具有物聯(lián)網(wǎng)作弊功能的數(shù)字骰子

描述

#25projectsofchristmas

數(shù)字物聯(lián)網(wǎng)作弊骰子

M5STickC-plus 具有內(nèi)置加速度計(jì)。和一個(gè)顯示器。有了這個(gè)，您可以輕松地對(duì)數(shù)字骰子進(jìn)行編程，當(dāng)您搖動(dòng)設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生新的值。此外，M5STickC-plus 還擁有一個(gè) WiFi 芯片，可以讓它連接到互聯(lián)網(wǎng)。這就是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入游戲的地方：想象一下和你的朋友玩骰子，看看誰(shuí)在酒吧買單。估計(jì)最遠(yuǎn)的人必須支付。您搖動(dòng) M5Stick 并將其正面朝下放在桌子上。每個(gè)人都必須猜測(cè)一個(gè)值，但您首先檢查您的智能手機(jī)以查看滾動(dòng)的值，因?yàn)槟腻X包中沒(méi)有足夠的錢來(lái)支付賬單。

骰子展示

兩個(gè)骰子的值應(yīng)該顯示在顯示器上，骰子應(yīng)該看起來(lái)像骰子：

為此，首先將沒(méi)有點(diǎn)的骰子圖像加載為背景圖像。

現(xiàn)在，根據(jù)隨機(jī)生成的 1 到 6 之間的值，必須在骰子的區(qū)域上繪制點(diǎn)。為此，6 個(gè)可能值的點(diǎn)坐標(biāo)存儲(chǔ)在一個(gè) 3 維數(shù)組中：

// Array to define the position of the dots on the dice
int dot_positions[7][6][2] {
    {}, // 0
    {{55,55}}, // 1
    {{25,25},{85,85}}, // 2
    {{25,25},{55,55},{85,85}}, // 3
    {{25,25},{85,25},{25,85},{85,85}}, // 4
    {{25,25},{85,25},{55,55},{25,85},{85,85}},// 5
    {{25,25},{25,55},{25,85},{85,25},{85,55},{85,85}}, // 6
};

我認(rèn)為這些值需要解釋得更詳細(xì)一點(diǎn)：M5StickC-plus 的顯示器分辨率為135*240 像素。空間足以容納兩個(gè)大小為 110x110 像素的芯片圖像。原點(diǎn)在左上角，模具上每個(gè)可能的點(diǎn)位置的坐標(biāo)可以這樣定義：

如果現(xiàn)在擲出 2，則必須在顯示屏上的相應(yīng)位置繪制兩個(gè)圓圈。為了讓骰子的點(diǎn)位于正確的位置，坐標(biāo)必須在顯示器上移動(dòng)骰子的目標(biāo)位置：

dot_positions []數(shù)組包含骰子可以取的所有 6 個(gè)值對(duì)應(yīng)的圓的位置。然后可以使用它來(lái)編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)，為 1 到 6 之間的每個(gè)數(shù)值繪制相應(yīng)的點(diǎn)排列：

// function to draw the dice
void draw_dice(int16_t x, int16_t y, int dice_value) {
    // M5StickC-plus Display size is 135x240
    // Dice size is 110x110
    M5.Lcd.pushImage(x, y, 110, 110, (uint16_t *)Dice_background);
    if(dice_value > 0 && dice_value < 7){
        for(int dot_index = 0; dot_index < dice_value; dot_index++) {
            M5.Lcd.fillCircle(x+dot_positions[dice_value][dot_index][0],
                              y+dot_positions[dice_value][dot_index][1],
                              DOT_SIZE, TFT_BLACK);
        }
    }
}

如上所述，對(duì)值為 2 的骰子的函數(shù)調(diào)用將如下所示：

draw_dice(12,9, 2);

現(xiàn)在我們可以畫骰子了，但是應(yīng)用程序仍然需要在一個(gè)好的過(guò)程中運(yùn)行。所以我們需要一個(gè)“過(guò)程序列控制東西功能的東西” ，或者換句話說(shuō)：我們需要一個(gè)狀態(tài)機(jī)！

有限狀態(tài)機(jī)

所謂的“狀態(tài)機(jī)”是過(guò)程序列的行為模型。它由有限數(shù)量的狀態(tài)組成，因此通常稱為有限狀態(tài)機(jī) (FSM)。簡(jiǎn)單地說(shuō)：基于當(dāng)前狀態(tài)和給定輸入，狀態(tài)機(jī)執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生輸出。這聽(tīng)起來(lái)比實(shí)際更復(fù)雜。對(duì)于骰子軟件，我們可以定義三個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)：

軟件應(yīng)保持在啟動(dòng)狀態(tài)，直到檢測(cè)到設(shè)備晃動(dòng)。然后結(jié)果應(yīng)該只在搖動(dòng)停止時(shí)顯示。因此，軟件應(yīng)保持在搖動(dòng)狀態(tài)，直到檢測(cè)到搖動(dòng)結(jié)束。最后，軟件應(yīng)保持顯示狀態(tài)，直到按下 M5Stick 上的按鈕。這是狀態(tài)機(jī)的基本原理。

為了表示骰子程序的流程控制，代碼中定義了以下?tīng)顟B(tài)：

//  0 = start with printing text
#define START_STATE 0
// 10 = waiting for start shaking
#define WAIT_STATE 10
// 20 = generate random numbers and wait for stop shaking
#define SHAKE_STATE 20
// 30 = display dice #1 value
#define DISPLAY1_STATE 30
// 40 = display dice #2 value
#define DISPLAY2_STATE 40
// 50 = wait for button press to start new game
#define BUTTON_STATE 50

操作順序的詳細(xì)圖形表示如下所示：

狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)

有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)。由于該軟件只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)，因此也可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的switch()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

// state machine cases
switch(process_State) {
    // ******** START_STATE = start with printing text
    case START_STATE  :
        ...
        // next state
        process_State = WAIT_STATE;
    break;
    // ******** WAIT_STATE = waiting for acceleration (start shaking)
    case WAIT_STATE  :
        ...
        process_State = SHAKE_STATE;
    break;
    // ******** SHAKE_STATE = generate random numbers and wait for stop shaking
    case SHAKE_STATE  :
        ...
        process_State = DISPLAY1_STATE;
    break;
    // ******** DISPLAY1_STATE = display dice #1
    case DISPLAY1_STATE  :
        ...
        process_State = DISPLAY2_STATE;
    break;
    // ******** DISPLAY2_STATE = display dice #2
    case DISPLAY2_STATE  :
        ...
        process_State = BUTTON_STATE;
    break;
    // ******** BUTTON_STATE = wait for button press to start new roll
    case BUTTON_STATE  :
        ...
        process_State = START_STATE;
    break;
}

在每個(gè)“開(kāi)關(guān)狀態(tài)”中，都實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能。詳情請(qǐng)查看完整的源代碼。基本上這就是全部。不像一開(kāi)始聽(tīng)起來(lái)那么復(fù)雜，對(duì)吧？

如果你想學(xué)習(xí)如何處理背景圖像，請(qǐng)查看我的“M5Stack Screen Capture”項(xiàng)目或我的“M5Stack Christmas Snow Globe”項(xiàng)目。

震動(dòng)檢測(cè)

集成加速度傳感器 (IMU) 測(cè)量 3 個(gè)軸（X、Y 和 Z）的加速度：

因此，左右晃動(dòng)可以通過(guò)沿 X 軸的加速度來(lái)確定。但不應(yīng)檢測(cè)到敲擊、撞擊或敲擊，只有實(shí)際的搖晃。一種簡(jiǎn)單的方法是在很短的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行兩次測(cè)量。然后，這些值的絕對(duì)差異可以用作設(shè)備加速程度的指標(biāo)。方向無(wú)關(guān)緊要（向左或向右），因?yàn)橛?jì)算的是絕對(duì)值。但是，該值也會(huì)檢測(cè)到設(shè)備上的敲擊。為了防止這種情況，可以計(jì)算 10 次測(cè)量的移動(dòng)平均值，從而過(guò)濾掉高頻數(shù)據(jù)，如敲擊或敲擊。

非阻塞解決方案

如果你編寫一個(gè)函數(shù)，以 100ms 的間隔測(cè)量加速度 10 次來(lái)計(jì)算平均值，那么整個(gè)軟件將被阻塞 10*100ms = 1 秒。情況不妙。人們應(yīng)該始終避免這種阻塞功能。與其在函數(shù)內(nèi)部循環(huán)進(jìn)行 10 次測(cè)量，不如讓函數(shù)只進(jìn)行一次測(cè)量，然后將結(jié)果存儲(chǔ)在全局變量中。在狀態(tài)機(jī)內(nèi)，函數(shù)在WAIT_STATE和SHAKE_STATE內(nèi)被調(diào)用，這導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)機(jī)的非阻塞流。

移動(dòng)平均過(guò)濾功能

通常人們會(huì)通過(guò)將單個(gè)值相加然后將總和除以相加值的數(shù)量來(lái)計(jì)算平均值：

此方法適用于逐塊計(jì)算平均值：您只需將多個(gè)值相加，然后將最后的總和除以值的數(shù)量。對(duì)于下一個(gè)塊，您再次從總結(jié)新值開(kāi)始。但是，如果要計(jì)算每個(gè)新值的平均值（移動(dòng)平均值），則必須刪除列表的第一個(gè)值并在末尾添加新值。編寫這樣的方法既麻煩又在數(shù)學(xué)上是不必要的。

另一種（順便說(shuō)一下，在數(shù)學(xué)上相同）方法是將最后計(jì)算的平均值乘以減 1 的值的數(shù)量，然后將新值添加到其中，并將該總和除以要平均的值的數(shù)量：

與存儲(chǔ) 10 個(gè)值的列表相比，此方法速度更快，所需內(nèi)存更少。

從技術(shù)上講，這是一種低通濾波器，其背后的理論幾乎可以變得任意復(fù)雜，但是對(duì)于這個(gè)簡(jiǎn)單的程序，可以通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)很好地確定合適的值。要平均的值的數(shù)量值越高，過(guò)濾掉的高頻信號(hào)就越多，但產(chǎn)生的延遲也就越多。檢測(cè)抖動(dòng)的函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下所示：

int mean_accX_n = 8;

.....

float get_horizontal_shaking(){
    // two values of X-acceleration
    float accX_1, accX_2;
    // Y and Z values are needed for function call
    float accY, accZ;
    // differential value of X-acceleration
    float accX_d = 0;
    // get the first and the second sensor data
    M5.Imu.getAccelData(&accX_1,&accY,&accZ);
    delay(100);
    M5.Imu.getAccelData(&accX_2,&accY,&accZ);
    // calculate the absolute differential value
    accX_d = fabs(accX_2 - accX_1);
    // building the mean value (Moving average calculation)
    mean_accX_d = ((mean_accX_d * (mean_accX_n-1)) + accX_d)/mean_accX_n;
    return mean_accX_d;
}

返回值大于 3 表示設(shè)備已搖晃。小于 1 的值表示晃動(dòng)已停止：

有了這個(gè)，骰子軟件就可以運(yùn)行了，你可以為酒吧賬單滾動(dòng)了。唯一缺少的是作弊功能。

物聯(lián)網(wǎng)作弊

只需幾行簡(jiǎn)單的代碼，M5StickC 就變成了一個(gè) WiFi 接入點(diǎn)：

// WiFi network configuration:
char wifi_ssid[] = "M5StickC-plus";
char wifi_key[] = "1234567890";
IPAddress ip(192, 168, 0, 1);
IPAddress gateway(192, 168, 0, 1);
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);

WiFiClient myclient;
WiFiServer server(80);

void web_server_init(){
    WiFi.mode(WIFI_AP);
    WiFi.softAP(wifi_ssid, wifi_key);
    WiFi.softAPConfig(ip, gateway, subnet);
    WiFi.begin();
    // Start TCP/IP-Server
    server.begin();
}

現(xiàn)在您可以將手機(jī)連接到 M5Stick 創(chuàng)建的 WiFi 接入點(diǎn)。同時(shí)，Web 服務(wù)器正在等待您使用瀏覽器連接到 IP 地址。

我已經(jīng)在我的項(xiàng)目“ M5ATOM ENV 迷你數(shù)據(jù)監(jiān)視器”中描述了 Web 服務(wù)器的功能。對(duì)于骰子網(wǎng)頁(yè)，我還使用動(dòng)態(tài) HTML 代碼通過(guò)外部 Java 腳本請(qǐng)求包含立方體的值：

<script>
    window.onload = function(){
        document.getElementById('dice1').innerHTML = dice1value;
        document.getElementById('dice2').innerHTML = dice2value;
    };
script>
<script type="text/javascript" src="dicevalue.js">script>

擲出的兩個(gè)骰子的值被定義為全局變量。當(dāng) Web 瀏覽器請(qǐng)求 Java 腳本文件“ dicevalue.js ”時(shí)，Web 服務(wù)器會(huì)根據(jù)當(dāng)前值生成它：

case GET_dicevalue: {
    client.println("HTTP/1.1 200 OK");
    client.println("Content-type:application/javascript");
    client.println();
    client.printf("var dice1value = %c;\n", dice1_html_value);
    client.printf("var dice2value = %c;\n", dice2_html_value);
    break;
}

其他一切都與我的項(xiàng)目“M5ATOM ENV 迷你數(shù)據(jù)監(jiān)視器”中的描述完全相同。但是，在這段代碼中，我將 Web 服務(wù)器功能外包給了外部文件。這使骰子軟件的代碼保持簡(jiǎn)單和干凈。帶有接入點(diǎn)的 Web 服務(wù)器只需要在 setup() 函數(shù)中初始化，并在每次運(yùn)行時(shí)在 loop() 函數(shù)中調(diào)用：

void setup() {
    M5.begin();

    ...

    // init and start the web-server for the dice-web-page
    web_server_init();
    delay(3000);
}


void loop() {
    M5.update();

    ...

    // check for web browser requests
    web_server_update();
    delay(20);
}

現(xiàn)在你可以帶著空錢包去酒吧和朋友喝一杯。但是請(qǐng)確保 M5Stick 的電池始終充滿電，因?yàn)槿绻腥四贸稣嬲镊蛔?，您必須依靠您的運(yùn)氣而不是您的智能手機(jī)。

反饋

我希望你喜歡這個(gè)簡(jiǎn)短有趣的項(xiàng)目，并且這段代碼可以證明對(duì)你們中的一些人有用。如果您有任何問(wèn)題或意見(jiàn)，請(qǐng)隨時(shí)給我留言。

享受擲骰子的樂(lè)趣！

問(wèn)候，

漢斯-君特