用於Raspberry Pi的Sense HAT擴展板 — 操縱桿

Deviceplus 編輯團隊

Published by Deviceplus 編輯團隊 at 2020.01.21

操縱桿的輸入值

操縱桿 – Raspberry Pi 學習資源

Sense HAT操縱桿映射到四個鍵盤游標鍵，操縱桿中鍵按一下映射為Return（返回）鍵。這意味著行動操縱桿與按下對應鍵的效果完全相同。請記住，下向是指HDMI埠朝下的方向。

操縱桿的方向如下圖所示。HDMI埠朝下。

圖 1

除了四個方向（即向上、向下、向左和向右）之外，您還可以直接向下按下操縱桿，因此可以說總共有5個按鍵。

好了，我們啟動IDEL，然後運行第一個範例代碼。

/home/pi/nas/keyboad_mapping.py

import pygame
 
from pygame.locals import *
from sense_hat import SenseHat
 
pygame.init()
pygame.display.set_mode((640, 480))
sense = SenseHat()
sense.clear()
 
running = True
 
while running:
    for event in pygame.event.get():
        print(event)
        if event.type == QUIT:
            running = False
            print("BYE")

import pygame

from pygame.locals import *

from sense_hat import SenseHat

pygame.init()

pygame.display.set_mode((640, 480))

sense = SenseHat()

sense.clear()

running = True

while running:

for event in pygame.event.get():

print(event)

if event.type == QUIT:

running = False

print("BYE")

圖 2

代碼執行時，系統會啟動一個名為“pygame window”的黑屏。這是我們程式6-7行調用的 pygame 程式館窗口。

Pygame – 維琪百科

Pygame 是一個由多個Python模組組成的跨平臺套件，專為視訊遊戲編寫而設計。它包括電腦佈局程式館和聲音程式館，旨在與Python程式設計語言一起使用。

pygame.event

事件 – Pygame

這會獲取所有消息並將其從佇列中刪除。如果給定類型或類型序列，那麼系統只會從佇列中刪除這些類型的消息。

程式第14行中的“pygame.event.get()”會檢查該事件，第15行負責列印事件內容。

如果將滑鼠移到“pygame視窗”上或按鍵盤上的鍵，“事件”內容將顯示在控制台螢幕上。這同樣可以檢測來自Sense HAT操縱桿的輸入事件。

圖 3

我按照順時針方向進行操作，並且在操縱桿和鍵盤之間交替操作（比如操縱桿-向上、鍵盤-向上、操縱桿-向右、鍵盤-向右等）。您可以看到兩種輸入方法顯示相同的事件內容（圖 3）。

操縱桿不僅可以向4個方向傾斜，還可以豎直按下，就像鍵盤上的“Enter”鍵一樣。

此外，每個輸入操作都會生成兩種類型的事件“KYEDOWN”和“KEYUP”。很簡單，按下操縱桿一段時間，您就會理解事件發生的時序。

在 keyboad_mapping.py 中，pygame自身視窗無法斷路，因為根據程式設計，該視窗要顯示“BYE”並在視窗斷路時終止處理（第16到18行）。如果要退出，斷路IDLE控制台螢幕即可。

操縱桿和LED顯示器

現在我們連接LED矩陣顯示器，以顯示操縱桿的動作！

圖 4

我們將編寫一個程式，使得操縱桿行動時只點亮特定的矩陣。

具體過程大致分為兩部分：

斷路點亮的 LED
點亮目標 LED

如果同時執行這兩個過程，那麼就可以根據操縱桿的行動將光線掠過LED矩陣。

要單獨控制LED，請參閱用於Raspberry Pi的Sense HAT擴展板 — 操作LED顯示幕介紹的“set_pixel”功能。

Set_pixel

將指定XY座標處的單個LED矩陣像素設定為指定的顏色。

第一個參數是X座標（0-7），第二個參數是Y座標（0-7），而第三個參數可以指定顏色。您可以使用以下代碼打開/斷路矩陣：

#Lights up (white)
sense.set_pixel(0, 0, 255, 255, 255)
#Lights off (black)
sense.set_pixel(0, 0, 0, 0, 0)

#Lights up (white)

sense.set_pixel(0, 0, 255, 255, 255)

#Lights off (black)

sense.set_pixel(0, 0, 0, 0, 0)

圖 5 / ©Raspberry Pi

LED顯示幕的座標起始於左上角——此處的座標為0，如圖5所示。操縱桿的動作以及X座標和Y座標的變化如下圖所示。

操縱桿動作	座標變化
向上	y-1
向下	y+1
向左	x-1
向右	x+1

座標值必須分別設定在0和7之間。如果設定了無效座標，那麼會出現以下錯誤。

ValueError: Y position must be between 0 and 7

以下範例代碼解決了這個錯誤，因此可以避免該錯誤。

import pygame
 
from pygame.locals import *
from sense_hat import SenseHat
 
pygame.init()
pygame.display.set_mode((640, 480))
 
sense = SenseHat()
sense.clear()
 
running = True
 
x = 0
y = 0
sense.set_pixel(x, y, 255, 255, 255)
 
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == KEYDOWN:
            sense.set_pixel(x, y, 0, 0, 0)  # Black 0,0,0 means OFF
 
            if event.key == K_DOWN and y < 7:
                y = y + 1
            elif event.key == K_UP and y > 0:
                y = y - 1
            elif event.key == K_RIGHT and x < 7:
                x = x + 1
            elif event.key == K_LEFT and x > 0:
                x = x - 1
 
        sense.set_pixel(x, y, 255, 255, 255)
        if event.type == QUIT:
            running = False
            print("BYE")

import pygame

from pygame.locals import *

from sense_hat import SenseHat

pygame.init()

pygame.display.set_mode((640, 480))

sense = SenseHat()

sense.clear()

running = True

x = 0

y = 0

sense.set_pixel(x, y, 255, 255, 255)

while running:

for event in pygame.event.get():

if event.type == KEYDOWN:

sense.set_pixel(x, y, 0, 0, 0) # Black 0,0,0 means OFF

if event.key == K_DOWN and y < 7:

y = y + 1

elif event.key == K_UP and y > 0:

y = y - 1

elif event.key == K_RIGHT and x < 7:

x = x + 1

elif event.key == K_LEFT and x > 0:

x = x - 1

sense.set_pixel(x, y, 255, 255, 255)

if event.type == QUIT:

running = False

print("BYE")

第16行是初始過程。首先點亮左上方的LED（X座標0，Y座標0）。

當發生輸入時，程式首先斷路當前位置的LED，如第21行所示。然後程式會決定座標是否處於有效範圍內（從0到7），第32行負責點亮目標LED（第23到30行）。如果設定了無效值（比如，嘗試從矩陣右端進一步向右行動），看起來沒有行動，其實系統只是斷路並打開相同的LED。

我們來製作一個遊戲！

Sense HAT Pong | Raspberry Pi 學習資源

工作表 – Sense HAT Pong | Raspberry Pi 學習資源

Pong 是一款老式的復古遊戲。在該遊戲中，玩家用一個球拍/條塊桿擊打行動的球。

遊戲可以使用傳統的鍵盤操作，但我想自訂一個程式，以便可以用操縱桿玩遊戲。

我們首先啟動遊戲，然後再進行客製化。完成的來源程式請參見第8章末尾。

/home/pi/nas/pong.py

from time import sleep
from sense_hat import SenseHat
import curses
import threading
 
sense = SenseHat()
sense.clear(0,0,0)
 
screen = curses.initscr()
screen.keypad(True)
curses.cbreak()
curses.noecho()
 
y = 4
ball_position=[6,3]
ball_speed=[-1,-1]
 
def drawbat():
    sense.set_pixel(0,y,255,255,255)
    sense.set_pixel(0,y+1,255,255,255)
    sense.set_pixel(0,y-1,255,255,255)
 
def moveball():
    global game_over
    while True:
        sleep(0.15)
 
        sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,0)
 
        ball_position[0] += ball_speed[0]
        ball_position[1] += ball_speed[1]
 
        if ball_position[1] == 0 or ball_position[1] == 7:
            ball_speed[1] = -ball_speed[1]
        if ball_position[0] == 7:
            ball_speed[0] = -ball_speed[0]
        if ball_position[0] == 1 and y-1 <= ball_position[1] <= y+1:
            ball_speed[0] = -ball_speed[0]
        if ball_position[0] == 0:
            break
 
        sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,255)
 
    game_over = True
 
game_over = False
 
thread = threading.Thread(target=moveball)
thread.start()
 
while not game_over:
    drawbat()
 
    key = screen.getch()	
    sense.clear()
    if key == curses.KEY_UP:
        if y > 1:
            y -= 1
 
    if key == curses.KEY_DOWN:
        if y < 6:
            y += 1
 
sense.show_message("You Lose", text_colour=(255,0,0))
 
screen.keypad(0)
curses.nocbreak()
curses.echo()
curses.endwin()

from time import sleep

from sense_hat import SenseHat

import curses

import threading

sense = SenseHat()

sense.clear(0,0,0)

screen = curses.initscr()

screen.keypad(True)

curses.cbreak()

curses.noecho()

y = 4

ball_position=[6,3]

ball_speed=[-1,-1]

def drawbat():

sense.set_pixel(0,y,255,255,255)

sense.set_pixel(0,y+1,255,255,255)

sense.set_pixel(0,y-1,255,255,255)

def moveball():

global game_over

while True:

sleep(0.15)

sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,0)

ball_position[0] += ball_speed[0]

ball_position[1] += ball_speed[1]

if ball_position[1] == 0 or ball_position[1] == 7:

ball_speed[1] = -ball_speed[1]

if ball_position[0] == 7:

ball_speed[0] = -ball_speed[0]

if ball_position[0] == 1 and y-1 <= ball_position[1] <= y+1:

ball_speed[0] = -ball_speed[0]

if ball_position[0] == 0:

break

sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,255)

game_over = True

game_over = False

thread = threading.Thread(target=moveball)

thread.start()

while not game_over:

drawbat()

key = screen.getch()

sense.clear()

if key == curses.KEY_UP:

if y > 1:

y -= 1

if key == curses.KEY_DOWN:

if y < 6:

y += 1

sense.show_message("You Lose", text_colour=(255,0,0))

screen.keypad(0)

curses.nocbreak()

curses.echo()

curses.endwin()

第3行導入的“Curses”負責檢測鍵盤輸入。由於curses似乎不能與IDEL一起使用，所以我們從命令列運行它。

運行命令

python3 /home/pi/nas/pong.py

使用鍵盤的向上和向下鍵行動左側的白光條塊以擊中藍色球。如果沒有將球反彈回去，矩陣會顯示“You Lose”（你輸了），遊戲就會結束。現在，球以0.15秒的間隔行動（第26行），速度非常快，遊戲異常困難！

我們來調整一下這個程式，以便可以使用操縱桿進行操作。

/home/pi/nas/pong_joy.py

from time import sleep
from sense_hat import SenseHat
import pygame
from pygame.locals import *
import threading
 
sense = SenseHat()
sense.clear(0,0,0)
 
pygame.init()
pygame.display.set_mode((320, 240))
y = 4
ball_position=[6,3]
ball_speed=[-1,-1]
 
def drawbat():
    sense.set_pixel(0,y,255,255,255)
    sense.set_pixel(0,y+1,255,255,255)
    sense.set_pixel(0,y-1,255,255,255)
 
def moveball():
    global game_over
    while True:
        sleep(0.5)
 
        sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,0)
 
        ball_position[0] += ball_speed[0]
        ball_position[1] += ball_speed[1]
 
        if ball_position[1] == 0 or ball_position[1] == 7:
            ball_speed[1] = -ball_speed[1]
        if ball_position[0] == 7:
            ball_speed[0] = -ball_speed[0]
        if ball_position[0] == 1 and y-1 <= ball_position[1] <= y+1:
            ball_speed[0] = -ball_speed[0]
        if ball_position[0] == 0:
            break
 
        sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,255)
 
    game_over = True
 
game_over = False
 
thread = threading.Thread(target=moveball)
thread.start()
 
while not game_over:
    drawbat()
 
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == KEYDOWN:
            if event.key == K_UP and y > 1:
                sense.set_pixel(0,y+1,0,0,0)
                y -= 1
            if event.key == K_DOWN and y < 6:
                sense.set_pixel(0,y-1,0,0,0)
                y += 1
 
sense.show_message("You Lose", text_colour=(255,0,0))

from time import sleep

from sense_hat import SenseHat

import pygame

from pygame.locals import *

import threading

sense = SenseHat()

sense.clear(0,0,0)

pygame.init()

pygame.display.set_mode((320, 240))

y = 4

ball_position=[6,3]

ball_speed=[-1,-1]

def drawbat():

sense.set_pixel(0,y,255,255,255)

sense.set_pixel(0,y+1,255,255,255)

sense.set_pixel(0,y-1,255,255,255)

def moveball():

global game_over

while True:

sleep(0.5)

sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,0)

ball_position[0] += ball_speed[0]

ball_position[1] += ball_speed[1]

if ball_position[1] == 0 or ball_position[1] == 7:

ball_speed[1] = -ball_speed[1]

if ball_position[0] == 7:

ball_speed[0] = -ball_speed[0]

if ball_position[0] == 1 and y-1 <= ball_position[1] <= y+1:

ball_speed[0] = -ball_speed[0]

if ball_position[0] == 0:

break

sense.set_pixel(ball_position[0],ball_position[1],0,0,255)

game_over = True

game_over = False

thread = threading.Thread(target=moveball)

thread.start()

while not game_over:

drawbat()

for event in pygame.event.get():

if event.type == KEYDOWN:

if event.key == K_UP and y > 1:

sense.set_pixel(0,y+1,0,0,0)

y -= 1

if event.key == K_DOWN and y < 6:

sense.set_pixel(0,y-1,0,0,0)

y += 1

sense.show_message("You Lose", text_colour=(255,0,0))

運行命令

python3 /home/pi/nas/pong_joy.py

由於pygame與SSH連接或遠端桌面連接不相容，所以我們直接從命令列運行pygame。

我用pygame程式館替換了curses程式館，並對其進行了更改，以接收操縱桿的輸入（您也可以使用鍵盤上的向上和向下鍵）。

主要變化包括：第3-4行中的pygame調用部分；第10-11行中pygame的初始處理；以及第53-60行中輸入值的判斷。

我嘗試將速度改為0.5秒，以便更容易地預測球的運動情況。球變慢後，“sense.clear()”引起的閃爍變得明顯（原程式：第55行），因此我們僅重新編寫了必要部分。

總結

內建操縱桿肯定是Sense HAT板的最大特色之一。說起Raspberry Pi的輸入裝置，外接的裝置很常見，但是內建裝置很少見，因此搭載操縱桿的Sense HAT在眾多Pi模型中脫穎而出。您還可以將按鈕連至GPIO引腳。

在本教程中，我們重建了一個Pong遊戲，以便使用內建操縱桿來行動球拍並擊球。雖然顯示器非常小，但我認為在小型LED矩陣上玩像Pong這樣的遊戲非常獨特有意思。您可以改變球的速度，這樣就能獲得更高的分數！

Deviceplus 編輯團隊

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用於Raspberry Pi的Sense HAT擴展板 — 操縱桿

操縱桿的輸入值

操縱桿和LED顯示器

我們來製作一個遊戲！

總結

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