一种应用于动感单车的虚拟现实系统的制作方法

本发明涉及医疗健康技术领域，尤其涉及一种应用于动感单车的虚拟现实系统。

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。动感单车：又叫室内固定单车，是健身房中最常用的健身项目之一，因简单易用使其成为很多人的健身房必做运动。动感单车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，还是不免有些枯燥乏味。

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。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种应用于动感单车的虚拟现实系统，通过模拟现实生活中骑行的场景以及坡度，提高使用者在使用动感单车时的沉浸度，进而增加锻炼时的乐趣，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：

一种应用于动感单车的虚拟现实系统，包括速度采集部分、可选分离式阻尼控制器部分、核心处理器部分、手机部分和虚拟眼镜部分；

所述速度采集部分包括健身房普通动感单车、霍尔传感器、镶嵌多块小磁铁的橡胶轮、转向按钮和刹车漂移按钮；刹车漂移按钮安装在动感单车的车把上，霍尔传感器、镶嵌多块小磁铁的橡胶轮安装在动感单车的车轮上，霍尔传感器用于收集动感单车的车轮的转速脉冲，运动时，霍尔传感器检测到镶嵌多块小磁铁的橡胶轮带动磁铁转动的脉冲，将脉冲信号输入到核心处理器部分；转向按钮和刹车漂移按钮为通断按钮，分别接在stm32处理器的不同低电平串口上，当触发转向或者刹车漂移按钮时，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；

可选分离式阻尼控制器部分设有多个阻尼控制挡位，安装在动感单车自带的压力调节旋钮上，包括步进电机、电机电源、变向齿轮组、可调夹子；步进电机、电源、变向齿轮组固定安装在一个简易盒中，简易盒底部固定在动感单车横梁上；所述电机电源与步进电机电源端连接，为步进电机供电，步进电机通过转轴与变向齿轮组转轴相连，变向齿轮组的转轴末端固定可调夹子，可调夹子用于夹住动感单车的压力调节旋钮；当步进电机接收到核心处理器的不同指令时，步进电机带动变向齿轮组，利用可调夹子给动感单车不同的阻尼，来模拟不同的坡度；

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处理器接收到霍尔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处理器接收到转向以及刹车漂移信号时，给蓝牙hid键盘模块发送转向以及刹车漂移信号；蓝牙hid键盘模块内置封装好的蓝牙协议，能够与手机部分进行蓝牙连接并向手机部分发送控制指令和速度信号，控制虚拟场景的变换；当加装可选分离式阻尼控制器部分时，蓝牙hid键盘模块接收到手机部分发送的阻尼数据后，经过stm32处理器处理，转化成步进电机所需的脉冲信号后，发送给步进电机；

手机部分为三星s6或后续系列型号手机或普通安卓手机；通过unity3d设置好虚拟场景，导入到手机部分；

虚拟眼镜部分为三星gearvr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，所述可选分离式阻尼控制器部分模拟不同的坡度时，先由手机将阻尼信息以4位的形式循环发送给蓝牙hid键盘模块，蓝牙hid键盘模块将阻尼信息的数据传输给核心处理器，核心处理器将阻尼信息的数据转换成脉冲信息发送到步进电机，步进电机带动变向齿轮组，进而带动可调夹子控制动感单车阻力以模拟坡度。

进一步地，所述手机部分的虚拟场景为自行车赛车游戏，设有4条不同的赛道和三种不同类型的车辆，比赛模式包括计时赛、与ai比赛、收集金币赛；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，会控制虚拟场景及其中自行车的移动。

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动感单车的虚拟现实系统，通过模拟现实生活中骑行的场景以及坡度，提高使用者在使用动感单车时的沉浸度，进而增加锻炼时的乐趣，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，更加提升了使用动感单车的乐趣，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动感单车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。

一种应用于动感单车的虚拟现实系统，如图1所示，包括速度采集部分、可选分离式阻尼控制器部分、核心处理器部分、手机部分、虚拟眼镜部分。

速度采集部分包括健身房普通动感单车、霍尔传感器、镶嵌多块小磁铁的橡胶轮、转向按钮和刹车漂移按钮。刹车漂移按钮安装在动感单车的车把上，霍尔传感器、镶嵌多块小磁铁的橡胶轮安装在动感单车的车轮上，霍尔传感器用于收集转速脉冲，运动时，霍尔传感器检测到镶嵌多块小磁铁的橡胶轮带动磁铁转动的脉冲，将脉冲信号输入到核心处理器部分。转向按钮和刹车漂移按钮为通断按钮，分别接在stm32处理器的不同低电平串口上，当触发转向或者刹车漂移按钮时，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。

可选分离式阻尼控制器部分设有多个阻尼控制挡位，安装在动感单车自带的压力调节旋钮上，包括步进电机、电机电源、变向齿轮组、可调夹子。步进电机、电源、变向齿轮组固定安装在一个简易盒中，简易盒底部固定在动感单车横梁上。电机电源与步进电机电源端连接，为步进电机供电，步进电机通过转轴与变向齿轮组转轴相连，变向齿轮组的转轴末端固定可调夹子，可调夹子用于夹住动感单车的压力调节旋钮。可选分离式阻尼控制器部分模拟不同的坡度时，先由手机将阻尼信息以4位的形式循环发送给蓝牙hid键盘模块，蓝牙hid键盘模块将阻尼信息的数据传输给核心处理器，核心处理器将阻尼信息的数据转换成脉冲信息发送到步进电机，步进电机带动变向齿轮组，进而带动可调夹子控制动感单车阻力以模拟坡度。

核心处理器包括stm32处理器、xm-04-hid-k蓝牙hid键盘模块。stm32处理器接收到霍尔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处理器接收到转向以及刹车漂移信号时，给蓝牙hid键盘模块发送转向以及刹车漂移信号。蓝牙hid键盘模块内置封装好的蓝牙协议，能够与手机部分进行蓝牙连接并向手机部分发送控制指令和速度信号，控制虚拟场景及其中自行车的移动。当加装可选分离式阻尼控制器部分时，蓝牙hid键盘模块接收到手机部分发送的阻尼数据后，经过stm32处理器处理，转化成步进电机所需的脉冲信号后，发送给步进电机。

手机部分为三星s6或后续系列型号手机或普通安卓手机；通过unity3d设置好虚拟场景，导入到手机部分，其中的虚拟场景为自行车赛车游戏，设有4条不同的赛道和三种不同类型的车辆，比赛模式包括计时赛、与ai比赛、收集金币赛。

虚拟眼镜部分为三星gearvr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。

使用本实施例所述的动感单车的虚拟现实系统时，使用者打开软件、安装好虚拟眼镜、速度采集部分、操控按钮以及可选分离式阻尼控制器之后，打开核心处理器，带上虚拟眼镜，双手保证能够触碰到转向及刹车漂移按钮，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虚拟眼镜设备端。

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速度采集部分，然后使用者骑上动感单车开始运动。使用者每骑一圈霍尔传感器将发送一个脉冲信号到stm32处理器，stm32处理器根据自身时钟用提前写入的程序通过脉冲数计算出速度，然后通过usart的rx、tx串口将速度数据发送至蓝牙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。如果骑行过程中按了转向及刹车漂移按钮，stm32处理器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手机端进行信号输入。

对于不同速度、转向以及漂移信息，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控制指令。在手机端接收到来自蓝牙hid键盘模块的不同控制指令后，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。

虚拟场景根据场景中的坡度向核心处理器发送不同的阻尼值，控制步进电机调节动感单车阻尼，增强沉浸感。并且场景中不同比赛模式和不同奖励，使用者通过控制骑行方向和速度获取游戏道具，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车辆，玩家会获得沉浸以及激励感，更加热衷于本系统动感单车的骑行。

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。