아두이노 테니스 게임: 네오픽셀·9DoF 센서·블루투스로 만드는 가상 라켓 체험

프로젝트 개요

15×10 네오픽셀 매트릭스를 디스플레이로, 9DoF IMU 센서가 장착된 라켓 컨트롤러를 블루투스로 연결해 즐기는 1인용 테니스 게임입니다. 공이 화면 안쪽(원근감 표현)으로 다가오고, 라켓 스윙을 감지하면 공이 튕겨 나가는 방식입니다. 파이썬 스크립트가 블루투스-시리얼 중계 역할을 수행합니다.

시스템 아키텍처 (3파트 구성)

1. 디스플레이 보드: 아두이노 나노 + 네오픽셀 150개(15×10) + 게임 로직 수행
2. 라켓 컨트롤러: 아두이노 나노 + SparkFun 9DoF 센서 스틱(LSM9DS1) + HC-05 블루투스 모듈 + 9V 배터리
3. 마스터 라우터(PC): 파이썬 스크립트로 블루투스 COM 포트와 매트릭스 시리얼 포트 간 데이터 중계

게임 규칙 및 로직

• 공은 Y축(세로)으로 이동하며 크기(반지름)가 커졌다 작아지며 원근감 표현
• 공이 Y=5~7 구간에서 스윙 감지 시 방향 반전(X 방향 토글, Y 방향 반전)
• 공이 바닥(Y≥8) 도달 시 COM 득점, 천장(Y≤2) 도달 시 25% 확률로 플레이어 득점
• COM 10점 선취 시 게임 오버, 최고 점수는 I2C EEPROM(주소 0x50, 오프셋 0x04)에 영구 저장
• 점수 판정 시 스크롤 텍스트로 "Player-COM" 형식 표시

하드웨어 상세

디스플레이 보드

• 아두이노 나노 R3 × 1
• 네오픽셀 스트립 (WS2812B 등) 150개 → 15열×10행 지그재그 배열
• 데이터 핀: D6, 스피커 핀: D3 (선택 사항)
• I2C EEPROM (24LC256 등) 선택 사항: 최고 점수 저장용

라켓 컨트롤러

• 아두이노 나노 R3 × 1
• SparkFun 9DoF 센서 스틱 (LSM9DSI, 3.3V 전용!)
• HC-05 블루투스 모듈 (마스터/슬레이브 설정 필요)
• 9V 배터리 → 나노 Vin 핀 연결 (레귤레이터 거쳐 5V 생성)
• 골판지+종이로 라켓 형상 제작, 내부에 보드 고정

소프트웨어 구현

1. 매트릭스 코드 (아두이노 나노 - 디스플레이)

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_NeoMatrix.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#include <Wire.h>
#include <EEPROM.h>

#define PIN 6
#define EEPROM_ADR 0x50
#define HS_ADR 0x04

Adafruit_NeoMatrix matrix = Adafruit_NeoMatrix(15, 10, PIN,
  NEO_MATRIX_BOTTOM + NEO_MATRIX_LEFT + NEO_MATRIX_COLUMNS + NEO_MATRIX_ZIGZAG,
  NEO_GRB + NEO_KHZ800);

int ball_x = 7, ball_y = 2, radius = 1, r_incr = 1;
bool isSwung = false;
int ball_x_dir = 1, ball_y_dir = 1;
bool isDirRight = true;
int score = 0, COM_score = 0, highscore = 0;
int framerate = 50;
unsigned long lastFrame = 0;
uint16_t colors[] = {matrix.Color(255,0,0), matrix.Color(0,255,0), matrix.Color(150,200,0)};

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  matrix.begin();
  matrix.fillScreen(0);
  highscore = EEPROM.read(HS_ADR);
  // 시작 화면: 하이스코어 표시 등
}

void loop() {
  if ((lastFrame + framerate) < millis()) {
    update_frame();
    lastFrame = millis();
  }
}

void update_frame() {
  int serial_data = Serial.parseInt();
  isSwung = (serial_data != 0);

  // 공 이동 및 충돌 판정 로직 (생략: 원본 참조)
  // ...
  // 화면 갱신
  matrix.fillScreen(0);
  matrix.fillCircle(ball_x, ball_y, radius, colors[2]);
  matrix.show();
}

2. 라켓 코드 (아두이노 나노 - 컨트롤러)

#include <Wire.h>
#include <SparkFunLSM9DS1.h>

LSM9DS1 imu;
#define PRINT_SPEED 10
unsigned long lastPrint = 0;
float accelx = 0, accely = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  imu.settings.device.commInterface = IMU_MODE_I2C;
  imu.settings.device.mAddress = 0x1E;
  imu.settings.device.agAddress = 0x6B;
  if (!imu.begin()) while(1);
}

void loop() {
  if ((lastPrint + PRINT_SPEED) < millis()) {
    if (imu.accelAvailable()) imu.readAccel();
    lastPrint = millis();
  }
  accelx = imu.calcAccel(imu.ax);
  accely = imu.calcAccel(imu.ay);

  if (accelx <= -1.5 || accelx >= 1.5 || accely <= -1.5 || accely >= 1.5) {
    Serial.print('1'); // 스윙 감지 신호 전송
    delay(600);        // 디바운스
  }
}

3. 파이썬 중계 스크립트 (PC)

import serial, time

matrix_port = "COM3"   # 디스플레이 보드 시리얼 포트
raquet_port = "COM9"   # 블루투스 가상 COM 포트

matrix = serial.Serial(matrix_port, 9600)
racquet = serial.Serial(raquet_port, 9600)
time.sleep(10)  # 아두이노 리셋 대기

while True:
    data = racquet.read()
    if data == b'1':
        print("Hit detected")
        matrix.write(b'1')
        time.sleep(1)  # 디바운스 (시리얼 버퍼 32바이트 보호)
    time.sleep(0.05)

제작 팁 & 주의사항

• 네오픽셀 매트릭스 제작: 납땜이 많이 필요하므로 인두기 좋은 것 준비, 전원 공급 별도 고려 (5V 3A 이상 권장)
• 9DoF 센서 라이브러리: SparkFun LSM9DS1 라이브러리 필수 설치
• 블루투스 페어링: HC-05를 마스터 모드로 설정해 라켓 측과 자동 연결되게 구성 권장
• 시리얼 버퍼 오버플로 방지: 파이썬 측 1초 디바운스 필수
• 전원: 라켓은 9V 배터리, 디스플레이는 USB 또는 별도 5V 어댑터

확장 아이디어

• 사운드 이펙트 추가 (피에조 부저로 타구음, 득점음)
• 2인용 대전: 라켓 2개 + 블루투스 멀티 커넥션 또는 NRF24L01 등 무선 통신
• OLED/LCD에 점수 상시 표시
• 난이도 조절: 공 속도, COM 실수 확률, 코트 크기 가변
• 웹캠+OpenCV로 실제 라켓 동작 인식 방식으로 대체

회로도

제공된 프리칭 회로도 2장(매트릭스 보드, 라켓 보드) 참고. 네오픽셀 데이터 라인에 330~470Ω 저항, 전원 라인에 1000μF 커패시터 권장.

마무리

아두이노 2대, 네오픽셀, IMU 센서, 블루투스만으로 놀랍게 완성도 높은 아케이드 스타일 테니스 게임을 만들 수 있습니다. 메이커 페어나 교육용 시연 프로젝트로도 훌륭하며, 파이썬 중계 레이어 덕분에 무선 컨트롤러 구현이 매우 단순해집니다. 직접 만들어 보며 임베디드 게임 프로그래밍의 재미를 느껴보세요!