CN110090428A - 一种应用于跑步机的虚拟现实系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于跑步机的虚拟现实系统，涉及医疗健康技术领域。该系统包括速度及坡度采集部分、核心处理器部分、手机和虚拟眼镜，速度及坡度采集部分采用倾角传感器检测到跑步机履带坡度、光电传感器收集履带转速脉冲，输入到核心处理器，将脉冲信号转为速度信息，发送给蓝牙HID键盘模块前进及速度信号，蓝牙HID键盘模块向手机发送控制指令和速度信号，控制虚拟场景的变换，手机中通过unity3D设置好虚拟场景；核心处理器检测到转向低电平信号时，给蓝牙HID键盘模块发送转向信号。本发明能提高使用者在使用跑步机时的沉浸度并增加锻炼时的乐趣，在一定程度上减轻使用者由于枯燥而产生的疲劳感，改善使用者心情状态。

Description

一种应用于跑步机的虚拟现实系统
技术领域
本发明涉及医疗健康技术领域，尤其涉及一种应用于跑步机的虚拟现实系统。
背景技术
目前，随着生活水平的日益提高，工作压力的增大以及各种交通工具的普及，人们户外运动的时间越来越少，导致人们身体健康状况的下滑。因此健身就成为必要的一种大众习惯。跑步机是健身房中最常用的健身项目之一，因简单易用而且极其有效使其成为很多人的健身房必做运动。跑步机能够在教练和伙伴互相鼓励中进行有节奏负荷的有氧运动，在消耗能量的同时达到减脂的目的。但是尽管如此，还是有些枯燥乏味。
虚拟现实技术：简称VR技术，也称灵镜技术或人工环境，是利用电脑模拟产生的一个三维空间虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以实时、没有限制地观察三度空间内的事物。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种应用于跑步机的虚拟现实系统，能提高使用者在使用跑步机时的沉浸度并增加锻炼时的乐趣，并可以在一定程度上减轻使用者由于枯燥而产生的疲劳感，改善使用者的心情状态。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种应用于跑步机的虚拟现实系统，包括速度及坡度采集部分、核心处理器部分、手机部分和虚拟眼镜部分；
速度及坡度采集部分包括健身房普通跑步机和测速模块和转向按钮，所述测速模块包括 ADXL345倾角传感器、QT30CM对射光电传感器和镶嵌遮光片的橡胶轮；所述测速模块的倾角传感器和对射光电传感器均与核心处理器部分连接，并同时安装在一个简易盒中，简易盒固定放置在跑步机跑板上，橡胶轮接触跑步机履带，并与履带转动方向保持一致；转向按钮固定在跑步机扶手上；利用光电传感器收集跑步机履带转速脉冲，输出低电平脉冲数据，倾角传感器检测到跑步机履带的坡度，输出16位二进制补码数据；运动时，光电传感器检测到橡胶轮带动遮光片转动遮住光电传感器的脉冲，并将脉冲信号和角度信号输入到核心处理器；转向按钮为通断按钮，接在stm32处理器的低电平串口上，当触发转向按钮时，串口端会检测到一个下降沿，从而将按钮触发后的低电平信号发送至stm32处理器；
核心处理器部分包括stm32处理器、XM-04-HID-K蓝牙HID键盘模块；stm32处理器接收到光电传感器采集到的脉冲信号时，对脉冲信号进行计数，并通过计算将其转化为速度信息存储在stm32处理器自带的存储器中，然后给蓝牙HID键盘模块发送前进及速度信号；当 stm32处理器接收到转向信号时，给蓝牙HID键盘模块发送转向信号；蓝牙HID键盘模块内置封装好的蓝牙协议，能够向匹配的设备发送按键，控制虚拟场景的变换；在开启时会分析倾角传感器传来的跑步机坡度信息，并通过蓝牙HID键盘模块发到匹配的设备上；
手机部分包括三星S6或后续系列型号手机或支持虚拟场景的普通安卓手机；通过unity3D设置好虚拟场景导入到手机部分；手机部分通过蓝牙与核心处理部分相连；
虚拟眼镜部分包括三星Gear VR或其他型号纸盒VR；将手机放置到虚拟眼镜中，用于将手机中的虚拟场景呈现出3D效果，使用时由使用者将虚拟眼镜部分戴在头上。
进一步地，所述stm32处理器通过RX、TX分别与蓝牙HID键盘模块TX、RX连接，并将速度数据以8位的形式循环发送给蓝牙HID键盘模块。
进一步地，所述手机部分中导入的虚拟场景为模拟跑酷游戏，设有3条不同的跑道和三种具有不同技能的游戏角色，比赛模式包括计时模式、有AI追赶的无尽模式和金币手机模式；当手机部分接收到蓝牙HID键盘模块发送来的控制指令和速度信号时，控制虚拟场景及其中游戏角色的移动。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的应用于跑步机的虚拟现实系统，通过模拟使用者现实跑步机的坡度以及植入有趣的跑酷游戏的模式，提高使用者在使用跑步机时的沉浸度并增加锻炼时的乐趣，并可以在一定程度上减轻使用者由于枯燥而产生的疲劳感，改善使用者的心情状态，而且通过手机部分中场景里编写好的各种游戏模式，更加提升使用跑步机的乐趣，让使用者爱上锻炼，对使用者的身体健康有一定的帮助。
附图说明
图1为本发明实施例提供的应用于跑步机的虚拟现实系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种应用于跑步机的虚拟现实系统，如图1所示，包括速度及坡度采集部分、核心处理器部分、手机部分和虚拟眼镜部分。
速度及坡度采集部分包括健身房普通跑步机和测速模块和转向按钮，测速模块包括 ADXL345倾角传感器、QT30CM对射光电传感器和镶嵌遮光片的橡胶轮；倾角传感器和对射光电传感器均与核心处理器部分连接，并同时安装在一个简易盒中，简易盒固定放置在跑步机跑板上。橡胶轮接触跑步机履带，并与履带转动方向保持一致。转向按钮固定在跑步机扶手上。利用光电传感器收集转速脉冲，输出低电平脉冲数据，倾角传感器检测到跑步机履带的坡度，输出16位二进制补码数据。运动时，光电传感器检测到橡胶轮带动遮光片转动遮住光电传感器的脉冲，并将脉冲信号和角度信号输入到核心处理器。转向按钮为通断按钮，接在stm32处理器的低电平串口上，当触发转向按钮时，串口端会检测到一个下降沿，从而将按钮触发后的低电平信号发送至stm32处理器。
核心处理器部分包括stm32处理器、XM-04-HID-K蓝牙HID键盘模块；stm32处理器接收到光电传感器采集到的脉冲信号时，对脉冲信号进行计数，并通过计算将其转化为速度信息存储在stm32处理器自带的存储器中，然后给蓝牙HID键盘模块发送前进及速度信号。编写的读写程序通过I2C总线协议访问stm32处理器的存储器，从而能够将速度数据从储存器中读取出来。stm32处理器通过RX、TX分别与蓝牙HID键盘模块TX、RX连接，并将速度数据以8位的形式循环发送给蓝牙HID键盘模块。当stm32处理器接收到转向信号时，给蓝牙HID键盘模块发送转向信号；蓝牙HID键盘模块内置封装好的蓝牙协议，能够向匹配的设备发送按键，控制虚拟场景的变换；在开启时会分析倾角传感器传来的跑步机坡度信息，并通过蓝牙HID键盘模块发到匹配的设备上。
手机部分包括三星S6或后续系列型号手机或支持虚拟场景的普通安卓手机，手机部分通过蓝牙与核心处理部分相连。通过unity3D设置好虚拟场景导入到手机部分。虚拟场景为模拟跑酷游戏，设有3条不同的跑道和三种具有不同技能的游戏角色，比赛模式包括计时模式、有AI追赶的无尽模式和金币手机模式；当手机部分接收到蓝牙HID键盘模块发送来的控制指令和速度信号时，控制虚拟场景及其中游戏角色的移动。
虚拟眼镜部分包括三星Gear VR或其他型号纸盒VR；将手机放置到虚拟眼镜中，用于将手机中的虚拟场景呈现出3D效果，使用时由使用者将虚拟眼镜部分戴在头上。
使用本发明提供的跑步机的虚拟现实系统时，使用者打开软件、安装好眼镜、速度及坡度采集部分、操控按钮之后，打开核心处理器，带上虚拟眼镜，双手保证能够触碰到转向按钮，以便能够随着虚拟场景中的景象进行控制，设置好的蓝牙HID键盘模块会自动连接至眼镜设备端。
初始化以及设置的参数通过stm32处理器的IIC串行总线将数据发送至测速模块，倾角传感器测得的倾角通过蓝牙发送到手机上，手机里的虚拟场景调整到合适坡度，然后使用者开始跑步。stm32处理器接收到光电传感器采集到的脉冲信号时，对脉冲信号进行计数，并通过计算将其转化为速度信息存储在stm32处理器自带的存储器中，然后给蓝牙HID键盘模块发送前进信号。编写的读写程序通过I2C总线协议访问stm32处理器的存储器，从而能够将速度数据从储存器中读取出来。stm32处理器通过RX、TX分别与蓝牙HID键盘模块TX、 RX连接，并将速度数据以8位的形式循环发送给蓝牙HID键盘模块。如果跑步过程中按了转向按钮，系统通过对串口的下降沿检测，将转向复位信号读取至核心处理器，然后通过USART的RX、TX串口将数据发送至蓝牙HID键盘模块的TX、RX端口，蓝牙HID键盘模块通过蓝牙协议对虚拟手机端进行信号输入。
对于不同速度、转向信息，核心处理器在编写好的程序处理后会通过蓝牙HID键盘模块已经内置的蓝牙协议发送不同代码即可发送所需要的按键。在接收到来自蓝牙HID键盘模块的不同按键指令后，手机端对已经由unity3D导入的虚拟场景会随着键盘指令做出相应改变。
虚拟场景会中的坡度会根据跑步机的坡度进行调整，增强沉浸感，并且同时场景中会有不同比赛模式和不同奖励，使用者通过控制方向以类似跑酷的方式获取游戏道具，在赢得比赛后，触发场景彩蛋，并赠送玩家游戏虚拟货币，可以用虚拟货币购买更多的场景以及游戏角色，玩家会获得沉浸以及激励感，更加热衷于本系统跑步机的使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种应用于跑步机的虚拟现实系统，其特征在于：包括速度及坡度采集部分、核心处理器部分、手机部分和虚拟眼镜部分；
速度及坡度采集部分包括健身房普通跑步机和测速模块和转向按钮，所述测速模块包括ADXL345倾角传感器、QT30CM对射光电传感器和镶嵌遮光片的橡胶轮；所述测速模块的倾角传感器和对射光电传感器均与核心处理器部分连接，并同时安装在一个简易盒中，简易盒固定放置在跑步机跑板上，橡胶轮接触跑步机履带，并与履带转动方向保持一致；转向按钮固定在跑步机扶手上；利用光电传感器收集跑步机履带转速脉冲，输出低电平脉冲数据，倾角传感器检测到跑步机履带的坡度，输出16位二进制补码数据；运动时，光电传感器检测到橡胶轮带动遮光片转动遮住光电传感器的脉冲，并将脉冲信号和角度信号输入到核心处理器；转向按钮为通断按钮，接在stm32处理器的低电平串口上，当触发转向按钮时，串口端会检测到一个下降沿，从而将按钮触发后的低电平信号发送至stm32处理器；
核心处理器部分包括stm32处理器、XM-04-HID-K蓝牙HID键盘模块；stm32处理器接收到光电传感器采集到的脉冲信号时，对脉冲信号进行计数，并通过计算将其转化为速度信息存储在stm32处理器自带的存储器中，然后给蓝牙HID键盘模块发送前进及速度信号；当stm32处理器接收到转向信号时，给蓝牙HID键盘模块发送转向信号；蓝牙HID键盘模块内置封装好的蓝牙协议，能够向匹配的设备发送按键，控制虚拟场景的变换；在开启时会分析倾角传感器传来的跑步机坡度信息，并通过蓝牙HID键盘模块发到匹配的设备上；
手机部分包括三星S6或后续系列型号手机或支持虚拟场景的普通安卓手机；通过unity3D设置好虚拟场景导入到手机部分；手机部分通过蓝牙与核心处理部分相连；
虚拟眼镜部分包括三星Gear VR或其他型号纸盒VR；将手机放置到虚拟眼镜中，用于将手机中的虚拟场景呈现出3D效果，使用时由使用者将虚拟眼镜部分戴在头上。
2.根据权利要求1所述的应用于跑步机的虚拟现实系统，其特征在于：所述stm32处理器通过RX、TX分别与蓝牙HID键盘模块TX、RX连接，并将速度数据以8位的形式循环发送给蓝牙HID键盘模块。
3.根据权利要求1所述的应用于跑步机的虚拟现实系统，其特征在于：所述手机部分中导入的虚拟场景为模拟跑酷游戏，设有3条不同的跑道和三种具有不同技能的游戏角色，比赛模式包括计时模式、有AI追赶的无尽模式和金币手机模式；当手机部分接收到蓝牙HID键盘模块发送来的控制指令和速度信号时，控制虚拟场景及其中游戏角色的移动。
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