Roulettuino. Progetto realizzato dagli alunni della V ABACUS d informatica:

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1 Roulettuino Progetto realizzato dagli alunni della V ABACUS d informatica: E i professori: Pietro Angileri Vincenzo Guccione Giovan Battista Patanè Dario Camarrone Samuele Sciacca Carlo Columba Giovanni Battista Giuffrida Daniela Intravaia Documentazione realizzata da: Giovan Battista Patanè

2 Roulettuino Introduzione: Il progetto consiste nel realizzare una roulette elettronica che simuli in tutto e per tutto il funzionamento di una roulette francese a 36 numeri. Si è scelto di utilizzare un sistema basato su Arduino, una piattaforma hardware open source affiancata da un IDE multipiattaforma che utilizza un linguaggio di programmazione derivato direttamente da C. Inoltre si è deciso di fare una elaborazione statistica del risultato dei lanci in tempo reale. Schema generale del sistema: Tasto input ARDUINO PC per la statistica Generazione numeri casuali Bit in uscita Demultiplexer Decoder 36 LED 2

3 Da questo schema derivano 3 problemi: Problema P1 - Evento generato dal tasto di input. Ad ogni pressione del tasto devono avvenire tutti gli eventi che portano alla creazione dell estrazione del numero casuale, che nella roulette corrisponde al lancio della pallina. Abbiamo risolto il problema usando un bottone per creare un interruttore logico che, collegato ad un ingresso digitale di Arduino, crei il segnale digitale che genera l input. Tasto ON 1 Logico INPUT Problema P2 Generazione di un numero casuale da 0 a 36. Una volta premuto il bottone e generato l input, deve essere eseguita una routine per la generazione del numero casuale. La soluzione a questo problema è molto semplice, infatti abbiamo utilizzato una semplice funzione random implementata nel codice (vedi codice ). Lettura INPUT Esecuzione Routine OUTPUT Digitale Problema P3- Una volta generato il numero casuale a 6 bit, dobbiamo portarlo in ingresso ad un demultiplexer/decoder che abbia almeno quaranta uscite, le quali dovranno essere opportunamente collegate su un pannello, o, nel nostro caso, una millefori (vedi schema). 3

4 Utilizzo dei PIN: SPK Bottone OUTPUT 4

5 Schema Circuito: 5

6 Sviluppo software Per la programmazione abbiamo usato due differenti linguaggi di programmazione: Arduino e Processing. L IDE di Arduino è stato usato per la creazione del numero casuale che equivale al lancio della pallina della roulette francese. Inoltre gestisce l accensione dei led (in modo che si accendano uno dopo l altro) e i rispettivi ritardi di ognuno. Processing è stato usato per gestire la parte probabilistica del progetto, ovvero per ricavare e visualizzare tutte le informazioni di un determinato numero. Utilizzo di Processing: Processing è un linguaggio di programmazione basato su Java, che consente di sviluppare diverse applicazioni come giochi, animazioni e contenuti interattivi. Da Java eredita la sintassi, i comandi e il paradigma di programmazione orientata agli oggetti, ma in più mette a disposizione numerose funzioni ad alto livello per gestire facilmente l'aspetto grafico e multimediale. L aspetto che più ci interessa di Processing, è il fatto che con esso si possa interagire con Arduino. Nello specifico Processing è stato utilizzato per calcolare: 1) La frequenza di estrazione dei singoli numeri (visualizzata su un apposita tabella) 2) l elenco degli gli ultimi estratti; 3) Quante volte sono stati estratti i numeri neri, rossi e lo zero verde; 4) Quanti numeri pari e dispari sono usciti; 5) I ritardi di ogni numero; A seguire il codice: import processing.serial.*; Serial myport; // definizione della variabile di tipo Serial float val = -1; // variabile ricevuta dalla porta seriale inizializzata a -1 String []colori = "VERDE","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO"," ROSSO","NERO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROS SO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO ","NERO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO","NERO","ROSSO"; //vettore che contiene i colori dei numeri, il numero estratto sarà l'indice del vettore per ottenere l'abbinamento numero-colore //vettore che contiene i ritardi di un numero int []ritardi = 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; //vettore che contiene il numero di volte in cui un numero è stato estratto 6

7 int []Nestratti = 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; //vettore che contiene l'altezza delle barre di un determinato numero float []altezzanum = 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; //vettore che contiene la posizione y della barra di un determinato numero float []YNum = 240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,2 40,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240,240; //vettore che contiene la posizione x della barra di un determinato numero float []XNum = 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; //vettore che contiene le frequenze di uscita di un numero int ritmagg= 0; int valore = 0; int i=0; //dichiarazione variabili contatori int cont=0; //estrazioni int contn=0; //neri int contr=0; //rossi int contp=0; //pari int contd=0; //dispari int contz=0; //zeri int conte1=0; //estrazioni 0-12 int conte2=0; //estrazioni int conte3=0; //estrazioni // int dim=1000; int[]estratti = new int[dim]; //vettore che contiene i numeri estratti void setup() myport = new Serial(this, "/dev/tty.usbmodem1d1111", 9600); //creazione dell'oggetto myport myport.bufferuntil('\n'); //??? size(960, 540); //creazione area grafica background(255); //colore di sfondo della finestra smooth(); //arrotondamento spigoli //rettangolo 1 strokeweight(0); //dimensione bordi figura (in px) 7

8 fill(0, 105, 59); //colore di sfondo della figura in RGB rect(0, 0, 240, 540); //disegna la figura, rect = rettangolo, (posizione x, posizione y, larghezza, altezza) //rettangolo 2 strokeweight(0); fill(255); //colore di sfondo della figura rect(240, 0, 720, 270); //rettangolo 3 strokeweight(0); fill(0, 105, 59); rect(240, 270, 720, 135); //rettangolo 4 strokeweight(0); fill(148, 0, 0); rect(240, 405, 720, 135); //grafico textsize(8.5); strokeweight(1); line(250, 240, 930, 240); //asse x triangle(930, 240, 928, 238, 928, 242); //vertice asse x line(270, 260, 270, 30); //asse y triangle(270, 30, 268, 32, 272, 32); //vertice asse y fill(0); int numx=0; //variabile valori asse x for(float lineex=287.56; lineex<=920; lineex=lineex+17.56) //for per le linee dell asse x text(""+numx, lineex-15, 260); line(lineex, 240, lineex, 250); numx++; int numy=100; //variabile valori asse y for(float lineey = 40; lineey<=240; lineey=lineey+20) //for per le linee dell asse y text(""+numy, 240, lineey); line(260, lineey, 920, lineey); numy=numy-10; for(float lineey = 50; lineey<=240; lineey=lineey+20) //for per le linee dell asse y line(265, lineey, 920, lineey); float valx=270; for(int k=0; k<=36; k++) 8

9 XNum[k]=valX; valx=valx+17.56; //barre del grafico int colo=0; for(int k=0; k<=36; k++) switch(colo) case 0: fill(0,255,0); break; case 1: case 3: case 5: case 7: case 9: case 12: case 14: case 16: case 18: case 19: case 21: case 23: case 25: case 27: case 30: case 32: case 34: case 36: fill(255,0,0); break; case 2: case 4: case 6: case 8: case 10: case 11: case 13: case 15: case 17: case 20: case 22: case 24: case 26: case 28: case 29: case 31: case 33: case 35: fill(0); break; 9

10 rect(xnum[k], YNum[k], 17.56, altezzanum[k]); colo++; textsize(12.5); //immagini ritardo strokeweight(1); int y=440; int x=263; int spostamento=0; for(int i=0; i<37; i++) fill(220,220,220); //grigio dell'area pulsante ellipse(x,y,30,30); fill(0); if(i<10) text(""+i, x-4, y+4); text(""+i, x-8, y+5); fill(255); text(":"+ritardi[i], x+16, y+5); y=y+31; spostamento++; if(spostamento == 3) spostamento = 0; x=x+55; y=440; //testi fill(255); textsize(18); text("ultimi numeri estratti\n", 25, 15); fill(0); textsize(12.5); text("grafico",550, 11); fill(255); text("numeri estratti: "+cont+"\n\nneri estratti: "+contn+"\n\nrossi estratti: "+contr+"\n\nzeri estratti: "+contz, 273, 285); text("\n\npari estratti: "+contp+"\n\ndispari estratti: "+contd, 503, 285); text("\n\nestratti 1-12: "+conte1+"\n\nestratti 13-24: "+conte2+"\n\nestratti 25-36: "+conte3, 733, 265); text("ritardi",573, 420); fill(0); 10

11 textsize(8); text("numeri", 930, 250); text("estrazioni", 250, 28); void draw() try if ( myport.available() > 0) // controlla se la porta è disponibile val = float(myport.readstringuntil('\n')); // legge il valore e lo conserva in val valore = (int)val; //converte il valore estratto da float ad intero stroke(0,0,0); if(val!= -1) //controllo per non stampare la stringa null, se non si esegue il controllo, all'avvio il primo numero stampato sarebbe "NULL" //rettangolo 1 strokeweight(0); //dimensione bordi figura (in px) fill(0, 105, 59); //colore di sfondo della figura in RGB rect(0, 0, 240, 540); //disegna la figura, rect = rettangolo, (posizione x, posizione y, larghezza, altezza) //rettangolo 2 strokeweight(0); fill(255); //colore di sfondo della figura rect(240, 0, 720, 270); //rettangolo 3 strokeweight(0); fill(0, 105, 59); rect(240, 270, 720, 135); //rettangolo 4 strokeweight(0); fill(148, 0, 0); rect(240, 405, 720, 135); //grafico textsize(8.5); strokeweight(1); line(250, 240, 930, 240); //asse x triangle(930, 240, 928, 238, 928, 242); //vertice asse x 11

12 line(270, 260, 270, 30); //asse y triangle(270, 30, 268, 32, 272, 32); //vertice asse y fill(0); int numx=0; //variabile valori asse x for(float lineex=287.56; lineex<=920; lineex=lineex+17.56) //for per le linee dell asse x text(""+numx, lineex-15, 260); line(lineex, 240, lineex, 250); numx++; int numy=100; //variabile valori asse y for(float lineey = 40; lineey<=240; lineey=lineey+20) //for per le linee dell asse y text(""+numy, 240, lineey); line(260, lineey, 920, lineey); numy=numy-10; for(float lineey = 50; lineey<=240; lineey=lineey+20) //for per le linee dell asse y line(265, lineey, 920, lineey); float valx=270; for(int k=0; k<=36; k++) XNum[k]=valX; valx=valx+17.56; fill(0); estratti[i]=valore; //salva il valore in un vettore cont++; //incrementa il contatore delle estrazioni //aggiornamento grafico Nestratti[valore]=Nestratti[valore]+1; strokeweight(0); for(int agg=0; agg<=36; agg++) 12

13 if(agg == valore) altezzanum[agg]=altezzanum[agg]+2; YNum[agg]=YNum[agg]-2; //barre del grafico int colo=0; for(int k=0; k<=36; k++) switch(colo) case 0: fill(0,255,0); break; case 1: case 3: case 5: case 7: case 9: case 12: case 14: case 16: case 18: case 19: case 21: case 23: case 25: case 27: case 30: case 32: case 34: case 36: fill(255,0,0); break; case 2: case 4: case 6: case 8: case 10: case 11: case 13: case 15: case 17: case 20: case 22: case 24: case 26: case 28: case 29: case 31: 13

14 case 33: case 35: fill(0); break; rect(xnum[k], YNum[k], 17.56, altezzanum[k]); colo++; //incrementa il contatore dei colori if(colori[valore] == "ROSSO") contr++; if(colori[valore] == "NERO") contn++; contz++; //incrementa il contatore dei pari e dei dispari if(valore%2 == 0) contp++; contd++; //incrementa il contatore dei numeri compresi in un intervallo if(valore >=1 && valore<=12) conte1++; if(valore >=13 && valore<=24) conte2++; if(valore >=25 && valore<=36) conte3++; //calcolo ritardi ritmagg = ritardi[0]; for(int e=0; e<=36; e++) if(e!= valore) 14

15 ritardi[e]=ritardi[e]+1; ritardi[e]=0; if(ritmagg<=ritardi[e]) ritmagg=ritardi[e]; //immagini ritardo textsize(12.5); strokeweight(1); int y=440; int x=263; int spostamento=0; for(int i=0; i<37; i++) if(ritardi[i]==ritmagg) fill(255,255,0); ellipse(x,y,30,30); fill(0); fill(220,220,220); ellipse(x,y,30,30); fill(0); if(i<10) text(""+i, x-4, y+4); text(""+i, x-8, y+5); fill(255); text(":"+ritardi[i], x+16, y+5); y=y+31; spostamento++; if(spostamento == 3) spostamento = 0; x=x+55; y=440; 15

16 //testi fill(0); textsize(8); text("numeri", 930, 250); text("estrazioni", 250, 28); fill(255); textsize(18); text("ultimi numeri estratti\n", 25, 15); fill(0); textsize(12.5); text("grafico",550, 11); fill(255); text("numeri estratti: "+cont+"\n\nneri estratti: "+contn+"\n\nrossi estratti: "+contr+"\n\nzeri estratti: "+contz, 273, 285); text("\n\npari estratti: "+contp+"\n\ndispari estratti: "+contd, 503, 285); text("\n\nestratti 1-12: "+conte1+"\n\nestratti 13-24: "+conte2+"\n\nestratti 25-36: "+conte3, 733, 265); text("ritardi",573, 420); int yy=30; for(int d=i; d>=0; d--) if(d==i) fill(255,255,0); rect(78,18,80,13); fill(0); fill(255); text(""+estratti[d]+" "+colori[estratti[d]], 80, yy); yy=yy+14; i++; //incrementa l'indice del vettore dove sono memorizzati i numeri val=-1; //riassegna il valore -1 alla variabile val per evitare che il programma si "alluppi" e salvi infinite volte lo stesso numero catch(exception e) println(""); 16

17 Utilizzo IDE Arduino: Arduino utilizza un linguaggio C leggermente modificato, consente infatti di implementare opportune funzioni per i microcontrollori. Esattamente come il linguaggio C, il codice di Arduino viene compilato, ma invece di convertire il codice sorgente in linguaggio macchina, il codice sorgente viene caricato nella scheda di Arduino e successivamente eseguito. //vettore con i numeri rossi della roulette int Rosso[] = 1,3,5,7,9,12,14,16,18,19,21,23,25,27,30,32,34,36; //vettore con i numeri neri della roulette int Nero[] = 2,4,6,8,10,11,13,15,17,20,22,24,26,28,29,31,33,35; //vettore di tutti i numeri della roulette int Rou[] = 0,32,15,19,4,21,2,25,17,34,6,27,13,36,11,30,8,23,10,5,24,16,33,1,20,14, 31,9,22,18,29,7,28,12,35,3,26; //vettore contente 4 volte il vettore Rou[] (144 elementi) per far fare i primi 4 giri int Giri[] = 0,32,15,19,4,21,2,25,17,34,6,27,13,36,11,30,8,23,10,5,24,16,33,1,20,14, 31,9,22,18,29,7,28,12,35,3,26,0,32,15,19,4,21,2,25,17,34,6,27,13,36,11,3 0,8,23,10,5,24,16,33,1,20,14,31,9,22,18,29,7,28,12,35,3,26,0,32,15,19,4, 21,2,25,17,34,6,27,13,36,11,30,8,23,10,5,24,16,33,1,20,14,31,9,22,18,29, 7,28,12,35,3,26,0,32,15,19,4,21,2,25,17,34,6,27,13,36,11,30,8,23,10,5,24,16,33,1,20,14,31,9,22,18,29,7,28,12,35,3,26; //bottone di input logico al pin 8 #define BUTTON 8 //variabili che servono a gestire l'evento della pressione sul bottone int val = 0; int vecchio_val = 0; int stato = 0; //variabile contenente il numero casuale generato long casuale; //indici dei vettori usati int i,j,f; //vettore contenente il numero casuale in binario a 6 bit int vet[6]; //variabili contenenti i pin di uscita digitali su cui trasmettere i bit int bit0=2; int bit1=3; int bit2=4; int bit3=5; 17

18 int bit4=6; int bit5=7; //variabile contenente il pin dove viene collegato l'altoparlante int speaker=10; //setup dei vari ingressi ed uscite void setup(void) Serial.begin(9600); randomseed(analogread(0)); pinmode(button, INPUT); pinmode(speaker,output); pinmode(bit0, OUTPUT); pinmode(bit1, OUTPUT); pinmode(bit2, OUTPUT); pinmode(bit3, OUTPUT); pinmode(bit4, OUTPUT); pinmode(bit5, OUTPUT); //inizio della funzione che svolge l'intera routine della roulette void loop(void) //indice conservato del numero estratto int z=0; //numero casuale che verrà convertito in binario int b=0; //variabili che servono a gestire il tempo di ritardo del giro della roulette float rit=0; float ritardo=0; //controllo dello stato del bottone val = digitalread(button); if ((val == HIGH) && (vecchio_val == LOW)) stato = 1 - stato; delay(1000); vecchio_val = val; //esecuzione della routine quando il pulsante ha valore 1 logico (start) if (stato == 1) //generazione del numero casuale da 0 a 36 casuale = random(0,36); //ricerca dell'indice del numero casuale al quarto giro 18

19 for(i=109;i<144;i++) if(giri[i] == casuale) //conservo indice dove si trova il numero casuale z=i; break; //assegnazione del ritardo in base all'indice dove si trova il numero estratto rit=200/z; //conversione del numero casuale da decimale in binario, con inserimento dei vari bit nel vettore vet[] for(f=0;f<z+1;f++) b=giri[f]; for(i=0;i<6;i++) vet[i]=0; i=0; while(i<6) if((b%2)==0) vet[6-1-i]=0; vet[6-1-i]=1; b=b/2; ++i; //gestione delle uscite in base al numero binario (bit meno significativo vet[5] *** bit più significativo vet[0]) for(j=0;j<6;j++) if(vet[5]==0) digitalwrite(bit0,low); digitalwrite(bit0,high); if(vet[4]==0) digitalwrite(bit1,low); digitalwrite(bit1,high); if(vet[3]==0) 19

20 digitalwrite(bit2,low); digitalwrite(bit2,high); if(vet[2]==0) digitalwrite(bit3,low); digitalwrite(bit3,high); if(vet[1]==0) digitalwrite(bit4,low); digitalwrite(bit4,high); if(vet[0]==0) digitalwrite(bit5,low); digitalwrite(bit5,high); //gestione del ritardo con ulteriore rallentamento nella fase finale dell'estrazione ritardo+=rit; if(f>73) ritardo+=rit*3; //riproduzione del tono singolo tone(speaker,350,ritardo/6); delay(ritardo); //riproduzione del tono finale (estrazione) tone(speaker,500,500); delay(300); tone(speaker,1100,800); //stampa nel monitor seriale il numero causale Serial.println(casuale); stato=0; //generazione del numero casuale in binario in uscita per farlo rimanere fisso fino alla successiva pressione del bottone b=casuale; for(i=0;i<6;i++) 20

21 vet[i]=0; i=0; while(i<6) if((b%2)==0) vet[6-1-i]=0; vet[6-1-i]=1; b=b/2; ++i; for(j=0;j<6;j++) if(vet[5]==0) digitalwrite(bit0,low); digitalwrite(bit0,high); if(vet[4]==0) digitalwrite(bit1,low); digitalwrite(bit1,high); if(vet[3]==0) digitalwrite(bit2,low); digitalwrite(bit2,high); if(vet[2]==0) digitalwrite(bit3,low); digitalwrite(bit3,high); if(vet[1]==0) digitalwrite(bit4,low); digitalwrite(bit4,high); if(vet[0]==0) digitalwrite(bit5,low); digitalwrite(bit5,high); 21

22 Note sullo sviluppo hardware: Ha riguardato essenzialmente i seguenti blocchi funzionali: Generazione segnale di avvio; Decodifica numero a 6 bit led corrispondente a numero; Pilotaggio dei led. Come si nota dall'immagine del circuito, i led sono collegati in serie alle loro corrispondenti resistenze. Ogni coppia (led - resistenza) ė a loro volta collegata ad un piedino d'uscita del circuito integrato SN74154N. Dato che questo integrato funziona in logica negativa, ad ogni piedino d'uscita viene collegato l'anodo (parte negativa del diodo). I componenti sono collegati tra di loro secondo lo schema di espansione di tre demultiplexer. Componenti: 37 diodi led, 37 resistenze da 220 ohm, Arduino, 3 circuiti integrati SN74154N, 2 breadboard, fili, circuito integrato SN74LS04N. Progetto realizzato dagli alunni della V Informatica Abacus: Pietro Angileri Vincenzo Guccione Giovan Battista Patanè Dario Camarrone Samuele Sciacca E i professori: Carlo Columba Giovan Battista Giuffrida Documentazione realizzata da: Giovan Battista Patanè 22