基于Windows Phone 7的体感健身系统的设计与实现

摘  要： 体域网包含一系列传感器节点，通过短距离通信技术实现与外界的通信，提供医疗保健、消费电子、个人娱乐等多项服务。论述了一个结合体域网，利用微软公司推出的XNA技术和.NET框架，在Windows Phone 7环境下设计实现的体感健身系统。
关键词： 体域网；Windows Phone 7；XNA
       随着人们生活节奏的加快，很多人难以做到经常进行体育锻炼。近几年对该问题提出了多种解决方案，其中运用体域网(Body Area Network)技术实现的健身方案逐渐受到市场的青睐。
     体域网通过连接多个传感器节点，实现人体周边、体表以及体内范围的通信，支持医疗保健、个人娱乐等功能。它把人体变成通信网络的一部分，从而真正实现了网络的泛在化，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
     该系统使用ZigBee技术组成体域网，并将采集到的人体运动信息以无线的方式发送到Windows Phone 7系统上。运用XNA技术和.NET 框架，在系统上模拟实现110 m跨栏竞赛流程的3D游戏。用户可通过屏幕看到模拟的运动画面，增加锻炼的趣味性，提高人们对运动的热情。系统具有体积小巧、方便易用的特点，适合在相对较小的空间使用。
1 系统总体架构设计
     体感健身系统首先通过高灵敏的角度传感器和心率传感器实时采集运动者腿部摆动角度以及心率变化信息，然后利用ZigBee模块组成体域网，再传输到平台中。系统对收到的信息进行处理，实时模拟出一个3D跨栏的游戏。系统结构图如图1所示。
   
       Windows Phone 7是微软公司于2010年10月发布的全新智能手机操作系统。它并不是之前Windows Mobile操作系统的升级或是继承，而是一个全新的操作系统，它基于Windows Embedded Compact 7新内核编写系统，完全脱离了Mobile 6的技术架构。简洁华丽的metro界面，宣告了它不同以往的风格；采用全新的Push Notification技术方便了手机终端与服务器的数据同步[1]。
     为方便开发，Windows Phone 7提供了模拟器(Emulator)，Emulator可以运行在Windows 7操作系统下，并且在调试和运行程序时，不需要将游戏部署到真正的设备中[2]。
2 系统硬件设计
2.1 ZigBee数据采集模块
     ZigBee数据采集模块是硬件平台的关键部分，该部分首先利用ZigBee技术组成体域网，然后采集用户桡动脉处的脉搏信号和腿部的摆动角度信号，处理后再以无线的方式将数据传输到系统接收模块上。为了扩大系统的应用范围，将来也可考虑用蓝牙设备作为无线传输工具。体感传感器模块硬件框图如图2所示。
   
   2.2 数据接收模块
     系统接收端使用CC2531内置的USB将从ZigBee模块接收到的数据传到手机终端上。
3 系统软件设计
3.1 开发环境
     系统软件部分使用Visual Studio 2010开发，与旧的Visual Studio 版本相比，最新版本的Visual Studio 在性能上有很大提升，方便程序员高效地编写高质量的代码。而且微软公司提供的Windows Phone 7开发包都是基于Visual Studio 2010的，因此本设计选择Visual Studio 2010作为软件开发平台。
     Windows Phone 7提供了两种不同的开发平台：Silverlight for Windows Phone和XNA 4.0 Game Studio。Silverlight是为开发Windows Phone7准备的。XNA 4.0 Game Studio是为开发游戏准备的。
     XNA是微软公司推出的通用软件开发平台，建立在C#的基础上方便游戏开发的一组工具集，目的是让游戏开发过程更加轻松简单并富有乐趣。XNA 4.0比起之前的嵌入式版本XNA 3.1而言进步非常明显，能够支持3D游戏，而且还封装了Open GLES 2.0的接口[3]。
     为了支持XNA的开发，开发环境还需要安装.NET Framework 4或.NET Framework 4的 Runtime动态连接库，否则XNA工程将无法正常编译。开发环境层次图如图3所示。
   
   3.2 系统软件实现
     3D游戏主要设计实现模拟110 m跨栏竞赛的流程。图4展示了游戏全部模块的关系结构。对于软件开发人员而言，主要实现的是导入模型、渲染场景、输入处理、音效处理及运行时机制等功能。下面结合本系统的特点分别对上述几个模块给出处理方法。