CN105457272B - 基于脑电波控制的拳头游戏机及脑电波控制拳头的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人机交互自动控制领域，尤其涉及一种基于脑电波控制的拳头游戏机及脑电波控制拳头的方法，主要包括至少一个脑电波模块、第一通讯模块和一个拳头机，所述脑电波模块包括脑电波芯片、前额电极、耳夹电极、第一电源模块和第二通讯模块，所述前额电极和耳夹电极分别与脑电波芯片的输入端连接，所述脑电波芯片的输出端与第二通讯模块连接，所述第一电源模块为脑电波芯片提供电源，所述第二通讯模块与第一通讯模块连接；所述拳头机包括单片机、电机驱动模块、拳头装置和第二电源模块，所述单片机的输入端与第一通讯模块连接，其输出端与电机驱动模块连接，所述电机驱动模块与拳头装置连接，所述第二电源模块为单片机提供电源。

Description

基于脑电波控制的拳头游戏机及脑电波控制拳头的方法
技术领域
本发明涉及人机交互自动控制领域，尤其涉及一种基于脑电波控制的拳头游戏机及脑电波控制拳头的方法。
背景技术
目前市场上大部分对打的游戏都是手动游戏机，或者只是软件游戏，这种游戏必须手动来控制击打，时间长了身体会很累，容易让人产生乏味的感觉。为了让对打游戏更具游戏性和可玩性，一种用意念控制的拳头游戏机尤为吸引广大玩家的眼球。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具备游戏性和可玩性的基于脑电波控制的拳头游戏机及脑电波控制拳头的方法。
为实现上述目的，本发明可以通过以下技术方案予以实现：
一种基于脑电波控制的拳头游戏机，包括至少一个脑电波模块、与脑电波模块数量一致的第一通讯模块和一个拳头机，所述脑电波模块包括脑电波芯片、前额电极、耳夹电极、第一电源模块和第二通讯模块，所述前额电极和耳夹电极分别与脑电波芯片的输入端连接，所述脑电波芯片的输出端与第二通讯模块连接，所述第一电源模块为脑电波芯片提供电源，所述第二通讯模块与第一通讯模块连接；所述拳头机包括单片机、电机驱动模块、拳头装置和第二电源模块，所述单片机的输入端与第一通讯模块连接，其输出端与电机驱动模块连接，所述电机驱动模块与拳头装置连接，所述第二电源模块为单片机提供电源，所述拳头装置的数量与脑电波模块的数量一致。
进一步的，所述出拳装置包括支撑底座、电机、计数器、曲杆、直杆、连接杆和拳头套，所述电机设置在支撑底座上，所述电机的转轴的两端各与一曲杆的一端连接，每一所述曲杆的另一端与一直杆的一端连接，每一所述直杆的另一端与一连接杆的一端连接，每一所述连接杆的另一端与一拳头套连接，所述连接杆活动设置在支撑底座上，所述计数器设置在其中一曲杆上。
进一步的，所述拳头机还包括与单片机输入端连接的功能按键，通过所述功能按键选择“单人模式”和“双人模式”两种游戏模式。
进一步的，所述拳头机还包括与单片机输出端连接的语音模块。
进一步的，所述拳头机还包括与单片机输出端连接的彩灯模块，所述彩灯模块包括生命条模块和能量条模块，所述生命条模块和能量条模块各为8盏LED灯。
进一步的，所述第一通讯模块为蓝牙接收模块，所述第二通讯模块为蓝牙发送模块。
一种脑电波控制拳头的方法，包括以下步骤：
S1:采集人脑的脑电信号；
S2:将所述脑电信号做信号放大处理并输出数据包；
S3:将数据包的参数与预设值进行对比，根据对比结果生成控制指令对拳头的动作进行控制。
进一步的，步骤S1所述的脑电信号包括Delta波、Theta波、低频Alpha波、高频Alpha波、低频Beta波、高频Beta波、低频Gamma波和中频Gamma波。
进一步的，步骤S2所述的数据包包括Delta波、Theta波、低频Alpha波、高频Alpha波、低频Beta波、高频Beta波、低频Gamma波、中频Gamma波的值，以及人脑精神集中度指数和人脑精神放松度指数。
进一步的，步骤S3中，当玩家为一个时，将玩家的人脑集中度指数与预设值比较，根据比较结果生成控制指令对拳头的动作进行控制；当玩家为两个时，设置多个预设值，将两个玩家的人脑集中度指数的差值与预设值比较并将差值归入其中相应的预设值中，不同的预设值生成不同控制指令对拳头的动作进行控制。
本发明结构简单，具备游戏性和可玩性，玩家可以根据自己的意念来控制拳头的击打快慢、击打拳数，使玩家的大脑具有遥控器的功能，让玩家感觉自己有股神奇的力量充满身体。与此同时，该拳头游戏机还能进行两个玩家之间的脑电波强弱对决，体现在双方的出拳次数和最终得分上。
附图说明
图1是本发明的基于脑电波控制的拳头游戏机的结构原理图；
图2是本发明的基于脑电波控制的拳头游戏机的脑电波模块的结构图；
图3是本发明的基于脑电波控制的拳头游戏机的拳头机的结构图；
图4是本发明的基于脑电波控制的拳头游戏机的操作流程图；
图中：1-脑电波模块、11-脑电波芯片、12-前额电极、13-耳夹电极、14-第一电源模块、15-第二通讯模块、2-第一通讯模块、3-拳头机、31-单片机、32-电机驱动模块、33-拳头装置、34-第二电源模块、35-功能按键、36-语音模块、37-彩灯模块。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步的说明：
如图1～3所示，本发明所述的基于脑电波控制的拳头游戏机，主要包括至少一个脑电波模块1、与脑电波模块1数量一致的第一通讯模块2和一个拳头机3。在本实施例中，设置了两个脑电波模块1，便于双人模式使用。脑电波模块1包括脑电波芯片11、前额电极12、耳夹电极13、第一电源模块14和第二通讯模块15，这些零部件封装在一个脑电波头套中。前额电极12和耳夹电极13分别与脑电波芯片11的输入端连接，脑电波芯片11的输出端与第二通讯模块15连接，第一电源模块14为脑电波芯片11提供电源，第二通讯模块15与第一通讯模块2连接。当开启电源后，脑电波芯片11将采集到的脑电信号进行处理，通过串口以57600波特率将数据包向外实时传输。拳头机3包括单片机31、电机驱动模块32、拳头装置33和第二电源模块34。单片机31的输入端与第一通讯模块2连接，输出端与电机驱动模块32连接，电机驱动模块32与拳头装置33连接，第二电源模块34为单片机31提供电源，拳头装置33的数量与脑电波模块1的数量一致。
出拳装置33包括支撑底座、电机、计数器、曲杆、直杆、连接杆和拳头套。电机设置在支撑底座上，电机的转轴的两端各与一曲杆的一端连接，每一曲杆的另一端与一直杆的一端连接，每一直杆的另一端与一连接杆的一端连接，每一连接杆的另一端与一拳头套连接，连接杆活动设置在支撑底座上，计数器设置在其中一曲杆上。
拳头机3还包括与单片机31输入端连接的功能按键35、与单片机31输出端连接的语音模块36和彩灯模块37。通过功能按键35选择“单人模式”和“双人模式”两种游戏模式。彩灯模块37包括生命条模块和能量条模块，生命条模块和能量条模块各为8盏LED灯。
单片机31采用ATMEGA328P单片机作为数据包解释和主控系统芯片，通过串口接收来自第一通讯模块2传输过来的脑电波芯片11原始数据包，编写程序利用软件方法提取有效数据，并据此控制I/O口输出PWM波占空比和根据光遮断装置返回电平变化信息控制电机速度、转动圈数。根据功能按键35的选择确定工作模式。
第一电源模块14采用3节七号干电池进行供电。第二电源模块34采用220V和9V干电池分别供电，采用AC-DC稳压模块把220稳压9V，再通过DC-DC稳压芯片将电压降至3.3V和5V分别给单片机及其他模块供电。
优选的，第一通讯模块2为蓝牙接收模块，第二通讯模块15为蓝牙发送模块。TEAM脑电波采集芯片通过穿孔与蓝牙发送模块进行通讯并与蓝牙接收模块配对，两个蓝牙模块进行配对后，进行无线传输数据。根据游戏模式不同，选择不同蓝牙进行工作。当选择单人模式时，仅有一个蓝牙工作，接收来自一个脑电波模块1传来的数据包；当选择双人模式时候，两个蓝牙同时工作，分别接受自配对的脑电波模块1蓝牙传来的数据包。
电机驱动模块32采用9V直流电源供电，接受来自单片机31给出的信号，改变PWM端输入信号的占空比可以实现电机调速，改变EN输入端可以实现对电机启动停止的控制。
语音模块36采用语音芯片控制播放语音。单片机31给语音芯片发出指令播放第几段的语音，再通过语音芯片输出PWM控制喇叭出声。在不同阶段播放不同的语音，可以达到指导使用本装置、增强游戏效果功能。
彩灯模块37分为生命条和能量条。生命条为8盏LED灯，当玩家被对方拳头击打时，就会灭相应盏灯直到全部灯熄灭，游戏结束。能量条为8盏LED灯，通过预先评测出人脑精神集中度指数，分为8个区间，根据人脑精神集中度指数在不同的区间生成控制指令对彩灯进行控制。
本发明所述的脑电波控制拳头的方法，包括以下步骤：
S1:采集人脑的脑电信号；脑电信号包括Delta波、Theta波、低频Alpha波、高频Alpha波、低频Beta波、高频Beta波、低频Gamma波和中频Gamma波。
S2:将所述脑电信号做信号放大处理并输出数据包；数据包包括Delta波、Theta波、低频Alpha波、高频Alpha波、低频Beta波、高频Beta波、低频Gamma波、中频Gamma波的值，以及人脑精神集中度指数和人脑精神放松度指数。
S3:将数据包的参数与预设值进行对比，根据对比结果生成控制指令对拳头的动作进行控制。当玩家为一个时，将玩家的人脑集中度指数与预设值比较，根据比较结果生成控制指令对拳头的动作进行控制；当玩家为两个时，设置多个预设值，将两个玩家的人脑集中度指数的差值与预设值比较并将差值归入其中相应的预设值中，不同的预设值生成不同控制指令对拳头的动作进行控制。
本发明的使用方法如下：
基于脑电波控制的拳头游戏机的开启与关闭：首先开启拳头机3的电源开关，再打开脑电波模块1的电源开关键，并带上耳夹电极13，游戏机启动；关闭时先摘下耳夹电极13，然后关闭拳头机3电源开关键和脑电波模块1的电源开关键。
脑电波模块1与拳头机3的信号连接：
选择单人模式时，只有一个第一通讯模块2工作，第一通讯模块2红色信号灯闪烁时，信号未连接；红色信号灯长亮时，信号连接成功。
选择双人模式时，两个第一通讯模块2同时工作，第一通讯模块2红色信号灯闪烁时，信号未连接；红色信号灯长亮时，信号连接成功。
游戏模式选择：按下功能按键35，选择单人模式或双人模式。
单人模式：当功能按键35选择成单人模式时，拳头机3处于单人模式。在单人模式中，第一通讯模块2接受第二通讯模块15发送的数据包，并交给单片机31解析，提取玩家的注意力强度。预先设定一个脑电波注意力强度的值，通过单片机31提取出玩家五次的注意力强度值并将其相加，与预先设定的值比较，大于预先设定的值则玩家赢，低于预先设定的值则玩家输。若玩家输了，玩家面前的电机运作，带动拳头击打玩家脸部，同时生命条的LED熄灭一个。然后进行下一次判断，直到生命条LED全部熄灭，游戏结束，播放玩家最终得分。
双人模式：当功能按键35选择成双人模式时，拳头机3处于双人模式。在双人模式中，播放游戏音效。第一通讯模块2接受第二通讯模块15发送的数据包，并交给单片机31解析，提取玩家一、玩家二的注意力强度。预先设定六个差值区间：差值一，差值二，差值三，差值四，差值五，差值六。把玩家一的十次注意力强度相加后的值与玩家二的十次注意力强度相加后的值作差比较，确定差值在哪个预先设定值的区间。根据在不同的差值区间决定拳头出拳次数、出拳速度，由光遮断装置反馈的电平变化信息判断究竟出拳了多少次。如玩家一的注意力强度和值大于玩家二的注意力强度和值，那么玩家一将会控制玩家二面前的拳头攻击玩家二；玩家二的注意力强度和值大于玩家一的注意力强度和值，那么玩家二将会控制玩家一面前的拳头攻击玩家二，而出拳次数、出拳速度就依据差值在哪个预先设定的差值区间。玩家攻击完后，对方的生命条LED将会熄灭相对应盏灯。直到对方生命条LED8盏灯全部熄灭，游戏结束。播放胜利方和两方得分。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变和变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于脑电波控制的拳头游戏机，其特征在于：包括至少一个脑电波模块、与脑电波模块数量一致的第一通讯模块和一个拳头机，所述脑电波模块包括脑电波芯片、前额电极、耳夹电极、第一电源模块和第二通讯模块，所述前额电极和耳夹电极分别与脑电波芯片的输入端连接，所述脑电波芯片的输出端与第二通讯模块连接，所述第一电源模块为脑电波芯片提供电源，所述第二通讯模块与第一通讯模块连接；所述拳头机包括单片机、电机驱动模块、拳头装置和第二电源模块，所述单片机的输入端与第一通讯模块连接，其输出端与电机驱动模块连接，所述电机驱动模块与拳头装置连接，所述第二电源模块为单片机提供电源，所述拳头装置的数量与脑电波模块的数量一致；
所述拳头装置包括支撑底座、电机、计数器、曲杆、直杆、连接杆和拳头套，所述电机设置在支撑底座上，所述电机的转轴的两端各与一曲杆的一端连接，每一所述曲杆的另一端与一直杆的一端连接，每一所述直杆的另一端与一连接杆的一端连接，每一所述连接杆的另一端与一拳头套连接，所述连接杆活动设置在支撑底座上，所述计数器设置在其中一曲杆上。
2.根据权利要求1所述的基于脑电波控制的拳头游戏机，其特征在于：所述拳头机还包括与单片机输入端连接的功能按键，通过所述功能按键选择“单人模式”和“双人模式”两种游戏模式。
3.根据权利要求1所述的基于脑电波控制的拳头游戏机，其特征在于：所述拳头机还包括与单片机输出端连接的语音模块。
4.根据权利要求1所述的基于脑电波控制的拳头游戏机，其特征在于：所述拳头机还包括与单片机输出端连接的彩灯模块，所述彩灯模块包括生命条模块和能量条模块，所述生命条模块和能量条模块各为8盏LED灯。
5.根据权利要求1所述的基于脑电波控制的拳头游戏机，其特征在于：所述第一通讯模块为蓝牙接收模块，所述第二通讯模块为蓝牙发送模块。
6.一种脑电波控制拳头的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:采集人脑的脑电信号；
S2:将所述脑电信号做信号放大处理并输出数据包；
S3:将数据包的参数与预设值进行对比，根据对比结果生成控制指令对拳头的动作进行控制。
7.根据权利要求6所述的脑电波控制拳头的方法，其特征在于：步骤S1所述的脑电信号包括Delta波、Theta波、低频Alpha波、高频Alpha波、低频Beta波、高频Beta波、低频Gamma波和中频Gamma波。
8.根据权利要求7所述的脑电波控制拳头的方法，其特征在于：步骤S2所述的数据包包括Delta波、Theta波、低频Alpha波、高频Alpha波、低频Beta波、高频Beta波、低频Gamma波、中频Gamma波的值，以及人脑精神集中度指数和人脑精神放松度指数。
9.根据权利要求8所述的脑电波控制拳头的方法，其特征在于：步骤S3中，当玩家为一个时，将玩家的人脑集中度指数与预设值比较，根据比较结果生成控制指令对拳头的动作进行控制；当玩家为两个时，设置多个预设值，将两个玩家的人脑集中度指数的差值与预设值比较并将差值归入其中相应的预设值中，不同的预设值生成不同控制指令对拳头的动作进行控制。
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