shù)，作為控制小球移動(dòng)的力量。將移動(dòng)小球的速度控制在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)，對(duì)x、y 方向的力的大小由accX和accY 的值做范圍限制，限制在【?3 ，3】之間。當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度較小時(shí)（為0 時(shí)），循環(huán)讀取IMU 的數(shù)據(jù)，對(duì)屏幕不做處理。

當(dāng)感知到M5StickC Plus 水平面有偏轉(zhuǎn)了，即需要小球移動(dòng)時(shí)，首先檢查是否在終點(diǎn)，在終點(diǎn)則游戲結(jié)束。不在終點(diǎn)就分別檢查X，Y 兩個(gè)方向上是否可以移動(dòng)。優(yōu)先X 方向。若兩個(gè)方向均可移動(dòng)，先在X 方向移動(dòng)1 格，再在Y 方向移動(dòng)一格。若只是單方向可以移動(dòng)，則僅僅處理單方向的移動(dòng)。小球每次移動(dòng)1 個(gè)格子，在屏幕上的新位置繪制小球，然后在原來(lái)的位置使用背景色繪制一遍小球，就實(shí)現(xiàn)了小球移動(dòng)動(dòng)畫的繪制。這樣每次就只需要重新繪制小球所在新舊位置的圓即可，大大提升了繪制的速度，使得界面流暢。不同的移動(dòng)力量對(duì)應(yīng)著小球最大能移動(dòng)的步數(shù)。最大力量對(duì)應(yīng)著最多能移動(dòng)3 格。

游戲開局，小球在左上方的入口，通過(guò)控制M5StickCPlus的水平角度，慢慢滴讓小球移動(dòng)到右下角的出口。實(shí)現(xiàn)了小時(shí)游戲的感覺(jué)。

4   成果展示

（本文來(lái)源于《EEPW》202508）