锻炼脑手眼耳协调能力的设备的制作方法
【专利摘要】本发明属于电子技术和生物技术。本产品的系统电路设计图如图1所示，整机产品由外壳，输入部分，输出部分，单片机中央控制器及相关电路，软件系统，以及电池组成。主要功能是通过本设备的锻炼，提高使用者的脑，手，眼，耳的协调能力。软件有三类功能设定：A类通过用户根据LED灯提示或语音提示，在规定的时间内按动按键或摇动摇杆，锻炼脑手眼耳协调的协调能力；B类通过用户快速记住哪些按键是刚才被点亮过的，按下这些按键，锻炼视觉相关的短时记忆能力；C类通过语音播放一系列按键数字后，用户记住刚才播放的数字组合，来按下对应的按键，锻炼听觉相关的短时记忆能力。
【专利说明】锻炼脑手眼耳协调能力的设备
—.【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锻炼脑手眼耳协调能力的设备，属于电子技术和生物技术。
[0002]二.【背景技术】(这一部分主要写这种锻炼协调能力的设备的发展现状，存在的缺陷。)
[0003]1.根据生物学的研究，通过联动和反馈锻炼来提高脑手眼耳的协调能力，以及锻炼短时记忆能力，可以达到降低老年痴呆发病几率的效果。
[0004]2.。目前类似的产品有掌上打地鼠游戏机，但是存在的不足有:1)它只能锻炼大拇指的动作，对其他手指的锻炼缺失。而生物研究发现，加强中指，无名指和小指的锻炼，更有助于降低老年痴呆的发病几率。2)它只能锻炼眼脑手的协调能力，对听觉和手指的协调能力的锻炼缺失。3)它只有按压一个动作，而手指需要有转动等更多动作来维护神经的健康。4)它的目的在于游戏，没有针对老年人做特殊设计。例如有的关卡难度设计过高，超过老年人的反应能力，而且过快的速度也容易引起血压上升等问题。它更适合于儿童和青少年。5)它没有锻炼短时记忆能力的功能。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的在于，提供克服现有技术的不足，提供一种锻炼协调能力的设备，通过本设备的锻炼，能够提高使用者的脑，手，眼，耳的协调能力，进而降低老年痴呆的发病几率。
[0006]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:
[0007]—种锻炼协调能力的设备，包括单片机中央控制器、输入按键、音量调节开关、摇杆、LED灯、小型扬声器、和系统软件；所述输入按键包括数字按键；其特征在于:
[0008]所述设备通过调用不同的子程序，完成三类的功能:
[0009]A类:通过LED灯给出灯光提示、或通过扬声器给出语音提示，用户在规定的时间内操作按键或摇杆完成提示指示的动作；
[0010]B类:点亮某些LED灯，保持一定时间，然后熄灭所述LED灯，用户根据记忆在规定时间内按下刚才亮起的按键；
[0011]C类:通过输出系统语音播放一系列按键对应的数字，播报结束后，用户根据记住的数字在规定时间内按下对应的按键。
[0012]其中输入按键的布局根据人体工程学，分为左、右拇指对应的按键，左、右食指对应的纵向按键，左、右拇指对应的摇杆，左、右中指对应的摇杆，左、右无名指和/或小指对应的按键，所述各按键和摇杆均处于能够被对应各手指灵活操作的位置。
[0013]内部的硬件电路设计由分立芯片组成，所述分立芯片包括集成入语音芯片功能的单片机、和译码器。
[0014]内部的硬件电路设计也可以由单独的语音芯片，单片机和译码器等分立芯片组成。
[0015]内部的硬件电路设计还可以由定制芯片构成，所述定制芯片是将各分立芯片的功能集成到一个芯片上，所述各分立芯片包括单片机、译码器，语音芯片。
[0016]本发明采用了上述技术方案之后，具有如下优点:[0017]1.本产品能全面锻炼脑，手，眼，耳的协调能力和大脑的短时记忆的能力。
[0018]2.本产品能够全面锻炼各手指，尤其是对中指，无名指，小指的锻炼，对降低老年痴呆症的发病几率有较大的影响。
[0019]3.本产品能够全面的锻炼手指的动作，包括按压和转动等。
[0020]4.本产品根据人体工程学和老年人的特点，做了专门的设计，从而更适合老年人使用，在娱乐中获得身体的锻炼。
三.【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1.系统电路设计框图
[0022]图2.产品正面图
[0023]1-10号按键为普通圆形按键，11和12号为方形纵向按键。1_12号键均内置LED灯。电源和音量调节键是一个复用的多级可变电阻开关。
[0024]图3.产品背面图
[0025]13，14号键为大号普通圆形按键，不内置LED灯。
[0026]图4.电路原理图
[0027]PWR是电源正极，通过电源开关连接到VDD，控制整机的电源。14个按键开关上拉后，连接单片机的输入口，按下键低电平有效。
[0028]一片4-16译码器连接单片机的输出口，通过锁存后点亮对应的LED灯。
[0029]声音输出通过音量调节开关连接一个小型扬声器。
[0030]四个摇杆连接到单片机的输入口。
[0031]图5.软件总体流程图
[0032]系统软件的总体图，双向箭头表示两个模块之间有交互。
[0033]图6.选级子程序流程图
[0034]合法的判断是当输入的是摇杆或其他超过级别范围的按键时，返回程序的开始，提示并等待用户输入。
[0035]图7.发音子程序流程图
[0036]根据主程序输入的数字V，在语句表中查找对应的语句文件，然后驱动小型扬声器播放此语句。
[0037]图8.随机数子程序流程图
[0038]它负责产生主程序指定个数的无重复数的一系列随机数。
[0039]图9.LED灯控制程序流程图
[0040]根据数组H中的数据点亮每个数据对应的LED灯。
[0041]图10.A类关卡主程序流程图
[0042]程序是个循环，根据数组中的数字，不断点亮对应的LED灯或语音提示，如果用户在规定的时间内按下了对应的按键或完成了相应的操作，就说明反应正确，得分。超时或做错都不得分。直到数组中的数字用完。
[0043]图11.B类关卡主程序流程图
[0044]程序先点亮数组中数字对应的所有LED灯，保持K秒让用户记住哪些灯是亮的，然后熄灭灯，用户根据记忆按下刚才亮起的按键，按键错误会被扣除一定分数，当按键数目等于数组中的数字数目时，或到达设定时间时，程序结束。
[0045]图12.C类关卡主程序流程图
[0046]程序用语音播报出数组中全部的数字，播报结束后，用户根据记住的数字按下对应的按键，按键错误会被扣除一定分数，当按键数目等于数组中的数字数目时，或到达设定时间时，程序结束。
[0047]图13.报数跳转子程序
[0048]程序根据得分是否达到过关标准来决定跳转的方向，如果达到，进入下一关，如果没达到，重复本关。
[0049]程序中所用到的参数的说明:
[0050]d:本关得分
[0051]p，n，S:产生P个范围为1-n的随机整数，构成数组S ;
[0052]V:发音子程序的输入(指明在语音表中的位置)
[0053]K:保持灯亮的秒数
[0054]H, i, E:数组H，数组长度为i。E为亮灯参数，E = 1，灯亮，E = 0，熄灭所有灯
[0055]f，g:C类主程序语音报数时间隔f，播放遍数g
[0056]t:每次操作的预设时间，不同关卡的t不同。
四.【具体实施方式】
[0057]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0058]本产品的系统电路设计框图如图1所示，整机产品由外壳，输入部分，输出部分，单片机中央控制器及相关电路，软件系统，以及电池组成。下面分别详细叙述:
[0059]1.外观:产品是手持电子设备，呈长方形，角部做磨圆处理。产品正面图见图2，背面图见图3.[0060]2.输入部分:输入部分由根据功能需要布置的10个数字按键，4个其他按键，一个音量调节和电源开关的复用键，4个摇杆组成。本发明的核心之一是根据生物学研究选择输入组件和各组件的位置布局，配合软件实现合理的锻炼。
[0061]3.输出部分:输出部分由12个LED灯(分别位于对应数字按键的下方，即LED灯亮起，对于用户来说是按键亮起)和I个小型扬声器组成。
[0062]4.单片机中央控制器:它通过相关电路和外围芯片连接各输入输出设备，并对它们进行控制。
[0063]5.系统软件:系统软件是本发明的核心之一，软件总体流程图见图5。各子程序的流程图见图6-图13。
[0064]上电后，程序首先完成初始化，然后选择级别子程序调用发音子程序完成级别的选择提示，用户通过按数字键选择级别。然后程序进入相应的级别的第一关。
[0065]级别分为三大类:A类通过用户根据LED灯提示或语音提示，在规定的时间内按动按键或摇动摇杆，锻炼脑手眼耳协调的协调能力类通过用户快速记住哪些按键是刚才被点亮过的，按下这些按键，锻炼视觉相关的短时记忆能力；C类通过语音播放一系列按键数字后，用户记住刚才播放的数字组合，来按下对应的按键，锻炼听觉相关的短时记忆能力。[0066]关卡主程序调用发音子程序，随机数生成子程序，LED控制子程序完成本关的功能并计算出得分。
[0067]报数跳转子程序根据是否达到合格分数跳转到相应关卡，同时调用发音子程序给出提示。
[0068]当通过最后一个级别的最后一关后，程序结束，机器进入关机或休眠状态。用户也可以随时通过硬件的电源开关来关闭机器。
[0069]A类级别的设定原则:
[0070]I)根据中老年人的反应速度设置不同的两个动作的反应间隔。
[0071]2)每个难度级别内，各个回合中，两次操作的时间间隔保持一致。不同级别之间，级别越低，间隔越长，级别越高，间隔越小。
[0072]B类级别的设定原则:
[0073]I)根据每次需要记住的灯的个数确定难度级别,级别越低,每次亮灯的个数越少，级别越高，每次亮灯的个数越多。
[0074]2)级别越低，亮灯后保持的时间越长，级别越高，亮灯后保持的时间越短。
[0075]C类级别的设定原则:
[0076]I)根据每次需要记住的按键的个数确定难度级别，级别越低，每次播放的数字个数越少，级别越高，每次播放的数字个数越多。
[0077]2)级别越低，两个数字的报数时间隔越长，级别越高，两个数字的报数时间隔越短。
[0078]3)由于数字增多后记住的难度增加是非线性增长，所以级别越低，每次重复的遍数越少，级别越高，每次重复的遍数越多。
[0079]6.电池:本产品由电池供电。
[0080]根据本发明，一个具体的产品如下:
[0081]1.外部和硬件电路如图2-图5所示。
[0082]2.系统软件的具体设置:
[0083]难度级别分成12级，对应12个数字按键，每级有6个回合，I，4，7，10级为A类，主要锻炼脑手眼耳协调，每个回合有50个操作动作。
[0084]2,5,8,11级为B类，主要锻炼视觉相关的短时记忆。每个回合有20个组合操作。
[0085]3,6,9,12级为C类，主要锻炼听音后的短时记忆。每个回合有20个组合操作。
[0086]A类:调用随机数产生子程序，对于第1，4级，P = 60，η = 18，对于第7，10级，ρ=120，η = 18，生成数组S。第1.4级每次使用I个数，第7，10级每次使用2个数。对于S中的数，如果为1-12，将数据写入数组H，点亮对应的LED灯，如果为13-18，调用发音子程序发出提不首。
[0087]如果用户有输入，比对是否按键正确，正确得2分，错误不得分。两个输入的级别，每按对一个得I分。第1，4级是每次第一个接收到的按键为有效值，第7，10级有两个输入，每次取第一个接收到的按键为有效值，两个输入不分先后顺序，每次只要与两个数字中一个符合即可得I分。
[0088]当到达设定的时间t还没有输入，本次操作不得分。
[0089]如果到达数组结束，输出得分给主程序。[0090]B类:调用随机数产生子程序,第2级ρ = 4 ;第5级ρ = 5,第8,11级ρ = 6, η均为12。
[0091 ] 使H = S，ρ = i，点亮数组中全部数对应的LED灯，保持K秒，第11级的K数值略减小。熄灭灯，等待用户输入，有输入后将用户输入的按键下的LED灯点亮，并比对是否此数在数组中。直到按键数目达到P或达到预定的时间t。错一个扣20分，最低得分为O分。
[0092]熄灭用户按亮的LED灯。然后点亮输入错误的灯，调用发音子程序，发出提示音。保持半秒后熄灭LED灯。输出得分给主程序。
[0093]C类:调用随机数产生子程序，第3级ρ = 5 ;第6级ρ = 6，第9级ρ = 7，第12级P = 8.η 均为 14。
[0094]报出数组，每数间隔f时间。重复播放的遍数g:第3，6级g = 1，第9，12级g =2。
[0095]播放过程中用户的输入无效，只有当播放完成，语音提示开始后才开始进入等待用户输入的状态。
[0096]有输入后将用户输入的按键下的LED灯点亮，并比对是否此数在数组中。直到按键数目达到P或达到预定的时间t。错一个扣20分，最低得分为O分。
[0097]熄灭用户按亮的LED灯。调用发音子程序，报出按键错误的数字。
[0098]输出得分给主程序。
[0099]过关:达到80分或以上为过关。
[0100]3.供电:两节1.5伏干电池供电。
【权利要求】
1.一种锻炼协调能力的设备，包括单片机中央控制器、输入按键、音量调节开关、摇杆、LED灯、小型扬声器、和系统软件；所述输入按键包括数字按键；其特征在于: 所述设备通过调用不同的子程序，完成三类的功能: A类:通过LED灯给出灯光提示、或通过扬声器给出语音提示，用户在规定的时间内操作按键或摇杆完成提示指示的动作； B类:点亮某些LED灯，保持一定时间，然后熄灭所述LED灯，用户根据记忆在规定时间内按下刚才亮起的按键； C类:通过输出系统语音播放一系列按键对应的数字，播报结束后，用户根据记住的数字在规定时间内按下对应的按键。
2.如权利要求1所述的设备，其中输入按键的布局根据人体工程学，分为左、右拇指对应的按键，左、右食指对应的纵向按键，左、右拇指对应的摇杆，左、右中指对应的摇杆，左、右无名指和/或小指对应的按键，所述各按键和摇杆均处于能够被对应各手指灵活操作的位置。
3.如权利要求1所述的设备，内部的硬件电路设计由分立芯片组成，所述分立芯片包括集成语音芯片功能的单片机、和译码器。
4.如权利要求1所述的设备，内部的硬件电路设计由定制芯片构成，所述定制芯片是将各分立芯片的功能集成到一个芯片上，所述各分立芯片包括单片机、译码器，和语音芯片。
5.如权利要求1所述的设备，内部的硬件电路设计由单独的语音芯片，单片机和译码器等分立芯片组成。
【文档编号】A63B22/00GK103961837SQ201310025244
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2013年1月24日
【发明者】朱程锦, 朱文淼 申请人:朱程锦