3运动心率与心率反馈控制.docVIP

摘 要 近年来，许多青少年沉溺于电脑游戏而缺乏体育锻炼，这种现象已经在一定程度上对青少年的身心健康造成损害，引起了社会各界的广泛关注。本课题研究通过游戏者的肢体运动来操控计算机游戏，并以心率反馈控制的方式对游戏者的运动强度进行限定，避免剧烈运动造成身体伤害，在有限时间内使锻炼达到最佳效果，将体育锻炼有机的融入到计算机游戏中去，尝试从一个新的角度解决玩耍游戏过渡而缺乏体育锻炼的问题。 本系统具有以下两个主要特点：1.采用地磁传感器和加速度传感器检测游戏者的姿态和运动信息，经过单片机系统处理后将信号以无线方式发送至PC计算机中控制游戏进行。将计算机游戏与体育锻炼直接联系起来，玩游戏不再是坐着不动，运动锻炼也更富于趣味性； 2.使用心率检测装置对游戏者心率信息进行检测并传送至单片机进行分析计算，根据游戏者心率变化的情况调整游戏难度，从而间接的调整运动剧烈程度，避免对游戏者身体造成伤害。 本验证系统选用的是经修改的“小球打砖块”的游戏（实际开发时可开发其它更复杂或更有趣的游戏）。系统的游戏软件部分安装在PC计算机上，游戏者则身背装有单片机系统的背包，通过不断左右挥舞装有传感器的手臂，使游戏画面下方的挡板左右移动以接住小球（控制信号通过背包内的单片机系统处理后，由无线发射模块发射到个人电脑）。挡板接住小球后，游戏者必须在限定时间内跳起，背包中单片机系统上的加速度传感器检测到信号后，将小球发射出去击打游戏画面上方的砖块。当砖块被击中时，电脑立即发出得分的鼓励音效，并记录得分。另一方面，固定在游戏者身体上的心率传感器则不断检测其心率，背包中的单片机将根据游戏者锻炼时心率变化的情况，控制调节游戏难度（球速度），合理的控制游戏者的运动量，使其达到理想的锻炼效果。 目 录项目简介 3 1.1 作品设计想法来源 3 1.2 作品功能简介 3 1.3 作品的创新点及难点 3 2系统的总体结构 4 2.1系统的总体结构构成 4 2.2 系统功能模块及相互之间的关系 5 3 运动心率与心率反馈控制 6 3.1 心率控制标准的设定 6 3.2 心率反馈控制原理 7 3.3 心率信号的采集 7 4 运动姿态定位及加速度检测 10 4.1 超声波定位研究 10 4.1.1 蜂鸣器 13 4.1.2 大功率超声波换能器 13 4.2 地磁定位研究 14 5 软件修改及编写 17 6 结论 19 7 参考资料： 20 1 项目简介 1.1 作品设计想法来源 当前，大量的青少年朋友因沉溺电脑游戏而缺乏体育锻炼，这种状况已经引起了社会各界的广泛关注。 为什么计算机游戏有那么大的魔力，能够把大家都吸引过去呢？我看到不少同学玩手机游戏，注意到这类游戏吸引人们的亮点主要是它刺激的音效及精致多变的游戏画面。手机上的小游戏使我得到启发，我考虑设计一种新的通过身体姿态变化控制游戏的系统，它必须要通过人的不断运动才能玩得下去，这样人们就不至于因为静坐不动地玩游戏而缺乏锻炼了。 另一方面，必威体育精装版研究证明，剧烈运动可致贫血等疾病，适度运动却能有效改善项目参加者的甘油三酸脂和“好”胆固醇(高密度脂蛋白)的水平，对心脏很好。因此对运动的强度调控显得很重要。因此，我考虑在系统设计时还必须对运动的剧烈程度进行合理的控制。 我把自己的这种想法告诉了爸爸、妈妈和学校老师，得到了他们的积极鼓励，于是我利用自己的课余时间和假期，学习跟系统开发有关的知识，着手进行研究开发工作，最终完成了作品的研发工作。 1.2 作品功能简介 作品命名为“以心率为基础的反馈控制电脑游戏及体育运动组合锻炼系统”，由姿态监控系统、心率反馈控制系统和电脑游戏系统三部分共同组成。姿态监控系统监控人体姿态及运动变化，以控制电脑游戏运行；心率反馈控制系统用于监控游戏者的心率变化，并据此调整游戏难度，从而间接调整运动剧烈程度，达到最佳锻炼效果。 1.3 作品的创新点及难点 本项目作品的主要创新点在于使用心率反馈控制系统对运动的剧烈程度进行控制，心率传感器将检测到的游戏者心率信息不断地传送至单片机进行分析计算，根据不同游戏者预先设定的心率值，为其调整游戏难度从而间接地调整他所适合的最佳运动量。而传统运动无心率反馈控制系统，没有对心率进行监测，也没有考虑对运动量进行调整，当运动过于剧烈或运动量过量时，容易对身体造成伤害。 本项目的技术难点还包括：1.以单片机技术为核心的系统部件应用，提高了整套系统的技术应用水平；2.使用双轴地磁传感器和加速度传感器对游戏者的运动信息进行检测，经过单片机系统处理后将信号以无线方式发送至PC计算机中控制游戏进行，实现了对游戏者运动信息的准确捕捉和处理。 2系统的总体结构 本游戏及运动组合锻炼系统总体结构如图2所示：①为心率采样单片机A；②为游戏控制及心率反馈控制单片机B；③为PC计算机（PC机）；④为心率检