運(yùn)動(dòng)游戲站系統(tǒng)介紹

引言

　　現(xiàn)在，有越來(lái)越多的人愿意參加體育運(yùn)動(dòng)，在健身車或跑步機(jī)上鍛煉身體。然而，與此同時(shí)，卻有許多孩子浪費(fèi)大量時(shí)間在電視游戲上而把鍛煉身體拋之腦后。缺乏鍛煉、過(guò)多的游戲時(shí)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(huì)誘發(fā)那些對(duì)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(tái)中[2]。意識(shí)到這些潛在的危險(xiǎn)后，為了保護(hù)這些特殊個(gè)體，國(guó)際組織，包括國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已經(jīng)開(kāi)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[1-4]。

　　飛思卡爾的工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)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(yùn)動(dòng)游戲站就被設(shè)計(jì)成為能夠偵測(cè)諸如小兒癲癇發(fā)病時(shí)的癥狀，而且能將報(bào)警信號(hào)無(wú)線傳輸給孩子的父母或照看人。這個(gè)設(shè)計(jì)理念能使視頻游戲更健康、更安全。

　　小兒癲癇病理

　　某些時(shí)候，觀看電視和視頻游戲會(huì)直接誘發(fā)感光性癲癇。1997年12月，日本報(bào)道了一個(gè)名為《寵物小精靈》的動(dòng)畫(huà)片導(dǎo)致許多孩子出現(xiàn)突發(fā)性痙攣。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，一段節(jié)目中含有15Hz的紅藍(lán)交替閃爍光線。由此確認(rèn)，之前報(bào)道提到的那些對(duì)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(zhǎng)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(huì)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(fēng)險(xiǎn)

　　游戲程序員可以通過(guò)以下手段幫助減少因視頻游戲而引發(fā)癲癇的風(fēng)險(xiǎn)：1)消除間歇性光刺激(IPS)，例如當(dāng)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(guò)每秒3次。

　　為了幫助游戲者減少突發(fā)癲癇的風(fēng)險(xiǎn)，癲癇病基金會(huì)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(shí)間讓視線離開(kāi)電視屏幕;游戲中盯著屏幕時(shí)不要頻繁眨眼，這會(huì)使對(duì)光敏感的孩子更容易突發(fā)癲癇。

　　● 在游戲時(shí)可以定時(shí)交替蒙上一只眼睛。

　　● 當(dāng)感覺(jué)不好或者身體開(kāi)始抽搐時(shí)，立即結(jié)束游戲

　飛思卡爾運(yùn)動(dòng)游戲站：集鍛煉、娛樂(lè)及癲癇監(jiān)測(cè)于一體

　　SGS(運(yùn)動(dòng)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(gè)集成了USB OTG的32位V1 ColdFire內(nèi)核的主控芯片MCF51JM128和一個(gè)短距離、低功耗、2.4GHz ISM(工控、科研和醫(yī)療)頻段的無(wú)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(gè)2.4GHz的無(wú)線發(fā)送接收器MC13192和一個(gè)3軸低重力加速度傳感器MMA7260QT。[!--empirenews.page--]
作為整個(gè)系統(tǒng)的一部分 (圖3)，發(fā)送端可以安在人身上或裝在運(yùn)動(dòng)器材上，用來(lái)記錄并識(shí)別人體動(dòng)作或器械運(yùn)動(dòng)。加速度傳感器就是用來(lái)探測(cè)這些運(yùn)動(dòng)(特別是人體動(dòng)作)，將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)。主控芯片(S08QE32)讀取這些模擬電信號(hào)，將它們轉(zhuǎn)換為合適的鍵值。然后，MCU將這些鍵值通過(guò)SPI端口無(wú)線發(fā)送到接收端。當(dāng)接收端上的無(wú)線發(fā)送接收器接收到這些鍵值數(shù)據(jù)包之時(shí)，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(guò)USB發(fā)送給PC。這樣，PC就能將人體動(dòng)作識(shí)別為簡(jiǎn)單的鍵值。

　　在這個(gè)例子中，發(fā)送端作為傳感器感知器械運(yùn)動(dòng)或人體動(dòng)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(xué)輸入設(shè)備(HID)——鍵盤(pán)。當(dāng)接收端連接到PC時(shí)，就被認(rèn)為是一個(gè)簡(jiǎn)單的USB鍵盤(pán)，這樣就使得許多可以用鍵盤(pán)或游戲手柄玩的游戲可以使用此系統(tǒng)進(jìn)行游戲。

　　對(duì)于不同的游戲控制器，此平臺(tái)可運(yùn)用不同的傳感器，如簡(jiǎn)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(lái)探測(cè)傾斜角度，可用此來(lái)控制一些著名游戲;對(duì)于健身自行車來(lái)說(shuō)，則采用轉(zhuǎn)速傳感器和方向控制按鈕;對(duì)于一個(gè)格斗對(duì)戰(zhàn)游戲來(lái)說(shuō)，則可利用游戲手柄來(lái)控制方向，而加速度傳感器則用來(lái)探測(cè)和識(shí)別出拳或者踢腿動(dòng)作。

　　用發(fā)送端來(lái)監(jiān)測(cè)癲癇

　　作為飛思卡爾游戲運(yùn)動(dòng)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(wú)需改動(dòng)發(fā)送端的硬件設(shè)計(jì)，只需要加入特別設(shè)計(jì)的軟件算法即可用于監(jiān)測(cè)癲癇的發(fā)生。當(dāng)有短促而強(qiáng)烈的電波群作用在大腦的某部分時(shí)，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(dòng)作、運(yùn)動(dòng)僵硬乃至更危險(xiǎn)的抽搐和喪失意識(shí)。

　　監(jiān)測(cè)癲癇發(fā)病時(shí)癥狀，可靠的軟件算法是必須的。設(shè)計(jì)這個(gè)特殊的算法，必須由加速度計(jì)采集足夠的癲癇發(fā)病時(shí)全身抽搐的波形樣本，才能保證監(jiān)測(cè)異常狀態(tài)的準(zhǔn)確度。一旦癲癇信息發(fā)送到接收端時(shí)，接收端立即將信息發(fā)送至電腦，電腦上運(yùn)行的程序會(huì)將文字信息發(fā)送到其父母的手機(jī)或者通過(guò)游戲控制臺(tái)發(fā)出蜂鳴報(bào)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(shí)這些波形并確認(rèn)任何異常狀態(tài)的發(fā)生。

　　強(qiáng)大的電池續(xù)航能力

　　由于運(yùn)動(dòng)游戲站的接收端是無(wú)線的游戲控制器，電池續(xù)航能力便成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。接收端的三個(gè)主要芯片都是超低功耗設(shè)計(jì)：主控芯片S08QE32(在STOP模式下，大約消耗0.4mA)，無(wú)線傳輸接收器MC13192和低重力加速度計(jì)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(méi)有信號(hào)輸入，則接收端將自動(dòng)進(jìn)入休眠模式以延長(zhǎng)電池壽命。

　　SGS固件設(shè)計(jì)

　　接收端和發(fā)送端的固件設(shè)計(jì)并不復(fù)雜(圖4)。接收端包括了USB驅(qū)動(dòng)，USB-HID鍵盤(pán)協(xié)議和簡(jiǎn)單媒體訪問(wèn)控制(SMAC)協(xié)議。(更多ColdFire MCU的USB驅(qū)動(dòng)和USB-HID協(xié)議，請(qǐng)參考www.freescale.com上的CMX_USB-LITE協(xié)議棧)

　　對(duì)于發(fā)送端來(lái)說(shuō)，則需要SMAC協(xié)議棧和一個(gè)簡(jiǎn)單用于探測(cè)傾斜角度、運(yùn)動(dòng)和速度信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為鍵值或游戲手柄信號(hào)的算法。在接收端上，加速度計(jì)MMA7260QT可將其檢測(cè)到的X、Y或Z軸的傾斜信號(hào)或加速度信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便識(shí)別這些運(yùn)動(dòng)信號(hào)。而通過(guò)SMAC協(xié)議棧，就可以方便而有效地發(fā)送或接收任何簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)包。

　SMAC

　　SMAC是基于IEEE 802.15.4的簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)和系統(tǒng)評(píng)估，并可從飛思卡爾免費(fèi)獲得。SMAC可方便用于實(shí)現(xiàn)Zigbee協(xié)議?；蛘咄暾?02.15.4協(xié)議層。它是那些要求僅實(shí)現(xiàn)基本傳輸傳送、低功耗多通道的小成本應(yīng)用的理想選擇。更多SMAC細(xì)節(jié)，可至www.freescale.com參考SMAC協(xié)議棧參考手冊(cè)(搜索SMACRM)。

　　結(jié)論

　　運(yùn)動(dòng)游戲站(SGS)是由無(wú)線傳輸器(MC1319x/MC1320x家族)、免費(fèi)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(guān)鍵元素組成的。

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