基于腦波控制的玩具賽車——意世界

黃佳琪+徐慶+高超+陳善安

1 “意世界”的工作原理

意世界玩具賽車由腦電波頭套采集人體腦電波強(qiáng)度，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)無線傳輸給玩具賽車，由玩具賽車上的單片機(jī)處理腦電波數(shù)據(jù)，并用處理后的數(shù)據(jù)控制電機(jī)模塊的運(yùn)作以及人機(jī)交互模塊的工作。圖1所示就是意世界玩具賽車與人的互動示意圖。

圖1 意世界玩具賽車

2 具體實(shí)施

2.1 整體特征

圖2所示給出了意世界玩具賽車的一些整體特征。本產(chǎn)品包括腦電波頭套、玩具賽車兩大部分。腦電波頭套包括腦電波芯片、前額電極、耳夾電極、藍(lán)牙發(fā)送模塊和電源模塊。玩具賽車以單片機(jī)為核心，包括玩具賽車載體、藍(lán)牙接收模塊1號、藍(lán)牙接收模塊2號、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、人機(jī)交互模塊和功能按鍵。

圖2 意世界玩具賽車的整體特征

2.2 控制機(jī)理

意世界玩具賽車的控制框圖如圖3所示，該玩具賽車采用腦電波芯片進(jìn)行人體腦電波強(qiáng)度的實(shí)時(shí)測量，通過數(shù)據(jù)包解析，得到人體腦電注意力強(qiáng)度。采用藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)腦電波采集模塊與控制終端之間的無線數(shù)據(jù)傳輸。再用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對腦電波芯片實(shí)時(shí)傳來的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析。采用可充電鋰電池及穩(wěn)壓芯片對各個(gè)模塊及元器件進(jìn)行供電。采用功能按鍵，通過按鍵選擇“拔河”、“競速”兩種游戲模式。以時(shí)鐘芯片為基準(zhǔn)，確定系統(tǒng)的采樣周期。采用8個(gè)LED燈完成人機(jī)交互的功能。

2.3 游戲玩法

2.3.1 競速模式

當(dāng)只有一個(gè)玩家控制一輛玩具賽車時(shí)，玩具賽車處于競速模式。在競速模式中，藍(lán)牙接收模塊1號藍(lán)牙發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并交給單片機(jī)解析，提取玩家1的注意力強(qiáng)度值，玩家1的注意力強(qiáng)度越強(qiáng)，玩具賽車的速度越快。玩具賽車競速模式下速度分為四檔：慢，中，快，很快。LED燈將按相應(yīng)比賽方腦電波強(qiáng)度亮燈，腦電波強(qiáng)度越大，亮燈越多。

圖3 玩具賽車的控制框圖

2.3.2 拔河模式

當(dāng)同時(shí)有兩個(gè)玩家控制一輛玩具賽車時(shí)，玩具賽車處于拔河模式。在拔河模式中，藍(lán)牙接收模塊1號和藍(lán)牙接收模塊2號同時(shí)接收兩個(gè)腦電波頭套中的藍(lán)牙發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并交給單片機(jī)解析，可同時(shí)提取玩家1和玩家2兩人的注意力強(qiáng)度值，并比較大小，進(jìn)而返等級1、等級2、等級3、等級4和等級5；其中等級 1為玩家1的注意力遠(yuǎn)大于玩家2，玩具賽車快速向玩家2方向行駛，靠近玩家1的4個(gè)LED燈亮；等級2為玩家1的注意力大于玩家2，玩具賽車慢速向玩家2方向行駛，靠近玩家1的2個(gè)LED燈亮；等級3為玩家1的注意力和玩家2的注意力相當(dāng)，玩具賽車停止不動，LED燈全亮；等級4為玩家1的注意力小于玩家2，所玩具賽車慢速向玩家1方向行駛，靠近玩家2的2個(gè)LED燈亮；等級5為玩家1的注意力遠(yuǎn)小于玩家2，玩具賽車快速向玩家1方向行駛，靠近玩家2的4個(gè)LED燈亮。

3 創(chuàng)新點(diǎn)和市場前景

目前市場上暢銷的玩具賽車大多屬于手動遙控玩具賽車，其基本結(jié)構(gòu)為：玩具賽車和遙控器，遙控器電路部分包括電源、信號發(fā)射電路、單片機(jī)、開關(guān)電路等等。這種普通遙控玩具賽車必須手動來遙控控制，而且一般控制者只有一人，不能兩人同時(shí)遙控控制。這種普通遙控玩具賽車缺乏對抗性，容易讓人產(chǎn)生乏味的感覺。為了讓玩具賽車更具游戲性和可玩性，一種用意念控制的玩具賽車尤為吸引廣大玩家的眼球。玩家可以通過自己的意念來控制玩具賽車的啟停、快慢等等，使玩家的大腦具有遙控器的功能，讓玩家操控起來有種隨心所欲的感覺。與此同時(shí)，該玩具賽車還能進(jìn)行兩個(gè)玩家之間意念強(qiáng)弱的比拼，結(jié)果反映在玩具賽車的行進(jìn)方向和速度上。

本產(chǎn)品開辟了一種全新的玩具賽車操作方式，并具有多種游戲模式，將會成為娛樂玩具領(lǐng)域的高端產(chǎn)品。作品功能豐富，娛樂性、創(chuàng)新性和可行性較強(qiáng)，市場前景廣闊，隨著進(jìn)一步的開發(fā)還可應(yīng)用于人們的日常生活，如課堂注意力檢測、汽車駕駛注意力檢測及疲勞駕駛防范、運(yùn)動員訓(xùn)練等方面。