運動游戲站系統(tǒng)介紹

引言

　　現(xiàn)在，有越來越多的人愿意參加體育運動，在健身車或跑步機上鍛煉身體。然而，與此同時，卻有許多孩子浪費大量時間在電視游戲上而把鍛煉身體拋之腦后。缺乏鍛煉、過多的游戲時間不僅僅使孩子們的體重增加，而且緊張刺激的游戲可能會誘發(fā)那些對光敏感而身體失調(diào)的孩子出現(xiàn)突發(fā)性痙攣(癲癇)。

　　癲癇可能由光刺激(閃爍)或空間上周期性發(fā)生的光柵引起[1]。這些光刺激被發(fā)現(xiàn)存在于多人在線角色扮演類游戲、掌上游戲、電視游戲和一些特殊的游戲控制臺中[2]。意識到這些潛在的危險后，為了保護這些特殊個體，國際組織，包括國際電信聯(lián)盟(ITU)和國際標準化組織(ISO)已經(jīng)開始為在公眾媒體上出現(xiàn)的光刺激或光柵刺激著手制定一些國際標準[1-4]。

　　飛思卡爾的工程師們設計了一個無線游戲控制器，并將它安裝在健身車上，這樣人們就可以邊玩游戲邊健身。并且，在集成了ZigBee發(fā)送接收器和三軸低重力加速度傳感器(MEMS)之后，飛思卡爾運動游戲站就被設計成為能夠偵測諸如小兒癲癇發(fā)病時的癥狀，而且能將報警信號無線傳輸給孩子的父母或照看人。這個設計理念能使視頻游戲更健康、更安全。

　　小兒癲癇病理

　　某些時候，觀看電視和視頻游戲會直接誘發(fā)感光性癲癇。1997年12月，日本報道了一個名為《寵物小精靈》的動畫片導致許多孩子出現(xiàn)突發(fā)性痙攣。進一步研究發(fā)現(xiàn)，一段節(jié)目中含有15Hz的紅藍交替閃爍光線。由此確認，之前報道提到的那些對光敏感而出現(xiàn)癲癇癥狀的孩子更容易受到閃爍的單色長光波的影響。1999年，《光敏感性癲癇和影像安全》作者得出結(jié)論：視頻游戲中的閃爍效果和50Hz間歇性光刺激(IPS)會誘使有光敏感性癲癇的游戲者出現(xiàn)癲癇癥狀[3] [5]。

　　減少小兒癲癇發(fā)病風險

　　游戲程序員可以通過以下手段幫助減少因視頻游戲而引發(fā)癲癇的風險：1)消除間歇性光刺激(IPS)，例如當深紅色和亮色這兩種亮度截然不同的光線互相變換的情形; 2)限制閃爍不超過每秒3次。

　　為了幫助游戲者減少突發(fā)癲癇的風險，癲癇病基金會推薦如下。

　　● 在光線條件好的房間里，至少坐在離屏幕2英尺處。

　　● 降低屏幕亮度。

　　● 如果孩子累了，別讓他們繼續(xù)玩游戲。

　　● 多休息，每隔一段時間讓視線離開電視屏幕;游戲中盯著屏幕時不要頻繁眨眼，這會使對光敏感的孩子更容易突發(fā)癲癇。

　　● 在游戲時可以定時交替蒙上一只眼睛。

　　● 當感覺不好或者身體開始抽搐時，立即結(jié)束游戲

　飛思卡爾運動游戲站：集鍛煉、娛樂及癲癇監(jiān)測于一體

　　SGS(運動游戲站)由兩部分組成：接收端和發(fā)送端。接收端(圖1)由一個集成了USB OTG的32位V1 ColdFire內(nèi)核的主控芯片MCF51JM128和一個短距離、低功耗、2.4GHz ISM(工控、科研和醫(yī)療)頻段的無線發(fā)送接收器MC13192組成。

　　發(fā)送端(圖2)則使用了超低功耗的8位MC9S08QE32 (S08QE32)作為主控芯片，另外搭載了一個2.4GHz的無線發(fā)送接收器MC13192和一個3軸低重力加速度傳感器MMA7260QT。[!--empirenews.page--]
作為整個系統(tǒng)的一部分 (圖3)，發(fā)送端可以安在人身上或裝在運動器材上，用來記錄并識別人體動作或器械運動。加速度傳感器就是用來探測這些運動(特別是人體動作)，將運動轉(zhuǎn)化為模擬電信號。主控芯片(S08QE32)讀取這些模擬電信號，將它們轉(zhuǎn)換為合適的鍵值。然后，MCU將這些鍵值通過SPI端口無線發(fā)送到接收端。當接收端上的無線發(fā)送接收器接收到這些鍵值數(shù)據(jù)包之時，便告知MCU(MCF51JM128)，MCU則從SPI端口讀取鍵值數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包通過USB發(fā)送給PC。這樣，PC就能將人體動作識別為簡單的鍵值。

　　在這個例子中，發(fā)送端作為傳感器感知器械運動或人體動作，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端，而接收端則作為USB人體學輸入設備(HID)——鍵盤。當接收端連接到PC時，就被認為是一個簡單的USB鍵盤，這樣就使得許多可以用鍵盤或游戲手柄玩的游戲可以使用此系統(tǒng)進行游戲。

　　對于不同的游戲控制器，此平臺可運用不同的傳感器，如簡單的按鍵或游戲手柄。例如，利用飛思卡爾三軸低重力加速度傳感器MMA726x來探測傾斜角度，可用此來控制一些著名游戲;對于健身自行車來說，則采用轉(zhuǎn)速傳感器和方向控制按鈕;對于一個格斗對戰(zhàn)游戲來說，則可利用游戲手柄來控制方向，而加速度傳感器則用來探測和識別出拳或者踢腿動作。

　　用發(fā)送端來監(jiān)測癲癇

　　作為飛思卡爾游戲運動站的重要附加值，發(fā)送端可為那些有光敏感性癲癇游戲者提供平和的心境。無需改動發(fā)送端的硬件設計，只需要加入特別設計的軟件算法即可用于監(jiān)測癲癇的發(fā)生。當有短促而強烈的電波群作用在大腦的某部分時，癲癇就可能發(fā)生。癲癇可能持續(xù)幾秒鐘到幾分鐘，其癥狀多表現(xiàn)為目光凝滯、口咽部非自主動作、運動僵硬乃至更危險的抽搐和喪失意識。

　　監(jiān)測癲癇發(fā)病時癥狀，可靠的軟件算法是必須的。設計這個特殊的算法，必須由加速度計采集足夠的癲癇發(fā)病時全身抽搐的波形樣本，才能保證監(jiān)測異常狀態(tài)的準確度。一旦癲癇信息發(fā)送到接收端時，接收端立即將信息發(fā)送至電腦，電腦上運行的程序會將文字信息發(fā)送到其父母的手機或者通過游戲控制臺發(fā)出蜂鳴報警以提示癲癇已經(jīng)發(fā)生。這些數(shù)據(jù)也可提交給神經(jīng)科醫(yī)生核實這些波形并確認任何異常狀態(tài)的發(fā)生。

　　強大的電池續(xù)航能力

　　由于運動游戲站的接收端是無線的游戲控制器，電池續(xù)航能力便成為設計的關鍵。接收端的三個主要芯片都是超低功耗設計：主控芯片S08QE32(在STOP模式下，大約消耗0.4mA)，無線傳輸接收器MC13192和低重力加速度計MMA7260(在睡眠模式下，大約消耗3mA)。另外，在幾分鐘內(nèi)如果傳感器沒有信號輸入，則接收端將自動進入休眠模式以延長電池壽命。

　　SGS固件設計

　　接收端和發(fā)送端的固件設計并不復雜(圖4)。接收端包括了USB驅(qū)動，USB-HID鍵盤協(xié)議和簡單媒體訪問控制(SMAC)協(xié)議。(更多ColdFire MCU的USB驅(qū)動和USB-HID協(xié)議，請參考www.freescale.com上的CMX_USB-LITE協(xié)議棧)

　　對于發(fā)送端來說，則需要SMAC協(xié)議棧和一個簡單用于探測傾斜角度、運動和速度信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換為鍵值或游戲手柄信號的算法。在接收端上，加速度計MMA7260QT可將其檢測到的X、Y或Z軸的傾斜信號或加速度信號以電壓的形式輸出。主控芯片S08QE32的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)則可將這些模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便識別這些運動信號。而通過SMAC協(xié)議棧，就可以方便而有效地發(fā)送或接收任何簡單數(shù)據(jù)包。

　SMAC

　　SMAC是基于IEEE 802.15.4的簡單軟件協(xié)議棧，可配合飛思卡爾8位傳輸控制器工作。SMAC可用于快速開發(fā)和系統(tǒng)評估，并可從飛思卡爾免費獲得。SMAC可方便用于實現(xiàn)Zigbee協(xié)議?；蛘咄暾?02.15.4協(xié)議層。它是那些要求僅實現(xiàn)基本傳輸傳送、低功耗多通道的小成本應用的理想選擇。更多SMAC細節(jié)，可至www.freescale.com參考SMAC協(xié)議棧參考手冊(搜索SMACRM)。

　　結(jié)論

　　運動游戲站(SGS)是由無線傳輸器(MC1319x/MC1320x家族)、免費的傳輸協(xié)議棧(SMAC)、加速度傳感器(MMA726x家族)、低功耗的8位主控芯片(S08QE家族)和具有高性能互連性的主控芯片(MCF51JM家族)等關鍵元素組成的。

　　飛思卡爾的設計者們定期地和醫(yī)療人員探討新產(chǎn)品的開發(fā)以提高人們的生活質(zhì)量，并為客戶提供廣泛技術支持。