CN104147759A - 多功能体感同步自行车健身娱乐方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能体感同步自行车健身娱乐系统，包括：自行车、辅助装置、计算机和显示设备，辅助装置设置在所述自行车上，计算机与自行车连接，并根据自行车的运动状态来控制所述显示设备，其中，辅助装置采集自行车的踏板的速度和把手的偏转角度数据，并对获取的踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，以及将油门开度电阻值和转向幅度电阻值发送给计算机；计算机基于油门开度电阻值和转向幅度电阻值来控制显示设备所显示的游戏中的车辆的油门开度和转向幅度。本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统能够实现健身与娱乐为一体，经济适用且环保节能。

Description

多功能体感同步自行车健身娱乐方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种健身娱乐方法及其系统，尤其涉及一种集健身和娱乐为一体的多功能体感同步自行车健身娱乐方法及其系统。 

背景技术

随着科技的进步、社会的发展，人们对休闲生活的追求也有所提高。运动健身和电脑游戏或许是人们休闲生活的重头戏。尤其是最近受到热烈欢迎的体感游戏。体感游戏是用身体去感受各种电子游戏。体感游戏是通过身体的运动变化体验的新型游戏，通过肢体的运动变化来玩游戏。从早期电动城的射击游戏、跳舞机到现在的x-box、kinect甚至水果忍者等等都离不开体感游戏。在科技飞速发展的今天，体感游戏成为人们运动健身和休闲放松完美结合的产物，有益于身心健康，并且更易使人投入其中，可玩性强，所以受到广大玩家的推崇与喜爱。 

然而，目前的体感游戏只能在健身房中依靠播放的音乐来进行，然而，健身房大多是人员拥挤的地方，如果长时间呆在健身房，将不利于身心健康。而且，目前的健身房的收费也不是一笔小数目，这对于喜爱体感游戏的收入不是很高的年轻一族来说，是一笔不少的开销。而且，健身房提供的动感单车只能用来听音乐，比较枯燥。因此，提供一种集娱乐和健身一体的娱乐系统显得尤为重要。 

发明内容

本发明提供一种多功能体感同步自行车健身娱乐方法以及将健身房中的动感单车和电脑游戏极品飞车的结合，实现体感游戏的效果，使得有想要通过骑车运动达到健身目的的人不用再去健身房使用枯燥而又只能听音乐的动感单车用以健身的多功能体感同步自行车健身娱乐系统。 

本发明采用的技术方案如下： 

一种多功能体感同步自行车健身娱乐方法，其特征在于，包括：采集自行车的踏板速度和把手的偏转角度数据；对采集的所述踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值；根据所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值控制电子游戏中的车辆的油门开度和转向幅度。 

优选地，所述踏板速度根据踏板转动周期的大小确定，如果在设定的阈值内没有检测到所述踏板的转动，则判定所述踏板速度为“0”。 

优选地，当采集的踏板速度在第一速度以下以及偏转角度在第一偏转角度以下时，设定所述相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值为“0”；当采集的踏板速度为第二速度以及偏转角度在第二偏转角度时，设定所述相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值为采用的数字电位器的最大电阻值。 

优选地，当采集的踏板速度在所述第一速度和所述第二速度之间以及所述偏转角度在第一偏转角度和所述第二偏转角度之间时，所述相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值分别通过下式进行确定：油门开度电阻值＝(踏板速度-第一速度)/(第二速度-第一速度)*最大电阻值，转向幅度电阻值＝(偏转角度-第一偏转角度)/(第二偏转角度-第一偏转角度)*最大电阻值。 

优选地，还包括采集所述自行车的刹车状态的数据，并根据所采集的刹车状态的数据来控制所述电子游戏中的车辆的刹车。 

一种多功能体感同步自行车健身娱乐系统，其特征在于，包括：自行车、辅助装置、计算机和显示设备，所述自行车通过支撑架固定在地面上，所述辅助装置设置在所述自行车上，所述计算机与所述自行车连接，并根据所述自行车的运动参数来在所述显示设备上进行显示，其中，所述辅助装置采集所述自行车的踏板的速度和把手的偏转角度数据，并对获取的所述踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，以及将所述油门开度电阻值和所述转向幅度电阻值发送给所述计算机；所述计算机根据所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值控制显示设备所显示的电子游戏中的车辆的油门开度和转向幅度。 

优选地，所述自行车辅助装置包括：速度传感器，其设置在靠近所述 自行车的两个脚踏的位置处，采集所述踏板的踏板速度数据；偏转角度传感器，其设置在靠近所述自行车的车把的位置处，采集所述把手的偏转角度数据，控制器，其设置在所述自行车上，与所述速度传感器、偏转角度传感器和所述计算机相连接，对所述踏板速度数据和所述偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值。 

优选地，所述自行车辅助装置还包括设置在所述自行车的刹车位置处的微动开关，所述微动开关与所述控制器连接，控制所述游戏中的汽车的刹车状态，以及与所述控制器连接的直流电机。 

优选地，所述速度传感器为霍尔传感器，所述偏转角度传感器为电子罗盘。 

优选地，所述控制器包括依次连接的单片机、数字电位器、方向盘电路板，其中，所述单片机将所述踏板速度和偏转角度数据转换成相应的数据流，并将所述数据流发送给所述数字电位器，所述数字电位器基于所述数据流，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，所述方向盘电路板接收所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值，并基于所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值生成相应的油门开度指令和转向幅度指令。 

本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，通过将普通自行车与电脑游戏，如极品飞车结合起来，使得人们不用到健身房，就可以通过自行车的骑行、转向控制电脑赛车类游戏，通过电机带动扇叶转动向骑车者吹风，真实模拟骑行过程，实现健身与娱乐为一体，经济适用且环保节能。 

附图说明

图1是本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐方法的流程图。 

图2是本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统的结构示意图。 

图3是本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统的结构框图。 

图4是本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统的结构原理图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

首先，结合图2至图4对本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统进行描述。 

如图2和3所示，本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，包括计算机1、显示设备2、自行车3和辅助装置，其中，辅助装置设置在自行车上3，计算机1与自行车3连接，并根据自行车3的运动状态来控制显示设备1中的游戏操作。 

具体地，辅助装置采集自行车3的踏板的速度和把手的偏转角度数据，并对获取的踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，以及将油门开度电阻值和转向幅度电阻值发送给计算机1；计算机1基于油门开度电阻值和转向幅度电阻值来控制显示设备2所显示的游戏中的车辆的油门开度和转向幅度。 

在本发明中，自行车3可为任何一辆普通的自行车，只要能够使用即可。自行车3的后轮通过支撑架4固定在地面上，支撑架4具有阻尼调节功能。显示设备2只要是具有显示功能的显示屏即可。 

辅助装置可包括：微动开关31，其设置在自行车3的左右刹车位置处，为两个；速度传感器32，其设置在靠近自行车3的两个踏板的位置，为两个；偏转角度传感器33，其设置在靠近自行车3的两个车把位置处；控制器34，其与速度传感器32、偏转角度传感器33、微动开关31和计算机1相连接。 

具体地，以体感游戏极品飞车为例，本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统的自行车车头可对应赛车方向盘、自行车的脚踏可对应赛车油门、自行车左刹车可对应赛车的脚刹、自行车的右刹车可对应赛车手刹或者氮气加速。在游戏模拟过程中，计算机1根据玩家的肢体动作引起的自行车3的运动状态来控制显示设备2播放的游戏动作，从而实现在健身的同时享受游戏带来的乐趣。 

图4是本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统的结构原理图。下面结合图4，同时参考图2和3对发明的多功能体感同步自行车健身娱 乐系统进行介绍。 

在本发明中，微动开关31安装在自行车的左右刹车位置处，为两个，微动开关31直接与方向盘电路板连接，相当于方向盘本身的按键，利用开关量来控制游戏中的刹车，当其闭合时相当于按键按下，从而控制汽车游戏中的刹车状态。 

速度传感器32用于检测自行车3的踏板速度V，安装在自行车的两个踏板附近，通过踏板转动周期经过的时间大小来控制汽车游戏的加速，即根据自行车3的左右踏板转动的频次来控制汽车游戏中的加速。速度传感器32可采用结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高(可达1MHZ)、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的霍尔传感器(霍尔元件)。霍尔元件将每次接近霍尔元件转动的时间差发到控制器34中，经过分析将相应数据发送到计算机1里，从而控制游戏中的汽车的油门。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。具体地，在自行车的脚踏边上贴上一个磁石，把两个霍尔传感器模块装到脚踏经过的两边位置，在踩自行车时，通过计算两只霍尔传感器的时间差，来获得骑车人踩单车的速度，由此对应赛车油门的深浅。 

偏转角度传感器33安装在自行车的车把附近，用于采集车把的偏转角度θ，并将采集的偏转角度信号通过控制器的运算将数据发给电脑从而控制汽车游戏的左右方向转动。偏转角度传感器33可为电子罗盘，优选为三维电子罗盘。电子罗盘兼备三轴陀螺仪和三维加速度传感器的功能，可同时测定6个方向的位置、移动轨迹和加速度。电子罗盘返回的数值是四元数。四元数的优势为：三维空间的旋转完全可以由4元数来胜任。传统意义上需要3×3矩阵来进行向量的旋转(4x4矩阵的第四列表示平移)。所以四元数更节省空间，运算速度更快。既然四元数能方便的表示3D旋转，那么对他们进行插值就能产生平滑的旋转效果。 

控制器34与速度传感器32、偏转角度传感器33、微动开关31和计算机1相连接，将速度传感器32和偏转角度传感器33获取的自行车的踏板速度和车把转向速度进行处理，得到相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，并输出给计算机1。控制器34可所述控制器包括依次连接的单片 机、数字电位器、方向盘电路板等，单片机可采用51单片机，方向盘电路板可为控制游戏的常规芯片。计算机1根据处理后的脚踏速度和转向速度信息来控制汽车游戏中的汽车的加速和转向，以及根据控制器34输出的微动开关31的开关控制信号来执行汽车的刹车等。 

如图4所示，当玩家使用本发明的多功能动感自行车时，速度传感器32(如霍尔元件)和偏转角度传感器33(如电子罗盘)开始采集玩家的肢体动作信息，具体地，霍尔元件采集自行车的脚踏速度并将采集的踏板速度信息传送给控制器34中的单片机模块进行处理，具体地，将磁铁固定在自行车的脚蹬处，通过计算磁铁通过霍尔元件的时间判断脚踏速度，同时设定若时间长于3秒仍未收到信号则判定脚踏速度为0；电子罗盘采集车把的偏转角度，并将采集的偏转角度传送给控制器34中的单片机进行处理。然后单片机将接收的脚踏速度信息和车把转向角度信息转换成相应的数据流，并将转换的数据流发送给数字电位器，数字电位器将接收的数据流处理成相应的电阻值，并将电阻值输出至方向盘电路板，进而输送给计算机，从而控制游戏的操作。此外，微动开关31采集的刹车信息直接通过按键中的按键电路进入到方向盘电路中，来控制游戏中的汽车的刹车。此外，本发明还可包括控制游戏菜单的按键，其可布置在自行车3上的任一个地方，一般可布置在自行车3的车梁上，与控制器31相连接，用于控制游戏的进入和退出等。 

在本发明中，数字电位器可分为若干个等级，每个等级对应不同的电阻，不同的电阻值对应不同的脚踏速度和偏转角度。例如，可将车速分为10个等级，方向盘每5度设为一个等级，左右各90度便是32个等级，从而达到线性变化的目的(随后介绍关于踏板速度和偏转角度与游戏中的汽车油门开度和转向幅度之间的关系)。 

此外，本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，还可包括直流电机。直流电机与控制器31连接，控制器31控制调节直流电机的转速。在本发明中，通过霍尔元件测出的踏板速度将直流电机的转速分为10个等级，骑行速度为0时电机转速为0，骑行速度最大是电机转速最大。这样根据霍尔元件的测定的脚踏速度的结果，通过单片机驱动直流电机转动，在电机上加扇叶，使得其可以根据骑行速度吹出不同强度的风，即可 模拟骑行时的风吹效果。 

下面，结合图1对本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐方法以及自行车踏板速度和偏转角度与游戏中的汽车油门开度和转向幅度之间的关系进行介绍。 

如图1所示，本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐方法可包括： 

通过辅助装置采集自行车的踏板的速度和把手的偏转角度数据(S1)，以及对采集的踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值(S2)；计算机1基于油门开度电阻值和转向幅度电阻值来控制游戏中的车辆的油门开度和转向幅度(S3)。 

在本发明中，踏板速度根据踏板转动周期经过的时间大小来确定，一般为每秒内霍尔元件检测到的踏板的转动次数，单位为次/秒。如果在设定的时间内没有检测到踏板的转动，则判定踏板速度为“0”。一般将设定的时间设定为3秒。 

具体地，当辅助装置通过霍尔元件和电子罗盘采集到的踏板速度V在第一速度V1以下以及偏转角度为θ在第一偏转角度θ1以下时，设定相应的油门开度电阻值Rv和转向幅度电阻值R_θ为“0”；当采集的踏板速度V为第二速度V2以及偏转角度为θ在第二偏转角度为θ2时，设定相应的油门开度电阻值Rv和转向幅度电阻值R_θ采用的数字电位器的最大电阻值Rmax。在本发明中，优选，第一速度V1设定为0.5次/1秒，第二速度V2设为10次/1秒，第一偏转角度θ1为15°，第二偏转角度为θ2为60°。 

当采集的踏板速度数据V位于第一速度V1和所述第二速度V2之间以及偏转角度为θ在第一偏转角度θ1和所述第二偏转角度为θ2之间时，相应的油门开度电阻值Rv和转向幅度电阻值R_θ分别通过下式进行确定：Rv＝(V-V1)/(V2-V1)*Rmax，R_θ＝(θ-θ1)/(θ2-θ1)*Rmax。此时，计算机1根据相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值来控制游戏中的汽车的油门开度(加速)和转向幅度。 

一般而言，游戏中的汽车的油门开度(加速)和转向幅度与相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值之间的关系为，数字电位器中的相应的电阻值等级对应游戏中的汽车的油门开度和转向幅度的相应的等级，只要计算机1接收到相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，则会自动生成控 制游戏中的汽车的油门开度和转向幅度的指令来操纵游戏。一般，当相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值为“0”时，游戏中的汽车的油门开度(加速)和转向幅度为游戏中设定的最大值，当相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值为Rmax时，游戏中的汽车的油门开度(加速)和转向幅度为0。 

此外，还可根据微动开关31的操作状态来来控制游戏中的车辆的刹车状态。 

综上所述可知，本发明的多功能体感同步自行车健身娱乐系统通过在将普通的自行车与体感游戏进行有机的结合起来，从而能够可以不用到健身房就能体验体感游戏带来的快感，同时能够锻炼身体，即能够集健身和娱乐为一体，且成本低廉，环保节能。 

Claims (10)

1.一种多功能体感同步自行车健身娱乐方法，其特征在于，包括：

采集自行车的踏板速度和把手的偏转角度数据；

对采集的所述踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值；

根据所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值控制电子游戏中的车辆的油门开度和转向幅度。

2.根据权利要求1所述的多功能体感同步自行车健身娱乐方法，其特征在于，所述踏板速度根据踏板转动周期的大小确定，如果在设定的阈值内没有检测到所述踏板的转动，则判定所述踏板速度为“0”。

3.根据权利要求2所述的多功能体感同步自行车健身娱乐方法，其特征在于，当采集的踏板速度在第一速度以下以及偏转角度在第一偏转角度以下时，设定所述相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值为“0”；

当采集的踏板速度为第二速度以及偏转角度在第二偏转角度时，设定所述相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值为采用的数字电位器的最大电阻值。

4.根据权利要求3所述的多功能体感同步自行车健身娱乐方法，其特征在于，当采集的踏板速度在所述第一速度和所述第二速度之间以及所述偏转角度在第一偏转角度和所述第二偏转角度之间时，所述相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值分别通过下式进行确定：

油门开度电阻值＝(踏板速度-第一速度)/(第二速度-第一速度)*最大电阻值，转向幅度电阻值＝(偏转角度-第一偏转角度)/(第二偏转角度-第一偏转角度)*最大电阻值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的多功能体感同步自行车健身娱乐方法，其特征在于，还包括采集所述自行车的刹车状态的数据，并根据所采集的刹车状态的数据来控制所述电子游戏中的车辆的刹车。

6.一种多功能体感同步自行车健身娱乐系统，其特征在于，包括：

自行车、辅助装置、计算机和显示设备，所述自行车通过支撑架固定在地面上，所述辅助装置设置在所述自行车上，所述计算机与所述自行车连接，并根据所述自行车的运动参数来在所述显示设备上进行显示，

其中，所述辅助装置采集所述自行车的踏板的速度和把手的偏转角度数据，并对获取的所述踏板速度和偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，以及将所述油门开度电阻值和所述转向幅度电阻值发送给所述计算机；

所述计算机根据所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值控制显示设备所显示的电子游戏中的车辆的油门开度和转向幅度。

7.根据权利要求6所述的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，其特征在于，所述自行车辅助装置包括：

速度传感器，其设置在靠近所述自行车的两个脚踏的位置处，采集所述踏板的踏板速度数据；

偏转角度传感器，其设置在靠近所述自行车的车把的位置处，采集所述把手的偏转角度数据，

控制器，其设置在所述自行车上，与所述速度传感器、偏转角度传感器和所述计算机相连接，对所述踏板速度数据和所述偏转角度数据进行处理，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值。

8.根据权利要求7所述的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，其特征在于，所述自行车辅助装置还包括设置在所述自行车的刹车位置处的微动开关，所述微动开关与所述控制器连接，控制所述游戏中的汽车的刹车状态，以及与所述控制器连接的直流电机。

9.根据权利要求6至8任一项所述的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，其特征在于，所述速度传感器为霍尔传感器，所述偏转角度传感器为电子罗盘。

10.根据权利要求6至8任一项所述的多功能体感同步自行车健身娱乐系统，其特征在于，所述控制器包括依次连接的单片机、数字电位器、方向盘电路板，其中，所述单片机将所述踏板速度和偏转角度数据转换成相应的数据流，并将所述数据流发送给所述数字电位器，所述数字电位器基于所述数据流，生成相应的油门开度电阻值和转向幅度电阻值，所述方向盘电路板接收所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值，并基于所述油门开度电阻值和转向幅度电阻值生成相应的油门开度指令和转向幅度指令。