生理信號控制的模擬射擊裝置的製作方法

2023-07-09 19:47:06 1

專利名稱：生理信號控制的模擬射擊裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬射擊裝置，尤其涉及一種用生理信號控制的模擬射擊裝置。這種裝置由遊戲者生理信號採集、分析、計算裝置和模擬射擊裝置兩大部分組成，通過將遊戲者生理狀態改變的程度換算成相應指令，控制遊戲者單位時間內可以射擊的次數，以此控制遊戲者在單位時間內擊中目標的數量。該裝置可以提高模擬射擊遊戲的趣味性和競爭性，並幫助遊戲者掌握控制自身生理信號的技巧和方法。
背景技術：
模擬射擊遊戲是一種普及型的遊戲娛樂方法，深受大眾歡迎，廣泛存在於各類娛樂場所。目前的模擬射擊遊戲，大多是個人模擬射擊，以個人瞄準的準確性和敏捷程度作為遊戲獲勝的指標，互動性射擊遊戲相對較少。遊戲缺少互動性，缺乏變化。而電視遊戲機上的模擬射擊遊戲雖然種類繁多，畫面豐富多彩，但其遊戲局限於屏幕上，缺乏戰爭中的人與人直接面對射擊時所具有的高度競爭性和刺激性。
目前絕大多數的模擬射擊遊戲裝置，都是採用手動控制，以培養遊戲者個人手部的靈活性和敏捷性為目標，忽視了遊戲者心智狀態、意識狀態的訓練。

發明內容
為了克服現有技術的不足之處，本發明提出一種新型的模擬射擊裝置。
這種模擬射擊裝置的特徵是，一種用生理信號控制的模擬射擊裝置。這種裝置由遊戲者生理信號採集、分析、計算裝置和模擬射擊裝置兩大部分組成，通過將遊戲者生理狀態改變的程度換算成相應指令，控制遊戲者單位時間內可以射擊的次數，以此控制遊戲者在單位時間內擊中目標的數量。該裝置可以提高模擬射擊遊戲的趣味性和競爭性，並幫助遊戲者掌握控制自身生理信號的技巧和方法。
本發明的技術特徵是，在遊戲過程中持續監測遊戲者的一種或多種生理信號，將採集的生理信號進行放大、調理、A/D轉換成數位訊號後，採用計算機裝置和專用軟體對生理信號進行處理、分析、計算，將計算結果與遊戲者生理信號基線值進行對比，計算代表遊戲者生理信號改變程度的倍增因子，並將後者轉化為輸出指令，傳輸到模擬射擊裝置中雷射或紅外線發射模塊中的控制部分，控制單位時間遊戲者射擊次數，從而控制遊戲者得分和得勝率。
應用於本發明裝置控制的生理信號，可以是人體各種形式的體表生理信號，包括脈搏波信號、心電信號、腦電信號、肌電信號、皮膚電信號、呼吸信號、體表溫度信號、血壓信號、血氧飽和度信號、眼電信號、眼球運動信號等生理信號。上述生理信號可以採用相應的專用生理信號傳感器採集。這種由生理信號傳感器採集的生物電信號或非電信號，通過傳感器轉變成標準電信號進行進一步放大、調理。本發明裝置中生理信號採集模塊由上述各種通用型或專用型生理信號傳感器構成。
本發明裝置用於監測遊戲者生理信號的各項指標是以觀察人體生理放鬆狀態為標準的，這些指標可以是監測脈搏波或心電波形中RR-50數量、PP-50數量、LH分量、HF分量或LF/HF比值、單位時間內心率的變化、呼吸頻率或呼吸幅度變化、肌電信號變化、腦電α波數量變化、體表溫度變化、皮膚電傳導率變化、血壓變化、血氧飽和度改變、單位時間內氧氣和二氧化碳含量的改變等。最佳的選擇是生理信號傳感器容易佩戴，不影響遊戲者活動，不增加遊戲者痛苦，指標穩定可靠，重複性強，容易測試、分析對比的生理信號類型。此外，由於不同生理信號的生物反饋控制難度不一致，考慮到初學者和新手掌握難易程度，可以從最簡單的呼吸生物反饋訓練開始，讓遊戲者有一定理解和認識後，採用脈搏波傳感器監測RR-50數量，逐步發展到測試肌電信號、皮電信號、皮膚溫度信號，最後採用腦電信號生物反饋。也可以根據遊戲者個人健康狀態，選擇最適合遊戲者個人的生物反饋形式。採集的生理信號進行前置放大、工頻濾波、A/D轉換成數位訊號，通過計算機接口電路將數位訊號輸出至計算機裝置。
本發明裝置中的生理信號放大調理模塊，由生物電信號放大器、A/D轉換器、計算機接口電路組成，根據不同類型的生理信號，可以選用不同類型的專用或通用生物電放大器。放大器通常由高共模抑制比的儀表放大器組成。A/D轉換器可以採用8位、12位或16位A/D轉換器，根據不同的採樣率及精確度而選擇。計算機接口電路，可以採用多種接口方式，包括USB接口方式，RS232接口方式，或者採用直接計算機串行接口或者並行接口方式輸出數位訊號到計算機。生理信號放大調理模塊，可以採用市售通用型信號調理板和數據採集板，也可以根據生理信號的類型，自行設計，製造專用特殊用途的裝置。上述的生理信號放大、調理模塊將採集的生理信號進行前置放大、工頻濾波、A/D轉換成數位訊號，通過計算機接口電路，將數位訊號輸出至計算機裝置。
本發明裝置中的生理信號處理、分析、計算、貯存模塊，是多種形式的計算機裝置，由中央處理器(CPU)，程序貯存器(RAM)，數據貯存器(ROM)構成，可以是任何形式的計算機裝置，包括桌上型電腦、筆記本電腦、手掌式電腦(PDA)、單片電腦或單板電腦、工業控制電腦等。這些計算機裝置配備必要的輸入、輸出裝置、控制裝置、多媒體裝置和作業系統軟體以及專用信號輸入、處理、分析、計算、控制軟體，根據不同的生理信號及不同的遊戲裝置、博彩裝置選擇合適的計算機裝置。生理信號處理、分析、計算、貯存模塊，接受輸入的生理信號，對輸入的生理信號進行各種處理，將處理的信號採用專門的工具進行分析，將分析的信號貯存，並與貯存在數據貯存模塊中的生理信號基線數值進行對比計算，計算出倍增因子及其級別，以聲光模式，通過多媒體裝置，顯示即時的倍增因子級別及其標記。同時將倍增因子級別，轉化為數位訊號，輸出至控制單位時間內射擊次數。
本發明的技術特徵是，通過監測、計算遊戲者遊戲時生理狀態的改變程度來決定遊戲者的得分或勝負。這個數值是通過測量遊戲者遊戲時的生理信號數值，並將其與遊戲者生理信號基線值相對比，計算出倍增因子，以此代表遊戲者當時生理狀態改變的程度，並將倍增因子級別轉化為數字或模擬控制指令，控制遊戲者的得分率或得勝率。遊戲者遊戲時生理信號改變的幅度與遊戲者的得勝率或得分率呈線性關係，遊戲者遊戲時生理狀態越放鬆，越處於鬆弛狀態，遊戲者得分率和得勝率就越高。反之，遊戲者遊戲時生理狀態越緊張，越處於緊張狀態，遊戲者的得分率和得勝率就越低。
本發明的技術特徵是，本發明裝置中採用的遊戲者的生理信號基線值是監測遊戲者生理狀態改變的基礎和參考對比數值。基線值測量的準確程度直接影響監測結果的準確性。遊戲者基線值的測試方法可以是多種形式的，可以在遊戲開始前，在遊戲者安靜坐位姿勢五分鐘後，開始測量某種生理信號1分鐘至10分鐘，最好是2-3分鐘，計算其平均數值，以此為遊戲者個人的某種生理信號基線值，記錄在遊戲者個人擋案內，以便隨時可以調用。遊戲者基線值也可以是採用以前生物反饋訓練結束時的生理信號數值，還可以是在遊戲開始後2-5分鐘內採集遊戲者生理信號的平均數值。採用上述方法測試基線值都是被允許的，最重要的是，任何一個遊戲團體或遊戲小組必須採用同一種生理信號，同一種分析計算方法，以及同一種方法測定基線值，否則遊戲的結果失去準確性。
本發明的技術特徵是，本發明裝置中監測的數值是遊戲者生理信號在遊戲中的改變，遊戲者生理信號的絕對值沒有意義，只有生理信號在遊戲中任何一個時段的改變所代表的生理信號相對改變值，才是決定遊戲得分率和得勝率的關鍵，在本裝置中的生理信號數值改變是動態的、變化的。計算某個時間段生理信號數值與生理信號基線值的比值，就代表該時間段遊戲者生理狀態的改變程度，測量和計算生理信號改變程度的時間間隔和周期可以自由調節，但其間隔至少不能低於30秒，否則太短時間間隔不能有效計算生理信號的平均數值，可能會出現較大的誤差。測量和計算的間隔時間最好在30秒至5分鐘，最佳時間在30秒到60秒鐘，遊戲管理者可以根據需要自由調節。
本發明的技術特徵是，本裝置中採用倍增因子來代表遊戲者生理狀態改變的程度。倍增因子計算採用遊戲時即時測量的生理信號數值除以該生理信號的基線值，基線值作為常數貯存在RAM中。為了更直接顯示和表達倍增因子的意義，採用倍增因子級別和標記來表示倍增因子的程度，倍增因子與其對應的倍增因子級別和倍增因子標記相互關係採用表格形式存放在計算機裝置的RAM中，通過查表法可以快捷查找。代表遊戲者即時生理狀態改變程度的倍增因子級別和倍增因子標記會自動顯示在遊戲、博彩裝置中遊戲者面前的顯示屏中。倍增因子所代表的遊戲者生理狀態提示語音內容也可以通過耳機提示遊戲者。在遊戲中遊戲者的倍增因子某單位時間裡自動改變，改變的幅度取決於遊戲者生理狀態的改變。倍增因子更新的時間間隔，取決於預置的計算倍增因子的間隔時間，可以調整。這個間隔時間應該根據遊戲裝置的特殊性來設置，兩者之間應該諧調和配合。
本發明的技術特徵是，當遊戲者的倍增因子級別不理想，而遊戲者想通過調整個人的生理狀態，達到更放鬆的生理狀態時，遊戲者可以選擇「呼吸模擬」選項，一旦這個選項被選擇，計算機裝置根據遊戲者目前的倍增因子級別自動選擇合適的呼吸頻率和呼吸周期，並以聲音模擬和影象模擬的方式指導遊戲者通過調整呼吸來改善生理放鬆狀態，倍增因子和呼吸模擬信號的關係。遊戲者也可以通過其他方式調整個人的放鬆狀態，包括各种放松訓練和生物反饋訓練的方法。
本發明的技術特徵是，在遊戲中，代表遊戲者生理狀態改變程度的倍增因子會自動轉變為指令，輸出至控制模塊，決定遊戲者單位時間內射擊次數。
本發明的技術特徵是，本發明裝置中，生理信號採集、調理、分析、計算裝置可以是一種可攜式裝置，固定在遊戲者身體的某一部分；或者是裝置在遊戲者體外的固定裝置。遊戲者本身僅攜帶生理信號採集和放大裝置和無線發射裝置，直接將採集和放大的生理信號發射，由無線接收裝置接受信號後，傳輸至信號分析、計算裝置作進一步處理。也可以是生理信號傳感器佩戴在遊戲者身體某一部分。採集的生理信號通過導線與信號分析、計算裝置相連。採用何種方式，取決於遊戲的種類和類型。活動劇烈、活動範圍大者採用可攜式或無線發射裝置。靜止的、室內遊戲採用低成本導線聯接形式。
本發明的技術特徵是，本發明的模擬射擊遊戲可以採用多種形式，一種經典的模式是，單個或多個遊戲者手持模擬射擊裝置，瞄準前方屏幕上固定或移動的目標進行射擊，由電腦計算每個射擊者單位時間內命中目標的次數；另一種互動式模擬射擊遊戲是射擊者瞄準前方屏幕上固定或活動目標，進行射擊，每次命中目標後，目標發出各種被命中或擊中的影視和音響效果，並且屏幕上目標變得更快速移動，加大射擊者命中的難度；另一種對抗式模擬射擊遊戲，由兩個以上的射擊者或兩個以上的射擊組在室內和野外按照一定的規則，進行實地模擬對抗式射擊，雙方都以命中對方為目標。每個射擊者都攜帶一個發射器和一個或多個接受器。放射器根據射擊者本人的的生理信號改變程度確定單位時間內射擊次數，接受器則自動計算各個射擊者被命中的次數，最終以被命中次數最少者獲勝；還有一種創新的對抗性模擬射擊遊戲，由兩個射擊者或兩個以上的射擊者面對面方式站立或坐位，在兩個或兩組射擊者中間，放置一塊透明屏幕，屏幕上有多個固定或移動目標用鮮豔色彩標出，射擊者各持一個帶操縱杆的發射器，既可移動方向，又可以模擬射擊，雙方在規定的單位時間內同時向中間屏幕上的目標射擊，接受器根據射擊裝置的不同編碼，記錄首先命中的射擊者得分，而各個射擊者自身的生理信號採集、分析、計算裝置則根據射擊者的倍增因子級別，決定允許射擊者單位時間內射擊的次數，生理狀態越良好的射擊者可能獲得更多的射擊次數，從而增加獲勝的可能性。
本發明的技術特徵是，在模擬射擊裝置的放射部分，遊戲者每扣動一次扳機，會被記錄一次放射，放射部分實際上是一個開關，每扣動一次扳機時，開關接通，產生一個信號傳送至射擊模擬裝置的記分裝置，記錄一次射擊數，射擊次數被記錄在模擬射擊裝置的微電腦內。同時，生理信號計算裝置單位時間內計算射擊者的倍增因子，並將倍增因子級別轉化為指令，這個指令包含規定該射擊者單位時間內允許射擊的次數，這個指令被傳輸到模擬射擊裝置的微電腦內，後者會自動比較射擊者已經發射的射擊次數和規定的射擊次數。當兩者吻合時，微電腦鎖定放射裝置不再工作，射擊者扣定扳機也不會產生放射信號。
本發明的技術特徵是，在模擬射擊裝置中，有一個含有CPU、RAM、ROM的計算機裝置，接受生理信號採集、分析、計算裝置傳送的規定單位時間內發射次數的指令，計算射擊者單位時間內扣動扳機射擊次數，隨時比較兩者的差異。當兩者數量吻合時，終止放射裝置的放射，使放射裝置功能被失活，當另一輪射擊遊戲開始時，通過上電復位，回復發射裝置的放射功能。
本發明的技術特徵是，模擬射擊裝置中，在單人或多人面向屏幕的射擊遊戲中，可以採用雷射光源，作為模擬射擊裝置的發射裝置，也可以採用紅外線作為模擬射擊的發射裝置；在雙人或多人對抗式射擊遊戲中最好採用紅外線作為模擬射擊的放射裝置。為了增加射擊的仿真性，發射電路連接閃光燈電路及閃光燈和槍聲發生電路和揚聲器，每次扣動扳機時，閃光燈閃亮和產生仿真的槍聲。
本發明的技術特徵是，為了在兩人和多人對抗式模擬射擊遊戲中識別「隊友」和「敵人」的發射裝置，對發射的紅外線進行數據編碼。數據編碼由數據編碼電路完成。在紅外線接受器側，由紅外線接受器接受的紅外線發射信號直接傳輸至數據解碼電路，經數據解碼後將信號傳送至微電腦裝置，識別發射信號的來源，並進行記分。為了保證每次扣動扳機有效，並節省扣動扳機的數量，採用間隙工作電路連接控制電路，間隙工作電路規定，每次發射最短的間隔時間，在不應期內，扣動扳機也不會發射光源。為了達到紅外線聚光準確效果，在射擊裝置中加透鏡聚焦。
本發明的技術特徵是，本發明裝置中，接受發射信號的光探測器根據發射光源的類別而異。對於雷射發射光源，可以採用CCD傳感器，位置傳感器或光敏管，但在雷射模擬射擊遊戲中最理想的是採用位置傳感器，將雷射光點的位置轉化為與光點的X、Y坐標成線性關係的電壓信號。數據通過數據採集後輸入主控計算機，計算射擊結果，並輸出光聲信號顯示。而對於紅外線發射光源，則採用紅外線接收器來接收。為了有效避免現有技術一個目標全方位360°接受的問題，紅外線接受器安裝α角度紅外線接受點，使其僅能接受來自定點方向的光源。而紅外線接受電路將計算被擊中次數，並予以顯示和記錄，以評判勝負結果。


圖1是倍增因子示意2是倍增因子與模擬呼吸頻率表圖3是結構框4是紅外線發射槍電路控制模塊框5是紅外線放射槍電原理6是紅外發射裝置電路7是紅外接受裝置電原理8是互動式模擬射擊裝置系統方框圖具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明電路控制部分由發射部分、接收部分和控制電路組成，發射部分的構成紅外線發射管(101)依次連接發射電路(105)和數據編碼電路(106)，數據編碼電路經隊員選擇開關連接間歇工作電路(107)，間歇工作電路連接控制電路(108)；接收電路的構成由數個面向不同方向的紅外線接收頭(102)依次連接接收電路(115)和數據解碼電路(109)，數據解碼電路經隊員選擇開關連接控制電路；控制電路連接隊員選擇開關和間歇工作電路，控制電路另分三路分別連接閃光電路(110)、槍聲電路(111)和中槍發聲電路(112)，閃光電路連接閃光燈(103)，槍聲電路與中槍發聲電路連接喇叭(104)。
生理信號採集裝置(116)將採集的生理信號放大、調理後，傳輸入生理信號分析、計算裝置(117)，後者計算遊戲者倍增因子，將輸出指令傳輸至控制電路(118)，規定單位時間射擊次數。紅外線電子射擊槍的工作過程如圖所示，紅外線電子射擊對抗槍接上電源後，其電路控制部分就進入工作狀態了，當集成電路IC1的T1腳處於高電位時，發射電路工作，其紅外線發射二極體IR發射出一束帶有數據編碼的信號，接收電路接收到信號後，經過解碼，集成電路IC7的P1腳就輸出高電位的信號，當集成電路IC1的T2腳處於高電位時，集成電路IC7的P2腳就輸出高電位的信號。為了避免在同一把槍內發射的信號被接收後在解碼電路輸出，通過隊員選擇開關K3的選擇，使得當集成電路IC1的T1腳處於高電位時，集成電路IC7的P1腳被空置，而P2腳則接通控制電路，或者當集成電路IC1的T2腳處於高電位時，集成電路IC7的P2腳被空置，而P1腳則接通控制電路，這樣，不論隊員選擇開關K3在哪一個位置，接收電路永遠不能輸出同一把對抗槍內發射電路中發射出來的信號，而且，接收電路也永遠不能輸出來自另一把對抗槍，但其隊員選擇開關K3處於相同位置的信號，而只能接收並輸出來自另一把對抗槍，並且其隊員選擇開關K3處於不同位置的信號，從而實現了對抗槍能夠識別「隊友」和「敵方」、能夠多人進行群體遊戲的功能。當紅外線電子射擊對抗槍的接收電路接收到來自隊員選擇開關K3處於不同位置的另一把對抗槍發射過來的信號後，其解碼電路通過開關K3往控制電路輸出信號，另一種情況是，當這兩把槍都同時發射時，接收電路接收的信號，不單是包含了對方發射過來的信號，還包含了其本身槍內發射的信號，這樣，兩種紅外線信號的重疊後，收電路接就不能識別了，其解決的辦法是採用間歇工作電路。採用其中一種間歇工作電路的方法，當間歇工作電路工作時，閃光二極體D1以一定的頻率閃光，在電路中的A點電壓則在一定範圍內變化，其中，V表示電壓，t表示時間，點M是發射電路的典型工作電壓值，曲線N是間歇工作電路輸出的電壓值，當N＞M時，發射電路正常工作，當N＜M時，發射電路停止工作。因此，當按下連同槍板機的發射開關K2時，通過隊員選擇開關K3連通間歇工作電路A點的集成電路IC1的T1腳的電壓會在一定範圍內變化，其變化的範圍是高於和低於集成電路IC1的典型工作電壓值，集成電路IC1就會與閃光二極體D1閃光時相同的頻率以工作-停止-工作……的狀態循環下去，其紅外線發射二極體也會處於間歇工作狀態，當紅外線發射二極體處於停止的狀態時，同一把槍內的紅外線接收頭就會只是接收到來自另一把對抗槍發射出來的信號，解碼後能順利往控制電路輸出高電平信號。紅外線電子射擊對抗槍的工作狀態是當按下與扳機相連的開關K2時，對抗槍發射出一束紅外線光，同時，與開關K2連通的槍聲集成電路IC9驅動喇叭發出「啪啪啪……」的槍聲，與開關K2連通的閃光集成電路IC8驅動發光二極體作快速流水閃亮。當接收電路接收到來自「敵方」的信號並順利解碼時，解碼電路通過隊員選擇開關K3輸出高電平，第一路連通中槍集成電路IC10，驅動喇叭發出「啊……」的一聲慘叫，第二路通過倒相三極體T6，強制間歇工作電路處於低電平，從而使發射電路停止工作，第三路連通到閃光集成電路IC8，使其改變閃光方式，第四路通過倒相三極體T7，強制槍聲集成電路1C9處於低電平，從而不會發出「啪啪啪……」的槍聲，因此，即使此時按下與扳機相連的開關K2，其發射電路也不能工作，喇叭也不會發出「啪啪啪……」的槍聲。紅外線電子射擊對抗槍的電路控制部分和槍體構造部分合併於同一槍體內，做成手槍的形狀。
本實施例中，可以選用光電脈搏式傳感器，佩戴在遊戲者的食指上採集脈搏波信號，分析提取RR-50，計算RR-50數量，作為遊戲者生理狀態改變的指標。每一分鐘將即時採集的RR-50數量/分，除以基線值，得出倍增因子數值，傳輸至模擬射擊裝置單片機CPU，計算和對比遊戲者的倍增因子數值，決定最終遊戲者允許射擊次數，並將該指令傳輸給控制裝置，一旦射擊次數達到該標準時，即停止發射功能。
實施例2包括紅外線射擊器和和紅外線接收器。紅外線射擊器和和紅外線接收器相互配合使用。紅外線射擊器採用的紅外線射擊發射裝置電路由高頻接收解碼電路、邏輯控制門電路、紅外線振蕩驅動電路三個單元電路依次配接組成，使用6伏直流電源作為工作電源。紅外線接收器採用的紅外線射擊接收裝置電路由紅外線接收放大電路、記錄顯示電路、功能控制電路、音響效果控制電路四個單元電路配接組成，使用直流電源作為工作電源，如圖所示，在紅外線射擊器採用的紅外線射擊發射裝置電路中，高頻接收解碼電路由集成電路IC5、高頻接收放大模塊IC2、中心頻率確定電阻R6組成，其中，高頻接收放大模塊IC2的輸入端配連接收天線，其輸出端與集成電路IC5的14腳相接，集成電路IC5的15腳、16腳之間接中心頻率確定電阻R6，集成電路IC5的18腳接電源正極VD，9腳接地即電源負極V8，電源使用6V直流電源。集成電路IC5的1-8腳為用戶碼的設置端，集成電路IC5的17腳為解碼輸出端，接反相器F2的輸入端，反相器F2的輸端與邏輯控制門電路配接。邏輯控制門電路由與非門IC1、反相器F1、單穩延時器IC3、電阻R1、R2、R4、延時調節R3，C1、開關K1、發光二極體LED1組成，其中，與非門IC1的輸入端的1腳接開關K1和電阻R1的公共端，與非門IC1的輸入端的2腳接反相器F2的輸出端和電阻R2的一端，與非門IC1的輸入端的3腳接發光二極體LED1和電阻R4的公共端，電阻R4的另一端接地，單穩延時器IC3的1腳接地，2腳接與非門IC1的輸出端，3腳作為輸出端接在反相器F1的輸入端，4腳、8腳接電源正極VD，6腳、7腳接延時調節R3、C1的共公端，反相器F1的輸出端接發光二極體LED1的正極。紅外線振蕩驅動電路由集成電路IC4、紅外線發射二極體D，晶振JS、振蕩電容C2、C3，限流電阻R5組成，其中，集成電路IC4的16腳接電源正極VD，8腳接地即電源負極V8，3腳為輸入端，與非門IC1的輸出端配接，12腳、13腳外接振蕩元件晶振JS，12腳與地之間接有振蕩電容C2，13腳與地之間接有振蕩電容C3。與非門IC1的型號為C4023；高頻接收放大模塊IC2型號為SP-3WB；單穩延時器IC3的型號為NE555；集成電路IC4的型號為SM5021；集成電路IC5的型號為VD5027；反相器F1的型號為4069；紅外線發射二極體D的型號為PH303；晶振JS系陶瓷晶振片，其振蕩頻率為455KHz。紅外線接收器採用的紅外線射擊接收裝置電路由紅外線接收放大電路，記錄顯示電路、功能控制電路、音響效果控制電路均可以安裝在方便攜帶的電器合中。紅外線接收器配備有多個小角度紅外線接收頭。這些小角度紅外線接收頭根據需要可以分別安裝紅外線接收器的不同部位。如圖所示，在紅外線接收器採用的紅外線射擊接收裝置電路中，紅外線接收放大電路由紅外線放大整形IC6-IC9(型號為5030)，反相器F3-F6組成，IC6-IC9它們分別安裝在紅外線接收器的不同部位。IC6-IC9的1腳、4腳分別接工作電源的VDD端、VSS端，IC6-C9的2腳是輸出端，分別連接反相器F3-F6的輸入端。在沒有接收到紅外線信號時，IC6-IC9的輸出端高電平，反相器F3-P6的輸出端為低電平，一旦某一接收頭有紅外線信號輸入(即被紅外線射擊器擊中)時，其輸出端將由高電位變為低電位，經反相器變為高電位輸出。音響效果控制電路由邏輯門IC10(四端輸入或門電路，型號為C033)、偏置電阻R7-R10、報警音響IC11、揚聲器LB組成。其中，邏輯門IC10四個輸入端分別接在反相器F3-F6的輸出端，平時因分別經各自的偏置電阻R7-R10接地為低電平，而當反相器F3-F6中的一個輸出高時電平時，則邏輯門IC10，對應的輸入端也為高電平，邏輯門IC10的輸出變為高電平，從而觸發報警音響IC11，產生報警聲信號，經揚聲器LB發出聲音。記錄顯示電路由脈衝順序分配器IC12-IC15(型號為CD4017)、發光二極體LED2-LED13、電阻R11-R15、電容C4-C7組成，脈衝順序分配器IC12-IC15的16腳、8腳分別接工作電源的VDD端、VSS端，IC112-IC15的15腳Cr端是開機清零端，通過電容C4-C7與工作電源的VDD端配接，IC12-IC15的14腳是CP輸入端(其平時為低電位，一旦有輸入，正脈衝即開始計數)，和反相器F3-F6的輸出端配接，IC12-IC15的2、4、7腳是Y1、Y2、Y3的輸出端，代表每一脈衝順序分配器的1-3位輸出，分別與各自對應發光二極體LED2-LED13中的一個發光二極體的正極配接。發光二極體LED2-LED13負極分別通過電阻R12-R15接地，IC12-IC15的13腳EN端是顯示保持(記憶)端，平時為低電位，一旦出現高電位時，就「封鎖」CP輸入端，不再計數，各脈衝順序分配器的EN端均通過電阻R11接地。功能控制電路由四輸入或門電路IC16(型號為C032)、二輸入或門電路IC17(型號為VD4071)、定時電路、編碼電路IC18(型號為VD5026)、高頻放大輸出模塊IC21(型號為SP-3WA)、閃光電路IC20及反相器F7元件組成。其中，構成邏輯門的四輸入或門電路IC16的四個輸入端分別接在IC12-IC15的7腳Y3端，IC16的輸出端一路接IC12-IC15的13腳EN端，一路分別配接二輸入或門電路IC17輸入端1腳，閃光電路IC20的觸發輸入CP端，定時電路由IC19(型號為NE555)、Rw、C5、K2，F5組成。IC19的1腳接地，4、8腳接工作電源的VDD端配接，6、7腳外接Rw、C8，3腳為輸出端，經反相器F7的輸出端接到IC17輸入端的2腳，IC19的2腳是輸入端，接開關K2，當按下開關K2時，輸入端負觸發，使IC19開始進入定時狀態，處於定時狀態的IC19的輸出端保持高電位，編碼電路IC18的9腳接工作電源的VSS端，18腳接工作電源的VDD端，1-8腳為用戶碼設置端，與紅外線射擊接收裝置電路中的解碼一致。以保證無線電遙控指令發射傳輸，IC18的10腳是觸發輸入端(正電位有效)，其與IC17輸出端連接，平時為低電位。IC18的17腳是編碼輸出端，和高頻放大模塊輸入端連接。閃光電路IC20配有燈泡，當IC20輸入高電平時，閃光電路IC20被觸發，按一定的頻率閃光報警顯示。
根據上述介紹的各單元電路基本構成，下面簡述其工作過程紅外線射擊發射裝置電路，當紅外振蕩，驅動集成電路IC4的輸入端為低電平，才能驅動紅外線發射管D發射紅外線，由此可知，IC4的輸入端電子是控制紅外線發射的。此外，IC4的輸入端還連接與非門IC1的輸出端，所以IC4的輸入端電平還受到與非門IC1的控制。IC1是一個三輸入的與非門，根據其特性，三個輸入端均為高電平時，其輸出端才會為低電子，換句話講，IC4的輸入端的電平變化是受到IC1的三個輸入端電平狀態的控制。IC1的三個輸入端實際上是三個功能條件輸入接口，其一，是射擊扳機開關K1，其二，是解碼輸出狀態，其三，是單穩延時電路的狀態，這樣三個條件不能滿足都為高電平時，與非門IC1的輸出端就不能由高電位轉變為低電位，去觸發、驅動IC4工作使其發射紅外線。因此，當紅外線射擊發射裝置電路處在工作狀態下，會出現下列工作狀態1、當單穩延時IC3和解碼IC5均無輸出時，IC1的2、3腳均為高電平，滿足了前述的兩個條件，當操作者此時按下開關K1(即扣動射擊扳機)，這時，使IC1的1腳經閉合的開關K1與電源的正極相接，這樣一來，IC1的三個輸入端均為高電平，從而使與非門IC1的輸出端由高電位轉變為低電位，觸發、驅動IC4工作，使其發射紅外線。2、由於IC1的輸出端連接IC4的輸入端，又連接單穩延時IC3的輸入端，IC3也是低電平有效，所以IC1輸出低電位、在觸發、驅動IC4工作使其發射紅外線的同時，又觸發了IC3的輸入端，使單穩延時電路IC3進入延時狀態，延時的時間可以通過C1、R3參數改變。IC3處在延時狀態，其輸出端3腳由低電位變為高電位，通過反相器F1反相，又變為低電位，經發光二極體LED、電阻R4，使IC1的3腳處於低電位，從而使IC1缺少一個條件，因此在延時時間沒有結束前，IC3輸出不翻轉，處在高電平，操作者再繼續操作開關K1，與非門1C1的輸出端不是低電位，IC4不能再驅動紅外線發射，這個過程能控制開關K1(射擊扳機)啟動的時間間隔，從而模擬射擊目標的功能。3、當高頻接收放大模塊IC2接收到有相同用戶信號時，經解碼器IC5解碼，使IC5輸出端TV由低位變為高電位，使反相器又變為低電位加在與非門IC1的輸入端2腳上，如前所述，使IC1缺少輸出低電位的一個條件。此時操作者即使再繼續啟動開關K1，也不能發射紅外線。使用紅外線射擊接收裝置電路，應首先開啟電源，電容C4-C7對IC12-IC15清零，為記錄、顯示射擊成績做好準備。然後再按下開關K2，使IC19開始進入定時狀態，定時時間可以通過改變Rw、C8來實現，但一定要根據比賽和訓練規定時間的要求來改變。在IC19進入定時狀態期間，不會使IC18觸發，從而高頻放大電路亦不會發出用戶碼，再由於IC16因其四個輸入被開機時清零，輸出為低電位，因此也不會使編碼器IC18觸發和閃光電路IC20觸發，這個過程是紅外線射擊接收裝置電路的準備階段。當射擊比賽或訓練開始，若某個部位紅外線接收頭接收到紅外線信號，紅外線接收放大電路有信號輸入(被擊中)，紅外線接收放大電路的輸入端的高電位將變為低電位，經過反相器輸出高電位，一路去觸發IC10，使IC11開始發出中彈報警聲。另一路到脈衝順序分配器的CP輸入端，使IC12-IC15中的對應的一個開始計數顯示，當某個部位上的紅外線接收頭累計三次接收到紅外線信號(由比賽規則確定的命中次數)，相當於被擊三次，其對應的脈衝分配器的Y3輸出端就有一高電位去觸發IC16所對應的輸入端，這時IC16的輸出端也變成高電位，分別控制，1、觸發閃光電路發出「失敗」，指示燈閃光。2、去觸發編碼器IC18開始工作，並使高頻放大模塊IC21發射編碼信號，使操作者的紅外發射器失敗，從而失去參賽資格。3、去控制IC12-IC15中的EN端，使EN端變為高電位，封鎖CP輸入，實現記憶、保持比賽成績的功能。比賽或訓練達到規定的時間，即定時電路IC19的輸出端由高電位變成低電位，經F7反相成高電位，通過與IC19配接的與非門IC17輸出高電位能觸發編碼器IC18開始工作，編碼信號通過高頻放大輸出模塊IC21輸出，去控制紅外線射擊發射裝置電路，同樣使其裝置「失敗」，從而達到比賽時間正式結束。上述過程不與「中彈次數」有關，即操作者即使一次也沒擊中，但發射裝置也會「失敗」。
本實施例中，可以選用光電脈搏式傳感器，佩戴在遊戲者的食指上採集脈搏波信號，分析提取RR-50，計算RR-50數量，作為遊戲者生理狀態改變的指標。每一分鐘將即時採集的RR-50數量/分，除以基線值，得出倍增因子數值，傳輸至模擬射擊裝置單片機CPU，計算和對比遊戲者的倍增因子數值，決定最終遊戲者允許射擊次數，並將該指令傳輸給控制裝置，一旦射擊次數達到該標準時，即停止發射功能。
實施例3一種互動式瞄準型模擬射擊系統，包括主控計算機16、投影機101，投影屏幕202，槍式瞄準器103，無線接收模塊111和音響設備110。其中主控計算機116包括數據採集卡112、主控軟體114、圖像處理軟體113和聲音處理軟體115。所述槍式瞄準器3包括目標識別器107、信號處理器108和無線發射模塊109。所述目標識別器107由聚光筒104，成像透鏡105，光電探測106和(手槍、步槍或衝鋒鎗)槍形外殼117構成。
主控計算機、投影杌和投影屏幕構成目標生成系統。主控計算機控制投影機將多個目標分時投射到屏幕上。槍式瞄準器、無線接收模塊、數據採集卡和主控計算機構成目標收集系統，它能實時地捕獲出現在投影屏幕上的目標信號，並判斷其時序特性。瞄準時，成像透鏡將目標(或背景)投影到光電探測器上，經信號處理器處理後滿足一定幅值要求再送無線發射模塊。槍式瞄準器3的扳機與電路中的觸發開關扣連，僅當扳機扣動時有信號輸出。
為了區分背景信號與目標信號，將背景信號設計成一定亮度(灰度)範圍內，將目標信號設置到該灰度信號以上，並有較大的餘量。利用模擬比較器，可以區分背景信號與目標信號。實用中，可以根據環境光線情況，調整槍式瞄準器上的比較旋鈕，調整靈敏度。如果有多個目標同時顯示在投影屏幕上，從灰度上無法區分，我們將多個目標的出現在時間上分開即所謂時分編碼方法。這樣，多個目標分別閃現在屏幕上，由於視覺暫留效應，看起來屏幕上有多個目標在運動。
遊戲時，通過不同目標出現的時序特性判斷擊中了哪個目標。用此方法很容易區分不同目標。命中某個目標以後，其它未被擊中的目標的運動軌跡將作對抗性改變。聲音處理軟體15控制音響設備酶適時播放與屏幕畫面相對應的音響效果。從而增加趣味性與隨機性，使遊戲更加引入入勝。
本實施例中，可以選用光電脈搏式傳感器，佩戴在遊戲者的食指上採集脈搏波信號，分析提取RR-50，計算RR-50數量，作為遊戲者生理狀態改變的指標。每一分鐘將即時採集的RR-50數量/分，除以基線值，得出倍增因子數值，傳輸至模擬射擊裝置單片機CPU，計算和對比遊戲者的倍增因子數值，決定最終遊戲者允許射擊次數，並將該指令傳輸給控制裝置，一旦射擊次數達到該標準時，即停止發射功能。
權利要求
1.本發明涉及一種用生理信號控制的模擬射擊裝置，其特徵是，這種裝置由遊戲者生理信號採集、分析、計算裝置和模擬射擊裝置兩大部分組成，通過將遊戲者生理狀態改變的程度換算成相應指令，控制遊戲者單位時間內可以射擊的次數，以此控制遊戲者在單位時間內擊中目標的數量，該裝置可以提高模擬射擊遊戲的趣味性和競爭性，並幫助遊戲者掌握控制自身生理信號的技巧和方法。
2.按照權利要求1所述的裝置中，其特徵是，在遊戲過程中持續監測遊戲者的一種或多種生理信號，將採集的生理信號進行放大、調理、A/D轉換成數位訊號後，採用計算機裝置和專用軟體對生理信號進行處理、分析、計算，將計算結果與遊戲者生理信號基線值進行對比，計算代表遊戲者生理信號改變程度的倍增因子，並將後者轉化為輸出指令，傳輸到模擬射擊裝置中雷射或紅外線發射模塊中的控制部分，控制單位時間遊戲者射擊次數，從而控制遊戲者得分和得勝率。
3.按照權利要求1所述的裝置中，其特徵是，應用於本發明裝置控制的生理信號可以是人體各種形式的體表生理信號，包括脈搏波信號、心電信號、腦電信號、肌電信號、皮膚電信號、呼吸信號、體表溫度信號、血壓信號、血氧飽和度信號、眼電信號、眼球運動信號等生理信號，上述生理信號可以採用相應的專用生理信號傳感器採集，這種由生理信號傳感器採集的生物電信號或非電信號，通過傳感器轉變成標準電信號進行進一步放大、調理，本發明裝置中生理信號採集模塊由各種通用型或專用型生理信號傳感器構成，用於監測遊戲者生理信號的各項指標是以觀察人體生理放鬆狀態為標準的，這些指標可以是監測脈搏波或心電波形中RR-50數量、PP-50數量、LH分量、HF分量或LF/HF比值、單位時間內心率的變化、呼吸頻率或呼吸幅度變化、肌電信號變化、腦電α波數量變化、體表溫度變化、皮膚電傳導率變化、血壓變化、血氧飽和度改變、單位時間內氧氣和二氧化碳含量的改變等，最佳的選擇是生理信號傳感器容易佩戴，不影響遊戲者活動，不增加遊戲者痛苦，指標穩定可靠，重複性強，容易測試、分析對比的生理信號類型，由於不同生理信號的生物反饋控制難度不一致，考慮到初學者和新手掌握難易程度，可以從最簡單的呼吸生物反饋訓練開始，讓遊戲者有一定理解和認識後，採用脈搏波傳感器監測RR-50數量，逐步發展到測試肌電信號、皮電信號、皮膚溫度信號，最後採用腦電信號生物反饋，也可以根據遊戲者個人健康狀態，選擇最適合遊戲者個人的生物反饋形式，採集的生理信號進行前置放大、工頻濾波、A/D轉換成數位訊號，通過計算機接口電路，將數位訊號輸出至計算機裝置。
4.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，生理信號採集、調理、分析、計算裝置可以是一種可攜式裝置，固定在遊戲者身體的某一部分；或者是裝置在遊戲者體外的固定裝置，遊戲者本身僅攜帶生理信號採集和放大裝置和無線發射裝置，直接將採集和放大的生理信號發射，由無線接收裝置接受信號後，傳輸至信號分析、計算裝置作進一步處理，也可以是生理信號傳感器佩戴在遊戲者身體某一部分，採集的生理信號通過導線與信號分析、計算裝置相連，採用何種方式，取決於遊戲的種類和類型，活動劇烈、活動範圍大者採用可攜式或無線發射裝置，靜止的、室內遊戲採用低成本導線聯接形式。
5.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，本發明的模擬射擊遊戲可以採用多種形式，一種經典的模式是，單個或多個遊戲者手持模擬射擊裝置，瞄準前方屏幕上固定或移動的目標進行射擊，由電腦計算每個射擊者單位時間內命中目標的次數；另一種互動式模擬射擊遊戲是射擊者瞄準前方屏幕上固定或活動目標，進行射擊，每次命中目標後，目標發出各種被命中或擊中的影視和音響效果，並且屏幕上目標變得更快速移動，加大射擊者命中的難度；另一種對抗式模擬射擊遊戲，由兩個以上的射擊者或兩個以上的射擊組在室內和野外按照一定的規則，進行實地模擬對抗式射擊，雙方都以命中對方為目標，每個射擊者都攜帶一個發射器和一個或多個接受器，放射器根據射擊者本人的的生理信號改變程度確定單位時間內射擊次數，接受器則自動計算各個射擊者被命中的次數，最終以被命中次數最少者獲勝；還有一種創新的對抗性模擬射擊遊戲，由兩個射擊者或兩個以上的射擊者面對面方式站立或坐位，在兩個或兩組射擊者中間，放置一塊透明屏幕，屏幕上有多個固定或移動目標用鮮豔色彩標出，射擊者各持一個帶操縱杆的發射器，既可移動方向，又可以模擬射擊，雙方在規定的單位時間內同時向中間屏幕上的目標射擊，接受器根據射擊裝置的不同編碼，記錄首先命中的射擊者得分，而各個射擊者自身的生理信號採集、分析、計算裝置則根據射擊者的倍增因子級別，決定允許射擊者單位時間內射擊的次數，生理狀態越良好的射擊者可能獲得更多的射擊次數，從而增加獲勝的可能性。
6.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，在模擬射擊裝置的放射部分，遊戲者每扣動一次扳機，會被記錄一次放射，放射部分實際上是一個開關，每扣動一次扳機時，開關接通，產生一個信號傳送至射擊模擬裝置的記分裝置，記錄一次射擊數，射擊次數被記錄在模擬射擊裝置的微電腦內，同時，生理信號計算裝置單位時間內計算射擊者的倍增因子，並將倍增因子級別轉化為指令，這個指令包含規定該射擊者單位時間內允許射擊的次數，這個指令被傳輸到模擬射擊裝置的微電腦內，後者會自動比較射擊者已經發射的射擊次數和規定的射擊次數，當兩者吻合時，微電腦鎖定放射裝置不再工作，射擊者扣定扳機也不會產生放射信號。
7.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，在模擬射擊裝置中，有一個含有CPU、RAM、ROM的計算機裝置，接受生理信號採集、分析、計算裝置傳送的規定單位時間內發射次數的指令，計算射擊者單位時間內扣動扳機射擊次數，隨時比較兩者的差異，當兩者數量吻合時，終止放射裝置的放射，使放射裝置功能被失活，當另一輪射擊遊戲開始時，通過上電復位，回復發射裝置的放射功能。
8.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，模擬射擊裝置中，在單人或多人面向屏幕的射擊遊戲中，可以採用雷射光源，作為模擬射擊裝置的發射裝置，也可以採用紅外線作為模擬射擊的發射裝置；在雙人或多人對抗式射擊遊戲中最好採用紅外線作為模擬射擊的放射裝置，為了增加射擊的仿真性，發射電路連接閃光燈電路及閃光燈和槍聲發生電路和揚聲器，每次扣動扳機時，閃光燈閃亮和產生仿真的槍聲。
9.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，為了在兩人和多人對抗式模擬射擊遊戲中識別「隊友」和「敵人」的發射裝置，對發射的紅外線進行數據編碼，數據編碼由數據編碼電路完成，在紅外線接受器側，由紅外線接受器接受的紅外線發射信號直接傳輸至數據解碼電路，經數據解碼後將信號傳送至微電腦裝置，識別發射信號的來源，並進行記分，為了保證每次扣動扳機有效，並節省扣動扳機的數量，採用間隙工作電路連接控制電路，間隙工作電路規定，每次發射最短的間隔時間，在不應期內，扣動扳機也不會發射光源，為了達到紅外線聚光準確效果，在射擊裝置中加透鏡聚焦。
10.按照權利要求1所述的裝置中，本發明裝置的特徵是，本發明裝置中，接受發射信號的光探測器根據發射光源的類別而異，對於雷射發射光源，可以採用CCD傳感器，位置傳感器或光敏管，但在雷射模擬射擊遊戲中最理想的是採用位置傳感器，將雷射光點的位置轉化為與光點的X、Y坐標成線性關係的電壓信號，數據通過數據採集後輸入主控計算機，計算射擊結果，並輸出光聲信號顯示，而對於紅外線發射光源，則採用紅外線接收器來接收，為了有效避免現有技術一個目標全方位360°接受的問題，紅外線接受器安裝α角度紅外線接受點，使其僅能接受來自定點方向的光源，而紅外線接受電路將計算被擊中次數，並予以顯示和記錄，以評判勝負結果。
全文摘要
本發明涉及一種模擬射擊裝置，尤其涉及一種用生理信號控制的模擬射擊裝置。這種裝置由遊戲者生理信號採集、分析、計算裝置和模擬射擊裝置兩大部分組成，通過將遊戲者生理狀態改變的程度換算成相應指令，控制遊戲者單位時間內可以射擊的次數，以此控制遊戲者在單位時間內擊中目標的數量。該裝置可以提高模擬射擊遊戲的趣味性和競爭性，並幫助遊戲者掌握控制自身生理信號的技巧和方法。
文檔編號A63F13/00GK1739833SQ20051002799
公開日2006年3月1日 申請日期2005年7月21日 優先權日2005年7月21日
發明者高春平 申請人:高春平