運動游戲站

引言

　　現在，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那些對光敏感而身體失調的孩子出現突發性痙攣(癲癇)。

　　癲癇可能由光刺激(閃爍)或空間上周期性發生的光柵引起[1]。這些光刺激被發現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，包括國際電信聯盟(ITU)和國際標準化組織(ISO)已經開始為在公眾媒體上出現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突發性痙攣。進一步研究發現，一段節目中含有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癲癇癥狀[3] [5]。

　　減少小兒癲癇發病風險

　　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，立即結束游戲

　飛思卡爾運動游戲站：集鍛煉、娛樂及癲癇監測于一體

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

　　發送端(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的無線發送接收器MC13192和一個3軸低重力加速度傳感器MMA7260QT。

　　作為整個系統的一部分 (圖3)，發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，將它們轉換為合適的鍵值。然后，MCU將這些鍵值通過SPI端口無線發送到接收端。當接收端上的無線發送接收器接收到這些鍵值數據包之時，便告知MCU(MCF51JM128)，MCU則從SPI端口讀取鍵值數據包，并將數據包通過USB發送給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，發送端作為傳感器感知器械運動或人體動作，并將轉換后的數據發送給接收端，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，則采用轉速傳感器和方向控制按鈕;對于一個格斗對戰游戲來說，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。

　　用發送端來監測癲癇

　　作為飛思卡爾游戲運動站的重要附加值，發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測癲癇的發生。當有短促而強烈的電波群作用在大腦的某部分時，癲癇就可能發生。癲癇可能持續幾秒鐘到幾分鐘，其癥狀多表現為目光凝滯、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。

　　監測癲癇發病時癥狀，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病時全身抽搐的波形樣本，才能保證監測異常狀態的準確度。一旦癲癇信息發送到接收端時，接收端立即將信息發送至電腦，電腦上運行的程序會將文字信息發送到其父母的手機或者通過游戲控制臺發出蜂鳴報警以提示癲癇已經發生。這些數據也可提交給神經科醫生核實這些波形并確認任何異常狀態的發生。

　　強大的電池續航能力

　　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

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

　　對于發送端來說，則需要SMAC協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的模數轉換模塊(ADC)則可將這些模擬電壓信號轉換成數字信號，以便識別這些運動信號。而通過SMAC協議棧，就可以方便而有效地發送或接收任何簡單數據包。

　SMAC

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

　　結論

　　運動游戲站(SGS)是由無線傳輸器(MC1319x/MC1320x家族)、免費的傳輸協議棧(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療人員探討新產品的開發以提高人們的生活質量，并為客戶提供廣泛技術支持。