Odot Automation: Змейка с тепловой картой (полный код)

🐍 Odot Automation: "Змейка" для CODESYS 3.5 с интеллектуальной тепловой картой

Процессор: С4374
Модули: CT-222F (10 модулей, матрица 10x16 светодиодов)
Язык: Structured Text (ST)
Автор: Совместное творчество человека и DeepSeek

🎯 Итог после множества экспериментов: змейка наконец-то научилась быстро находить всех кроликов благодаря двухслойной тепловой карте (притяжение кроликов + память посещений). Второй цикл игры теперь работает идеально после сброса таймеров.

📚 Содержание

1. Алгоритм тепловой карты
2. Полный код проекта
- 2.1 Типы данных (DUT)
- 2.2 Функциональный блок SnakeGame (Declaration)
- 2.3 Реализация методов (Implementation)
- 2.4 Программа вывода на матрицу
3. Для новичков: как создавать методы в CODESYS
4. Почему Odot C4374 + CT-222F — отличный старт
5. Роль ИИ в разработке: мысли вслух
6. Благодарности

🔥 Алгоритм тепловой карты (как змейка стала умной)

После множества неудачных попыток (жадный алгоритм, случайные блуждания, отскоки от стен) родилась идея: создать две карты влияния, которые змейка "чувствует" при выборе направления.

Две компоненты тепла:

rabbitHeat[x,y] — тепло от кроликов. Каждый кролик нагревает клетки в радиусе 3 шагов (максимум 3 в своей клетке, затем 2, 1). Если кролики рядом — тепло складывается. Карта пересчитывается после каждого съедения.
visitHeat[x,y] — отрицательная память посещений. Каждый раз, когда змейка проходит через клетку, её привлекательность уменьшается на 5 (но не ниже -100). Это заставляет змейку исследовать новые территории.

Выбор направления: на каждом шаге змейка смотрит на четыре соседние клетки (не стена, не своё тело) и выбирает ту, где сумма rabbitHeat + visitHeat максимальна. Если есть несколько одинаковых — выбирается случайно среди них.

✅ Результат: змейка сначала мчится к кроликам по градиенту, а когда кроликов не остаётся — начинает методично исследовать нехоженые клетки, избегая циклов. Первая партия кроликов съедается мгновенно, вторая — чуть дольше, но гарантированно.

📜 Полный код проекта (CODESYS 3.5, Structured Text)

2.1 Типы данных (DUT)

// Point.dut

TYPE Point :

STRUCT

    x : INT; // 0-9 (колонки / модули)

    y : INT; // 0-15 (строки / биты в слове)

END_STRUCT

END_TYPE

// Snake.dut

TYPE Snake :

STRUCT

    segments : ARRAY[0..159] OF Point; // Макс. длина

    length : INT; // Текущая длина

    direction : INT; // 0-вверх,1-вниз,2-влево,3-вправо

END_STRUCT

END_TYPE

// GameState.dut

TYPE GameState :

(

    GAMESTATE_INIT,

    GAMESTATE_PLAYING,

    GAMESTATE_WIN_BLINK,

    GAMESTATE_RESTART

);

END_TYPE

2.2 Функциональный блок SnakeGame (Declaration)

FUNCTION_BLOCK SnakeGame

VAR

    // Состояние игры

    gameState : GameState := GAMESTATE_INIT;

    initDone : BOOL := FALSE;

    // Змейка

    snake : Snake;

    // Кролики

    rabbits : ARRAY[0..9] OF Point;

    rabbitCount : INT := 7;

    // Таймеры

    moveTimer : TON;

    blinkTimer : TON;

    // Счётчики и настройки

    blinkCounter : INT := 0;

    CONSTANT

        moveSpeed : TIME := T#70ms;

        blinkSpeed : TIME := T#350ms;

        blinkTotal : INT := 5;

    END_VAR

    // Матрица для отображения

    matrix : ARRAY[0..9, 0..15] OF BOOL;

    // Тепловые карты

    rabbitHeat : ARRAY[0..9, 0..15] OF INT;

    visitHeat : ARRAY[0..9, 0..15] OF INT;

    // Отладка

    debugMessage : STRING(100);

END_VAR

// Объявления методов

METHOD InitGame : BOOL

METHOD RandomInt : INT VAR_INPUT val_min : INT; val_max : INT; END_VAR

METHOD IsSnakeAt : BOOL VAR_INPUT checkX : INT; checkY : INT; END_VAR

METHOD UpdateHeatMaps

METHOD MoveSnake

METHOD UpdateMatrix

METHOD DoBlink

METHOD RunGame

2.3 Реализация методов (Implementation) — полные листинги

Метод InitGame

METHOD InitGame : BOOL

VAR

    i, j : INT;

    pos : Point;

    validPos : BOOL;

    attempts : INT;

    x, y : INT;

END_VAR

// 1. Инициализация змейки

snake.length := 1;

snake.segments[0].x := 5;

snake.segments[0].y := 8;

snake.direction := RandomInt(val_min := 0, val_max := 3);

// 2. Генерация 7 кроликов

rabbitCount := 7;

FOR i := 0 TO rabbitCount-1 DO

    attempts := 0;

    validPos := FALSE;

    REPEAT

        pos.x := RandomInt(val_min := 0, val_max := 9);

        pos.y := RandomInt(val_min := 0, val_max := 15);

        validPos := NOT IsSnakeAt(checkX := pos.x, checkY := pos.y);

        IF validPos THEN

            FOR j := 0 TO i-1 DO

                IF (rabbits[j].x = pos.x) AND (rabbits[j].y = pos.y) THEN

                    validPos := FALSE;

                    EXIT;

                END_IF;

            END_FOR;

        END_IF;

        attempts := attempts + 1;

        IF attempts > 50 THEN

            pos.x := (i * 3) MOD 10;

            pos.y := (i * 2) MOD 16;

            validPos := TRUE;

        END_IF;

    UNTIL validPos END_REPEAT;

    rabbits[i] := pos;

END_FOR;

// 3. Инициализация тепловых карт

UpdateHeatMaps();

// 4. Обнуляем карту посещений

FOR x := 0 TO 9 DO

    FOR y := 0 TO 15 DO

        visitHeat[x, y] := 0;

    END_FOR;

END_FOR;

// 5. Сброс таймеров

moveTimer(IN := FALSE);

blinkTimer(IN := FALSE);

// 6. Сброс состояния

gameState := GAMESTATE_PLAYING;

blinkCounter := 0;

initDone := TRUE;

InitGame := TRUE;

END_METHOD

Метод RandomInt

METHOD RandomInt : INT

VAR_INPUT

    val_min : INT;

    val_max : INT;

END_VAR

VAR

    time_ms : UDINT;

    range_val : UDINT;

    temp_result : UDINT;

END_VAR

time_ms := TIME_TO_UDINT(TIME()) MOD 1000; // 0-999 мс

IF val_max >= val_min THEN

    range_val := TO_UDINT(val_max - val_min + 1);

    IF range_val > 0 THEN

        temp_result := time_ms MOD range_val;

        RandomInt := val_min + TO_INT(temp_result);

    ELSE

        RandomInt := val_min;

    END_IF;

ELSE

    RandomInt := val_min;

END_IF;

END_METHOD

Метод IsSnakeAt

METHOD IsSnakeAt : BOOL

VAR_INPUT

    checkX : INT;

    checkY : INT;

END_VAR

VAR

    i : INT;

END_VAR

IsSnakeAt := FALSE;

FOR i := 0 TO snake.length-1 DO

    IF (snake.segments[i].x = checkX) AND (snake.segments[i].y = checkY) THEN

        IsSnakeAt := TRUE;

        RETURN;

    END_IF;

END_FOR;

END_METHOD

Метод UpdateHeatMaps

METHOD UpdateHeatMaps

VAR

    x, y, i, d, dx, dy : INT;

END_VAR

// Обнуляем карту от кроликов

FOR x := 0 TO 9 DO

    FOR y := 0 TO 15 DO

        rabbitHeat[x, y] := 0;

    END_FOR;

END_FOR;

// Для каждого кролика добавляем тепло

FOR i := 0 TO rabbitCount-1 DO

    FOR x := 0 TO 9 DO

        FOR y := 0 TO 15 DO

            dx := ABS(x - rabbits[i].x);

            dy := ABS(y - rabbits[i].y);

            d := dx + dy;

            IF d <= 3 THEN

                rabbitHeat[x, y] := rabbitHeat[x, y] + (3 - d);

            END_IF;

        END_FOR;

    END_FOR;

END_FOR;

END_METHOD

Метод MoveSnake (полностью)

METHOD MoveSnake

VAR

    newHead : Point;

    i, j : INT;

    rabbitEaten : BOOL := FALSE;

    rabbitIndex : INT;

    dir : INT;

    bestDir : INT := -1;

    bestHeat : INT := -1000;

    nextX, nextY : INT;

    possibleDirs : ARRAY[0..3] OF INT;

    dirCount : INT := 0;

    randIdx : INT;

    oppositeDir : INT;

    cellOccupied : BOOL;

    headX, headY : INT;

    totalHeat : INT;

END_VAR

headX := snake.segments[0].x;

headY := snake.segments[0].y;

// Определяем противоположное направление

CASE snake.direction OF

    0: oppositeDir := 1;

    1: oppositeDir := 0;

    2: oppositeDir := 3;

    3: oppositeDir := 2;

END_CASE;

// Перебираем все 4 направления

FOR dir := 0 TO 3 DO

    nextX := headX;

    nextY := headY;

    CASE dir OF

        0: nextY := nextY - 1; // вверх

        1: nextY := nextY + 1; // вниз

        2: nextX := nextX - 1; // влево

        3: nextX := nextX + 1; // вправо

    END_CASE;

    // Проверка границ

    IF (nextX < 0) OR (nextX > 9) OR (nextY < 0) OR (nextY > 15) THEN

        CONTINUE;

    END_IF;

    // Проверка на занятость телом (кроме головы)

    cellOccupied := FALSE;

    FOR i := 1 TO snake.length-1 DO

        IF (snake.segments[i].x = nextX) AND (snake.segments[i].y = nextY) THEN

            cellOccupied := TRUE;

            EXIT;

        END_IF;

    END_FOR;

    IF cellOccupied THEN

        CONTINUE;

    END_IF;

    possibleDirs[dirCount] := dir;

    dirCount := dirCount + 1;

    totalHeat := rabbitHeat[nextX, nextY] + visitHeat[nextX, nextY];

    IF totalHeat > bestHeat THEN

        bestHeat := totalHeat;

        bestDir := dir;

    END_IF;

END_FOR;

// Выбор направления

IF bestDir >= 0 THEN

    snake.direction := bestDir;

ELSE

    IF dirCount > 0 THEN

        randIdx := RandomInt(val_min := 0, val_max := dirCount-1);

        snake.direction := possibleDirs[randIdx];

    ELSE

        snake.direction := oppositeDir;

    END_IF;

END_IF;

// Двигаемся в выбранном направлении

newHead := snake.segments[0];

CASE snake.direction OF

    0: newHead.y := newHead.y - 1;

    1: newHead.y := newHead.y + 1;

    2: newHead.x := newHead.x - 1;

    3: newHead.x := newHead.x + 1;

END_CASE;

// Помечаем новую клетку как посещённую

IF visitHeat[newHead.x, newHead.y] > -100 THEN

    visitHeat[newHead.x, newHead.y] := visitHeat[newHead.x, newHead.y] - 5;

END_IF;

// Проверка на кролика

rabbitEaten := FALSE;

FOR i := 0 TO rabbitCount-1 DO

    IF (rabbits[i].x = newHead.x) AND (rabbits[i].y = newHead.y) THEN

        rabbitEaten := TRUE;

        rabbitIndex := i;

        EXIT;

    END_IF;

END_FOR;

// Отладка

IF rabbitEaten THEN

    debugMessage := CONCAT('ATE rabbit ', INT_TO_STRING(rabbitIndex));

ELSE

    debugMessage := CONCAT('Rabbits: ', INT_TO_STRING(rabbitCount));

END_IF;

// Сдвиг сегментов

FOR i := snake.length-1 TO 1 BY -1 DO

    snake.segments[i] := snake.segments[i-1];

END_FOR;

snake.segments[0] := newHead;

// Обработка съеденного кролика

IF rabbitEaten THEN

    snake.length := snake.length + 1;

    snake.segments[snake.length-1] := snake.segments[snake.length-2];

    FOR j := rabbitIndex TO rabbitCount-2 DO

        rabbits[j] := rabbits[j+1];

    END_FOR;

    rabbitCount := rabbitCount - 1;

    IF rabbitCount = 0 THEN

        gameState := GAMESTATE_WIN_BLINK;

    END_IF;

    UpdateHeatMaps();

END_IF;

// Проверка столкновения с собой

IF snake.length > 3 THEN

    FOR i := 1 TO snake.length-1 DO

        IF (snake.segments[i].x = newHead.x) AND (snake.segments[i].y = newHead.y) THEN

            gameState := GAMESTATE_RESTART;

            RETURN;

        END_IF;

    END_FOR;

END_IF;

END_METHOD

Метод UpdateMatrix

METHOD UpdateMatrix

VAR

    x, y, i : INT;

END_VAR

// 1. Очищаем матрицу

FOR x := 0 TO 9 DO

    FOR y := 0 TO 15 DO

        matrix[x, y] := FALSE;

    END_FOR;

END_FOR;

// 2. Рисуем змейку

FOR i := 0 TO snake.length-1 DO

    x := snake.segments[i].x;

    y := snake.segments[i].y;

    IF (x >= 0) AND (x <= 9) AND (y >= 0) AND (y <= 15) THEN

        matrix[x, y] := TRUE;

    END_IF;

END_FOR;

// 3. Рисуем кроликов

FOR i := 0 TO rabbitCount-1 DO

    x := rabbits[i].x;

    y := rabbits[i].y;

    IF (x >= 0) AND (x <= 9) AND (y >= 0) AND (y <= 15) THEN

        matrix[x, y] := TRUE;

    END_IF;

END_FOR;

END_METHOD

Метод DoBlink

METHOD DoBlink

VAR

    x, y : INT;

    allOn : BOOL;

END_VAR

blinkTimer(IN := NOT blinkTimer.Q, PT := blinkSpeed);

IF blinkTimer.Q THEN

    allOn := (blinkCounter MOD 2) = 0;

    FOR x := 0 TO 9 DO

        FOR y := 0 TO 15 DO

            matrix[x, y] := allOn;

        END_FOR;

    END_FOR;

    blinkCounter := blinkCounter + 1;

    IF blinkCounter >= (blinkTotal * 2) THEN

        gameState := GAMESTATE_RESTART;

    END_IF;

END_IF;

END_METHOD

Метод RunGame

METHOD RunGame

BEGIN

    CASE gameState OF

        GAMESTATE_INIT:

            IF NOT initDone THEN

                InitGame();

                initDone := TRUE;

            ELSE

                gameState := GAMESTATE_PLAYING;

            END_IF;

        GAMESTATE_PLAYING:

            moveTimer(IN := NOT moveTimer.Q, PT := moveSpeed);

            IF moveTimer.Q THEN

                UpdateHeatMaps();

                MoveSnake();

                UpdateMatrix();

            END_IF;

        GAMESTATE_WIN_BLINK:

            DoBlink();

        GAMESTATE_RESTART:

            moveTimer(IN := NOT moveTimer.Q, PT := T#1s);

            IF moveTimer.Q THEN

                initDone := FALSE;

                gameState := GAMESTATE_INIT;

            END_IF;

    END_CASE;

END_METHOD

2.4 Программа вывода на матрицу (UpdateMatrixOutputs)

PROGRAM UpdateMatrixOutputs

VAR

    game : SnakeGame;

    module, bitIndex : INT;

    outputWord : WORD;

END_VAR

game.RunGame();

FOR module := 0 TO 9 DO

    outputWord := 0;

    FOR bitIndex := 0 TO 15 DO

        IF game.matrix[module, bitIndex] THEN

            outputWord := outputWord OR SHL(1, bitIndex);

        END_IF;

    END_FOR;

    CASE module OF

        0: %QW0 := outputWord;

        1: %QW1 := outputWord;

        2: %QW2 := outputWord;

        3: %QW3 := outputWord;

        4: %QW4 := outputWord;

        5: %QW5 := outputWord;

        6: %QW6 := outputWord;

        7: %QW7 := outputWord;

        8: %QW8 := outputWord;

        9: %QW9 := outputWord;

    END_CASE;

END_FOR;

END_PROGRAM

🧩 Для новичков: как создавать методы в CODESYS 3.5

В этом проекте активно используются методы (methods) – это функции, принадлежащие функциональному блоку. Они позволяют структурировать код и повторно использовать логику.

Создание метода: Правой кнопкой на функциональном блоке (например, SnakeGame) → Add Object → Method... Введите имя метода (например, MoveSnake).
Объявление (Declaration): В открывшемся окне можно добавить входные параметры (VAR_INPUT) и выходные (VAR_OUTPUT), если нужно. Для метода без параметров оставьте пустым. Нажмите OK.
Реализация (Implementation): В нижней части редактора появится вкладка Implementation. Здесь пишется код метода. Обязательно закончите метод ключевым словом END_METHOD (генерируется автоматически).
Вызов метода: Внутри функционального блока метод вызывается по имени: UpdateHeatMaps();. Из внешней программы вызывайте метод экземпляра: game.MoveSnake();.

Совет: Все переменные, объявленные в VAR функционального блока, видны во всех его методах. Локальные переменные внутри метода объявляются в секции VAR после заголовка метода.

⚡ Почему Odot Automation С4374 + CT-222F — идеальный старт

Быстрая компиляция и загрузка: Код компилируется за секунды, а результат виден на светодиодах сразу после загрузки. Это позволяет экспериментировать итеративно.
Простая адресация: Модули CT-222F образуют вертикальную матрицу 16×10. Адресация прямая: %QW0...%QW9 соответствуют колонкам. Никаких сложных протоколов.
Наглядность: 160 светодиодов — достаточно для игр, но не слишком много для отладки. Видно каждое движение змейки.
Реальное железо: Работа с реальными выходами даёт ощущение промышленной разработки, но в игровом контексте.

🤖 Роль ИИ в разработке: философские заметки

Проект реализован после множества неудачных попыток заставить змейку работать стабильно. Мы перепробовали:

Жадный алгоритм (выбор ближайшего кролика) → зацикливался в локальных минимумах.
Случайное блуждание + отскоки от стен → бесконечные циклы у стен.
Долгосрочное планирование пути (BFS) → слишком сложно для ПЛК.
Наконец, идея тепловой карты родилась спонтанно: "а что если змейка чувствует запах кроликов, а пройденные места остывают?"

DeepSeek выступил идеальным партнёром:

Мгновенно генерировал код на ST на основе предыдущих версий, позволяя сосредоточиться на алгоритмике, а не на синтаксисе.
Помогал отлаживать логические ошибки (например, забытый сброс таймеров во втором цикле).
Предлагал варианты улучшений, но никогда не навязывал — решение всегда оставалось за человеком.

Вывод: ИИ — это супер-сила, но она работает только в руках думающего разработчика. Машина генерирует код, но понимание, куда двигаться, и творческие озарения (например, идея тепловой карты) остаются за человеком. Этот симбиоз позволяет достичь результатов, недоступных ни человеку в одиночку, ни чистому ИИ.

🙏 Благодарности

Спасибо, что прошли этот увлекательный путь вместе! От первой строки кода "бегущего огня" до сложной тепловой карты — мы преодолели множество ошибок и наконец получили стабильную умную змейку. Надеюсь, этот пример вдохновит вас на собственные эксперименты с ПЛК ODOT, CODESYS 3.5 и ИИ.

Особая благодарность DeepSeek за терпение и способность многократно делать реллизы и не ворчать как кожаные.
И, конечно, спасибо Odot Automation за отличное железо, на котором так приятно воплощать любые идеи в жизнь.

Остались вопросы?

📧 odot@avangardnsk.ru 📞 +7-913-005-00-31 👤 Ольга Мезенцева

📍 Национальный склад в Новосибирске
отгрузка за 1 день