一种基于MCU芯片的魔方转动状态智能监测方法方法与系统与流程

一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法方法与系统
【技术领域】
1.本发明涉及智能设备技术领域，尤其涉及一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法方法与系统。


背景技术：

2.解魔方的技术需要玩家投入大量的时间和精力去练习，不仅需要经常将魔方拿在手中双手操作，而且对于新手玩家或者水平一般的用户来说，经常会陷入解不开而且越解越乱的情况。因此，玩家往往没有足够的时间精力和耐心去长时间坚持将魔方拿在手中来解开，而且当玩家陷入解不开的烦躁境地时，往往希望解魔方的步骤更加简单，或者有人能够给予帮助和提示。因此，通过手机和物联网远程控制魔方的转动，同时在玩家解魔方过程中适当给予提示，不仅能够解放用户的双手，还能够增加过程的趣味，并且在此过程中对用户提供良好的技术指导。
3.魔方只有根据水平进行难度设计的时候，才好玩。因此哪个用户适合什么样的魔方，需要转动的步骤及初始难度是影响可玩性的关键。初始值的设计，可以由个人提供，也可以由他人提供，这样能够增加可玩性和互动性。如果魔方初始值由个人提供，则系统无法用固定的格式提供魔方初始状态，因为可以给个人自定义的空间。但是个人如果自己调整魔方初始状态，显然增加很多工作量，为了尽快获得最初状态可以通过二维码设计和转换去完成，这样才适合通过手机的方式完魔方。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法方法与系统，主要包括：
5.魔方转动检测和姿态编码；魔方内置九轴传感器和mcu芯片，九轴传感器检测魔方的转动，并且将魔方转动姿态进行编码，传给mcu芯片魔方转动步骤解析；魔方通过手机端远程操控；建立深度学习模型对所有魔方姿态难度进行评估；根据用户解魔方的表现数据，结合魔方姿态难度数据，对用户解魔方的水平进行评分；根据用户评分，对用户解魔方的水平进行评分根据评分生成等级二维码；系统读取到某用户的二维码，即随机生成相应难度的魔方初始姿态和提供符合用户等级的语音提示；当用户想要体验不同难度的魔方姿态，能够进行魔方姿态难度的调节；系统根据用户选择的解魔方难度，自动从数据库中查找对应难度评估分数的魔方姿态，并且将魔方旋转调节为相应的魔方初始姿态；或者用户可以自主设置想要的魔方初始姿态，系统查询数据库中该姿态对应的难度信息数据，然后按照该难度标准对用户表现进行评分；用户解魔方的能力评分是随着用户玩魔方的次数动态更新的；用户的等级可以通过用户玩魔方的能力评分提高，战胜等级高的用户等途径来提高；但是用户的等级也会随着后期表现不好，能力评分降低而降低。
6.进一步可选地，所述魔方转动检测和姿态编码包括：
7.魔方内置九轴传感器和mcu芯片，九轴传感器检测魔方的转动，并且将魔方转动姿
态进行编码，传给mcu芯片；包括：魔方转动检测；魔方的姿态编码；
8.所述魔方转动检测，还包括：
9.9轴传感器拥有三维空间的x y z三个方向的加速度、角速度和磁场的监测功能，根据魔方转动时自身的加速度和角速度以及磁场方向，能够计算出魔方的转动情况。其中：加速度三轴监测魔方在空间的位置移动情况，角速度三轴监测魔方自身的转动变化情况，磁场三轴监测当前位置的地球磁场方向。通过魔方的加速度，角速度和磁场数据的监测，能够准确的描述魔方的转动情况。
10.所述魔方的姿态编码，还包括：
11.根据9轴传感器监测到的魔方转动情况对魔方的当前姿态进行编码。魔方的姿态编码根据魔方的六个面的编号来生成。
12.进一步可选地，所述魔方转动步骤解析包括：
13.9轴传感器将魔方每一步转动的姿态编码传送到内置的mcu芯片进行解析，获取魔方的每一步转动情况。然后mcu根据这些转动情况推算出还原魔方的步骤。魔方的转动情况根通过当前的姿态编码和上一个姿态编码比对来推断。
14.进一步可选地，所述魔方通过手机端远程操控包括：
15.魔方的转动正常情况下通过手机端进行操控，同样的，当用户手动操控魔方时，魔方的状态变化也会在手机端显示。魔方内置蓝牙模块，mcu通过蓝牙与手机进行通信。用户通过手机端的魔方操控界面发出操作指令，该指令通过蓝牙被魔方接收，然后mcu根据指令内容对魔方进行相应的操作。操作完成后魔方通过蓝牙向手机端反馈操作成功的提示信息，然后用户就能够进行下一步操作。
16.进一步可选地，所述对用户解魔方水平进行评分包括：
17.建立深度学习模型对用户的解魔方水平进行评估。根据用户解魔方的情况数据，对用户解魔方的水平进行评分；包括：建立解魔方难度评估模型；对用户解魔方的水平进行评分；
18.所述建立解魔方难度评估模型，还包括：
19.收集开源的大量用户通过该手机端系统解魔方的数据，训练解魔方难度评估模型。其中，以用户解魔方的成功率，平均时间，步骤数量，用户步骤错误概率，等等数据作为特征向量输入，以难度评估分数作为标注值，训练解魔方难度评估模型。
20.所述对用户解魔方的水平进行评分，还包括：
21.记录用户每一次解魔方所花费的时间，步骤数，停顿次数，步骤重复次数，是否解开等等数据，以及每一次通过解魔方难度评估模型得到的某姿态难度评估分数。将该用户的数据与该魔方姿态的相应数据一一对应相减并且乘以加权，得到每一次的解魔方的评估分数。最后将所有评估分数取平均值，得到用户解魔方的能力评分。
22.进一步可选地，所述根据评分生成等级二维码包括：
23.根据用户评分，生成对应的等级二维码。系统读取到某用户的二维码，即随机生成相应难度的魔方初始姿态和提供语音提示。当用户想要体验不同难度的魔方姿态，能够进行魔方姿态难度的调节。系统根据用户选择的解魔方难度，自动从数据库中查找对应难度评估分数的魔方姿态，并且将魔方旋转调节为相应的魔方初始姿态；包括：等级二维码的作用；魔方难度选择和调节；
24.所述等级二维码的作用，还包括：
25.系统根据用户评分，生成对应的等级二维码。等级从a到e，分别对应于60分以下，60到70,70到80,80到90,90到100。当系统读取到某用户的二维码，即为其随机生成具有与该用户等级对应难度的魔方初始姿态。同时，系统会按照二维码表示的等级提供语音提示，在用户陷入解魔方的卡顿时给予相应的提示。该二维码仅仅与用户的评分等级有关，而不包含用户的其他个人隐私信息。当用户升级到某个等级时，系统会在数据库的独立等级表中将该二维码对应的等级值进行修改。当系统读取等级二维码，系统执行数据库查询获取等级信息，用户手机端将执行页面跳转进入相应等级的游戏界面。因此当系统读取某个用户的等级二维码时，并不能判断是否属于当前登录的用户，但是依旧按照读取二维码得到的用户等级来初始化魔方的状态。
26.所述魔方难度选择和调节，还包括：
27.当用户想要体验更高或者更低难度的魔方姿态，则能够在手机端的开始界面切换到自主调节模式，进行魔方姿态难度的调节。系统会根据用户选择的解魔方难度，自动从数据库中查找对应评估分数的魔方姿态，并且通过蓝牙远程操控魔方，将魔方旋转调节为相应的魔方初始姿态。
28.更进一步的，用户可以自主设计自己想要的魔方初始姿态。系统在设置页面给用户提供一个未打乱的魔方图形，用户可以在屏幕上划动该图形来打乱魔方，设计成自己想要的姿态。然后系统查询数据库，查找该用户生成的魔方姿态对应的条目，获取到相应的难度评估分数，并且根据其分数和用户的等级来适当的提供语音提示。
29.进一步可选地，所述用户等级变动包括：
30.用户解魔方的能力评分是随着用户玩魔方的次数动态更新的。用户的等级可以通过用户玩魔方的能力评分提高，战胜等级高的用户等途径来提高。但是用户的等级也有随着后期表现不好，能力评分降低而降低。包括：用户对战时根据双方等级设置魔方初始状态；等级降低的情况；
31.所述用户对战时根据双方等级设置魔方初始状态，还包括：
32.当用户进行一人以上的比赛对战时，对战的各方互相交换自己的等级二维码。比赛中的一方将挑战符合另一方解魔方水平的魔方初始姿态。为了保证公平性，首先，系统通过各方的等级二维码得到他们的解魔方水平等级，然后每一个选手都分别与其他选手一一配对较量。当等级较低的选手战胜等级较高的选手，同时他的在赛中的评分达到标准，赛后他的等级能够上升到对方的等级。
33.所述等级降低的情况，还包括：
34.为了客观反映用户的水平，避免刷等级的情况，用户的等级并不是只能升不能降。由于用户的评分是动态变化的，当用户后期表现不好，分数太低将用户评分拉低到跌出了当前的等级，那么该用户的等级将降低一级。
35.本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
36.将玩魔方这一益智活动电子化，用户能够随时随地通过手机端远程控制魔方的转动，而不需要将魔方拿在手中操作，更加方便省事。
37.同时通过智能分析系统采集并且分析大量用户的数据，对魔方在不同状态下的难度进行量化，以及对用户的水平进行合理评估，不仅能够得知魔方各个状态的难度，还能够
适当的引导用户循序渐进解魔方的能力。
38.对用户解魔方的能力进行量化和评分，同时提供明确可实现的进阶路径。用户不仅能够通过与其他用户对战来提升水平，还能够自主设置魔方来得到自己想要的魔方初始状态，尽管该状态高于或者低于用户目前的水平。
【附图说明】
39.图1为本发明的一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法方法的流程图。
40.图2为本发明的一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法系统的结构图。
【具体实施方式】
41.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
42.图1为本发明的一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法方法流程图。如图1所示，本实施例一种基于mcu芯片的魔方转动状态智能监测方法方法与系统具体可以包括：
43.步骤101，魔方转动检测和姿态编码。
44.魔方内置九轴传感器和mcu芯片，九轴传感器检测魔方的转动，并且将魔方转动姿态进行编码，传给mcu芯片。
45.魔方转动检测。
46.9轴传感器拥有三维空间的x y z三个方向的加速度、角速度和磁场的监测功能，根据魔方转动时自身的加速度和角速度以及磁场方向，能够计算出魔方的转动情况。其中：加速度三轴监测魔方在空间的位置移动情况，角速度三轴监测魔方自身的转动变化情况，磁场三轴监测当前位置的地球磁场方向。通过魔方的加速度，角速度和磁场数据的监测，能够准确的描述魔方的转动情况。
47.魔方的姿态编码。
48.根据9轴传感器监测到的魔方转动情况对魔方的当前姿态进行编码。魔方的姿态编码根据魔方的六个面的编号来生成。例如：三阶魔方的六个面分别用1,2,3,4,5,6来表示，然后每一个面的九个格子编号为从0到8。那么三阶魔方还原状态下的编码为{10,11,12,13,14
……
65,66,67,68}。当魔方被打乱后，代表六个面的1至6和九个格子的0至8的组合也随之变化，形成相应的编码。
49.步骤102，魔方转动步骤解析。
50.9轴传感器将魔方每一步转动的姿态编码传送到内置的mcu芯片进行解析，获取魔方的每一步转动情况。然后mcu根据这些转动情况推算出还原魔方的步骤。魔方的转动情况根通过当前的姿态编码和上一个姿态编码比对来推断。
51.例如：当前的姿态编码为{20,21,22,13,14
……
65,66,67,68}，上一个姿态编码为{30,31,32,14
……
65,66,67,68}，那么通过这两个姿态编码的比对，能够反推出魔方从上一步到当前状态需要的操作为将第2面的前三个格子转动到第1面，代替上一步的第3面的前三个格子；进一步的，通过推测到的上一个姿态到目前姿态的操作，反向推测出目前姿态还原到上一个姿态需要的操作；然后根据推算出的所有的还原上一步操作，获得还原魔方
的步骤。
52.步骤103，魔方通过手机端远程操控。
53.魔方的转动正常情况下通过手机端进行操控，同样的，当用户手动操控魔方时，魔方的状态变化也会在手机端显示。魔方内置蓝牙模块，mcu通过蓝牙与手机进行通信。用户通过手机端的魔方操控界面发出操作指令，该指令通过蓝牙被魔方接收，然后mcu根据指令内容对魔方进行相应的操作。操作完成后魔方通过蓝牙向手机端反馈操作成功的提示信息，然后用户就能够进行下一步操作。
54.例如：用户在手机屏幕上操作三阶魔方的立体动画图案，当用户单个手指横向向左划过该魔方图像的第一行格子时，魔方图像的第一行格子向左转90度，模拟现实中魔方的操作和状态变化；然后手机通过蓝牙向魔方发送相应的操作指令；魔方的蓝牙接收到该指令后，通过mcu将其解析为将魔方的第一行格子向左转90度；最后魔方根据该指令内容将第一行左转90度。
55.步骤104，对用户解魔方水平进行评分。
56.建立深度学习模型对用户的解魔方水平进行评估。根据用户解魔方的情况数据，对用户解魔方的水平进行评分。
57.建立解魔方难度评估模型。
58.收集开源的大量用户通过该手机端系统解魔方的数据，训练解魔方难度评估模型。其中，以用户解魔方的成功率，平均时间，步骤数量，用户步骤错误概率，等等数据作为特征向量输入，以难度评估分数作为标注值，训练解魔方难度评估模型。例如：当魔方某个姿态的解开成功率为80％，平均时间为10分钟，最低步骤为54步，用户步骤错误概率为90％，用户解开魔方的平均步骤为98步，90％的用户会陷入停顿思考和步骤重复，那么该魔方在该姿态的难度一般，评估分数为60。
59.对用户解魔方的水平进行评分。
60.记录用户每一次解魔方所花费的时间，步骤数，停顿次数，步骤重复次数，是否解开等等数据，以及每一次通过解魔方难度评估模型得到的某姿态难度评估分数。将该用户的数据与该魔方姿态的相应数据一一对应相减并且乘以加权，得到每一次的解魔方的评估分数。最后将所有评估分数取平均值，得到用户解魔方的能力评分。例如：某个魔方的难度评估分数为60，平均时间为10分钟，最低步骤为54步，用户步骤错误概率为90％，用户解开魔方的平均步骤为98步，用户平均停顿的次数为20次，平均步骤重复次数为4次，等等；而该用户花费时间为11分钟，步骤为100步，停顿的次数为10次，平均步骤重复次数为4次；那么该用户在这一次解魔方的评价分数为：60 (10-11)x2 (98-100)x2 (20-10)x0.5 (20-4)x0.25＝63。将该用户的每一次解魔方评价分数进行汇总，得到数集{90,63,80,77,95,96}，取其平均得到83.5，那么该用户解魔方的能力评分为83.5。
61.步骤105，根据评分生成等级二维码。
62.根据用户评分，生成对应的等级二维码。系统读取到某用户的二维码，即随机生成相应难度的魔方初始姿态和提供语音提示。
63.当用户想要体验不同难度的魔方姿态，能够进行魔方姿态难度的调节。系统根据用户选择的解魔方难度，自动从数据库中查找对应难度评估分数的魔方姿态，并且将魔方旋转调节为相应的魔方初始姿态。
64.等级二维码的作用。
65.系统根据用户评分，生成对应的等级二维码。等级从a到e，分别对应于60分以下，60到70,70到80,80到90,90到100。当系统读取到某用户的二维码，即为其随机生成具有与该用户等级对应难度的魔方初始姿态。同时，系统会按照二维码表示的等级提供语音提示，在用户陷入解魔方的卡顿时给予相应的提示。该二维码仅仅与用户的评分等级有关，而不包含用户的其他个人隐私信息。当用户升级到某个等级时，系统会在数据库的等级当系统读取等级二维码，系统执行数据库查询获取等级信息，用户手机端将执行页面跳转进入相应等级的游戏界面。因此当系统读取某个用户的等级二维码时，并不能判断是否属于当前登录的用户，但是依旧按照读取二维码得到的用户等级来初始化魔方的状态。
66.例如：用户a的解魔方评分为75，那么他的等级为c级，并且其等级二维码只包含“1001”这一条信息，表示其为第1001个等级二维码，当系统读取了他的二维码，则以1001为参数执行数据库查询获取二维码表第1001行的等级值“c”；但是二维码表在数据库中独立存在，并不与用户信息相关的表关联；所以当用户a借用用户b的等级二维码，由于用户b的等级为e，系统则为用户a生成与等级e对应难度的魔方初始姿态；系统会检测用户的游戏状态，判断其是否陷入困难，并且根据情况适当提示；由于用户a挑战了e级的难度魔方关卡，系统根据e级难度来提供语音提示，因此用户a不仅要面对难度更高的魔方姿态，同时在陷入困难时更难得到系统的语音提示来帮助过关；比如a在玩c等级的关卡时，当系统检测到a重复的将某一排魔方格无意义的拨来拨去，超过10分钟没有进度，那么就会提供语音提示，像“将第三行向左扭两步试试看哦”之类的，但是当用户a体验e等级时，起码需要超过30分钟没有进展才有提示，并且提示更加简略“第三列左扭两步”。
67.魔方难度选择和调节。
68.当用户想要体验更高或者更低难度的魔方姿态，则能够在手机端的开始界面切换到自主调节模式，进行魔方姿态难度的调节。系统会根据用户选择的解魔方难度，自动从数据库中查找对应评估分数的魔方姿态，并且通过蓝牙远程操控魔方，将魔方旋转调节为相应的魔方初始姿态。例如：用户在调节进度条上滑动，随机选择72这一点，那么系统查找数据库中所有评估分数为72的魔方姿态，并且随机返回其中一个样式，然后通过蓝牙远程操控魔方，将魔方设置成该样式。
69.更进一步的，用户可以自主设计自己想要的魔方初始姿态。系统在设置页面给用户提供一个未打乱的魔方图形，用户可以在屏幕上划动该图形来打乱魔方，设计成自己想要的姿态。然后系统查询数据库，查找该用户生成的魔方姿态对应的条目，获取到相应的难度评估分数，并且根据其分数和用户的等级来适当的提供语音提示。
70.步骤106，用户等级变动。
71.用户解魔方的能力评分是随着用户玩魔方的次数动态更新的。用户的等级可以通过用户玩魔方的能力评分提高，战胜等级高的用户等途径来提高。但是用户的等级也有随着后期表现不好，能力评分降低而降低。
72.用户对战时根据双方等级设置魔方初始状态。
73.当用户进行一人以上的比赛对战时，对战的各方互相交换自己的等级二维码。比赛中的一方将挑战符合另一方解魔方水平的魔方初始姿态。为了保证公平性，首先，系统通过各方的等级二维码得到他们的解魔方水平等级，然后每一个选手都分别与其他选手一一
配对较量。当等级较低的选手战胜等级较高的选手，同时他的在赛中的评分达到标准，赛后他的等级能够上升到对方的等级。
74.例如：甲乙丙丁四人进行比赛，他们的等级分别为abcd,那么比赛次数为(4x3)/2＝6次；由于在甲乙比赛中，甲战胜了乙，同时甲在比赛中的表现数据达到了b级的要求，所以赛后甲的等级上升到b。
75.等级降低的情况。
76.为了客观反映用户的水平，避免刷等级的情况，用户的等级并不是只能升不能降。由于用户的评分是动态变化的，当用户后期表现不好，分数太低将用户评分拉低到跌出了当前的等级，那么该用户的等级将降低一级。例如：用户a的等级为d，但是他将账号给了自己的朋友用户b玩，而且用户b的水平不高，用户b玩的几个关卡的得分都低于60分，导致用户a的评分跌出了d等级的及格线，于是用户a的等级降为了c。
77.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
78.用于实现本发明进行信息控制的程序，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、python、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如c语言或类似的程序设计语言。
79.程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
80.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
81.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
82.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
83.上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。
84.而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。