專利名稱：運動位移無線檢測系統(tǒng)及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運動醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的運動員體能訓(xùn)練運動位移的無線檢
測系統(tǒng)，特別是涉及一種基于Zigbee無線局域網(wǎng)絡(luò)的運動位移無線才企測系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當今，對運動員的體能訓(xùn)練時，需要對其運動進行評估以獲取信息參數(shù) 以促進對運動訓(xùn)練方案的調(diào)整，使得運動員獲得更好的訓(xùn)練效果，取得優(yōu) 異成績；對運動的評估方法有很多，其中運動位移是一個重要指標，由此 亦可根據(jù)相關(guān)算法得到消耗能量的指標，目前同類產(chǎn)品主要是智能體育器 材，如加速度計，在設(shè)備上直接顯示加速度值，但是不能將需要的參數(shù)指 標實時傳至運動教練室指導(dǎo)訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種運動位移無線檢測系統(tǒng)， 通過采用無線傳輸技術(shù)，采集運動的位移量，從而能夠直觀的分析和顯示 運動員的運動情況，便于及時調(diào)整運動員的訓(xùn)練方式和訓(xùn)練方法。
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種運動位移無線檢 測系統(tǒng)，包括電源模塊，運動位移檢測單元、路由節(jié)點以及監(jiān)控中心；所 述運動位移檢測單元同所述路由節(jié)點通過無線連接；所述路由節(jié)點與所述 監(jiān)控中心通過有線或無線連接；所述運動位移檢測單元包括傳感器模塊和 單片機模塊；所述傳感器和所述單片機模塊通過串口連接；所述單片機模 塊包括Zigbee無線射頻模塊和RF無線射頻阻抗匹配模塊；所述傳感器模 塊為三軸加速度傳感器。
本發(fā)明進一步的改進是所述監(jiān)控中心包括所述單片機模塊、數(shù)據(jù)顯 示裝置以及串口轉(zhuǎn)換模塊；所述數(shù)據(jù)顯示裝置通過所述串口轉(zhuǎn)換模塊與所
述單片才A^莫塊連接。
本發(fā)明進一步的改進是所述監(jiān)控中心與所述運動位移檢測單元進行 數(shù)據(jù)的傳輸，所述數(shù)據(jù)顯示裝置通過其設(shè)有的運動位移管理軟件顯示接收 的數(shù)據(jù)信息。
本發(fā)明進一步的改進是:所述電源模塊為電池電源和/或USB接口電源； 所述電源模塊通過撥碼開關(guān)設(shè)置。
本發(fā)明進一步的改進是所述運動位移;險測單元至少包括一個所述運動位移4企測單元。
本發(fā)明提供了 一種運動位移無線檢測系統(tǒng)的運行方法，包括如下步驟 (101)設(shè)于活動目標上的傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送參數(shù)信息到監(jiān)控中心；
(102) 所述監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)的軟件對接收到的所述參數(shù)信息按照特定的 計算方法進行位移計算；
(103) 所述監(jiān)控中心對所述位移進行顯示和管理。 本發(fā)明進一步的改進是所述步驟(101)中的所述活動目標包括一個和
多個活動目標；所述傳感器為三軸加速度傳感器；所述參凄t信息為所述活 動目標的X軸、Y軸以及Z軸的三軸加速度信息。
本發(fā)明進一步的改進是所述無線網(wǎng)絡(luò)為zigbee無線網(wǎng)絡(luò)；所述無線 網(wǎng)絡(luò)中包括單個或者多個網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點；所述傳感器通過單個或者多個所 述路由節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿霰O(jiān)控中心。
本發(fā)明進一步的改進是所述步驟(102)中所述特定的計算方法具體 為將所述活動目標中一個周期的加速度的測量值減去其平均值，令其邊 界條件為零，對修正后的加速度積分得到其速度，將所求速度減去其平均 值，令邊界條件為零，對修正后的速度積分即可得到所述活動目標的相對位 移，然后將相對位移數(shù)據(jù)信息存儲于監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)存儲裝置中。
本發(fā)明進一步的改進是多個所述活動目標能夠通過所述監(jiān)控中心進 行位移計算；所述監(jiān)控中心設(shè)有所述傳感器、路由節(jié)點的唯一標識碼。
本發(fā)明的有益效果是該發(fā)明采用2.4G無線傳輸技術(shù)，因為該網(wǎng)絡(luò)頻 段干擾信號比較少，因此可以用來實現(xiàn)短距離的高速無線數(shù)據(jù)傳輸；通過 采用加速度傳感器來獲取運動員的位移情況，將位移情況轉(zhuǎn)換為可識別的 信息進行顯示，從而便于指導(dǎo)訓(xùn)練；而該裝置通過采用多路由節(jié)點的形式， 可以同時對多個運動員的運動情況進行檢測，通過批量分析運動員的位移 情況，從而指導(dǎo)運動員訓(xùn)練，提高了教練員工作效率；本發(fā)明同時提供了 該系統(tǒng)的運行方法，提供多點多運動目標的檢測，為進一步分析和指導(dǎo)運 動員的訓(xùn)練提供了有力的支撐，從而滿足了多點檢測，多點位移，活動目 標才全測的目的。


圖l是本發(fā)明運動位移無線檢測系統(tǒng)的示意框圖2是本發(fā)明運動位移無線檢測系統(tǒng)的傳感器模塊電原理圖；圖3是本發(fā)明運動位移無線檢測系統(tǒng)的單片機電原理圖； 圖4是本發(fā)明運動位移無線檢測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換模塊原理圖； 圖5是本發(fā)明運動位移無線檢測系統(tǒng)的電源模塊控制單元原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖l所示， 一種運動位移無線檢測系統(tǒng)，包括電源模塊14，其特征在 于所述運動位移無線裝置還包括運動位移檢測單元l、路由節(jié)點2以及監(jiān) 控中心3;所述運動位移檢測單元1同所述路由節(jié)點2通過無線連接；所述路 由節(jié)點2與所述監(jiān)控中心3通過有線或無線連接；所述運動位移檢測單元l包 括傳感器模塊ll和單片機模塊；所述傳感器ll和所述單片機模塊通過串口 連接。
所述單片機模塊包括Zigbee無線射頻模塊12和RF無線射頻阻抗匹配 模塊13。參見圖3， 一種實施例中，所述單片機采用韓國RadioPulse公 司芯片MG2455，實現(xiàn)無線短距離通信的解決方案，其完全兼容IEEE 802. 15. 4標準和ZigBee標準，工作頻段為2. 4GHz。在空日廣場合，通信距 離可以達到200m。其功耗^艮低，在睡眠模式下，電流消耗低于luA。在接 收狀態(tài)下，電流消耗為33.2mA。在發(fā)送狀態(tài)下，OdBm時的電流消耗為 30. 6mA， 8dBm時的電流消耗為43mA。
MG2455單片機集成了Zigbee無線通信模塊，是一款符合ZIGBEE協(xié)議標準 的射頻收發(fā)器和樣l處理器，內(nèi)部資源豐富，包括96KB的內(nèi)部Flash， 8KB的 內(nèi)部SRAM,另外內(nèi)部還有SPI、 A/D等資源，具有通訊距離遠、抗干擾能力 強、組網(wǎng)靈活、性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點和特性；可實現(xiàn)點對點、 一點對多點、 多點對多點之間的設(shè)備間數(shù)據(jù)的透明傳輸；可組成星型、樹型和蜂窩型網(wǎng) 狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送、按照目標地址發(fā)送模式， 除可實現(xiàn)一般的點對點數(shù)據(jù)通信功能外，還可實現(xiàn)多點之間的數(shù)據(jù)通訊。 因此，符合運動位移無線檢測系統(tǒng)在訓(xùn)練場館的遠距離才企測應(yīng)用需求。
所述傳感器才莫塊ll為三軸加速度傳感器。如圖2， 一款低功耗三軸加速 度傳感器，電源電壓2. 35v—3. 6v,數(shù)字1/0電壓l. 7v—3. 6v，非常低能耗 (2.5v，480uA典型)，量程土2g，采用高速SPI數(shù)字串口通信接口與所述 單片機連接，運動和自由落體可觸發(fā)中斷信號，便于對于運動和墜落的探 測。芯片采用先進的硅電容3D-MEMS技術(shù)，抗沖擊能力強。接口電路如下， 采用SPI三總線接口，連接方法簡單可靠，MOSI連接單片機PO. 1， MISO連接 單片機PO. 2， SCK連接單片機PO. 3, CSB片選信號線連接單片機PO. 4， XRESET 復(fù)位引腳連接單片機PO. 5。采用I/0口模擬SPI時序完成加速度數(shù)字信號的 采集。所述監(jiān)控中心3包括所述單片才7l4莫塊、數(shù)據(jù)顯示裝置32以及串口轉(zhuǎn)換模 塊31;所述數(shù)據(jù)顯示裝置32通過所述串口轉(zhuǎn)換模塊31與所述單片機模塊連 接。所述監(jiān)控中心3與所述運動位移檢測單元1進行數(shù)據(jù)的傳輸，所述數(shù)據(jù) 顯示裝置32通過其設(shè)有的運動位移管理軟件顯示接收的數(shù)據(jù)信息。運動員 終端節(jié)點檢測的運動位移參數(shù)需要經(jīng)過傳輸模塊發(fā)送至遠端的監(jiān)控中心 11,其間必須經(jīng)過Zigbee網(wǎng)絡(luò)的路由節(jié)點2和傳輸以到達監(jiān)控中心的中心節(jié) 點進行運動位移數(shù)據(jù)的串口傳輸至顯示裝置(如電腦)進行顯示。而轉(zhuǎn)換 模塊31，則通過采用串口轉(zhuǎn)usb的方式，將串口轉(zhuǎn)換成為usb接口，從而實 現(xiàn)與顯示裝置32的連接。在該轉(zhuǎn)換模塊的選擇上，可以采用cp2102，其是 高集成度USB-UART橋接電路。參見圖4，它們能夠用最筒單的外部電路、最 少的外部器件及最小的電路板面積簡便實現(xiàn)USB2. O到UART的轉(zhuǎn)換。其中 CP2102的引腳USB0-RXD-I連接單片機的串口引腳Pl. 1TXD,而CP2102的引腳 USBO-TXD-O連接單片機的串口引腳Pl. ORXD,監(jiān)控中心還設(shè)有專門的數(shù)據(jù) 存儲裝置，用于存;^接收到的數(shù)據(jù)和計算出的位移信息。
所述單片枳4莫塊還包括用于指示工作狀態(tài)的LED指示才莫塊15，用于顯示 其工作狀態(tài)。
所述電源模塊l4設(shè)有電源模塊控制單元；所述電源模塊控制單元與所述 電源模塊14連接；所述電源模塊控制單元設(shè)定所述電源模塊14的供電方式； 所述電源模塊14的供電方式為電池電源和/或USRf妾口電源；所述電源模塊 14的供電方式通過所述電源模塊控制單元的撥碼開關(guān)設(shè)置。參見圖5，電源 模塊選用RT9163降壓穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)3. 3V的系統(tǒng)電源VCC-3V。而系統(tǒng)可選用 兩種電源，在運動員節(jié)點采用5V電池輸入VCC-5V，在路由節(jié)點或監(jiān)控中心 節(jié)點采用上述USB接口的電源VUSBO-V作為系統(tǒng)電源，通過SW1撥碼開關(guān)選擇 設(shè)置。
所述運動位移檢測單元l至少包括一個所述運動位移檢測單元l;在運動 員訓(xùn)練中，多個運動員同時進行訓(xùn)練時，通過每個運動員攜帶的所述運動 位移檢測單元l,可以分別對他們的位移情況進行檢測，通過相同或者不同 的路由節(jié)點將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心11 ，從而對訓(xùn)練進行監(jiān)控和指導(dǎo)， 教練員能夠通過運動員的位移情況，及時調(diào)整訓(xùn)練方式或方法，提高其工 作效率。
具體實施過程中，在zigbee網(wǎng)絡(luò)通暢的情況下，運動員的訓(xùn)練情況被三 軸加速度傳感器采集，其采集信息通過單機片上的無線射頻模塊在zigbee 網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸，監(jiān)控中心的無線射頻模塊則會接收到該傳輸信息，通過 串口轉(zhuǎn)換，將信息傳輸?shù)诫娔X上面，電腦通過其控制l欠件，對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn) 換、分析、管理，從而實現(xiàn)對運動員的運動位移情況進行監(jiān)控和指導(dǎo)，而RF無線射頻阻抗匹配模塊則提供強大的抗干擾能力，保證傳輸數(shù)據(jù)的準確 以及保證各個運動位移檢測單元正常工作。
本發(fā)明同時提供了該系統(tǒng)的運行方法，包括如下步驟(101)設(shè)于活 動目標上的傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送參數(shù)信息到監(jiān)控中心；
(102 )所述監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)的軟件對接收到的所述參數(shù)信息按照特定的 計算方法進行位移計算；
(103)所述監(jiān)控中心對所述位移進行顯示和管理。
所述步驟(101)中的所述活動目標包括一個和多個活動目標；所述傳感 器為三軸加速度傳感器；所述參數(shù)信息為所述活動目標的X軸、Y軸以及Z 軸的三軸加速度信息。所述步驟(102)中所述特定的計算方法具體為將所 述活動目標中一個周期的加速度的測量值減去其平均值，令其邊界條件為 零，對修正后的加速度積分得到其速度，將所求速度減去其平均值，令邊界 條件為零，對修正后的速度積分即可得到所述活動目標的相對位移。由于
加速度的二重積分就是位移，因此利用所述加速度傳感器11可以測量活動 目標的運動位移，只需將加速度參數(shù)傳送至監(jiān)控中心，由該監(jiān)控中心完成 運動位移的計算、顯示和管理；三軸傳感器測出物體X、 Y、 Z三軸的加速 度，分別考慮物體的方向變化，加速度對時間^L一次積分，將得到V(t)函 數(shù)關(guān)系，再對時間進行積分，就可以得到X(t)函數(shù)；用加速度傳感器測量 位移的算法可簡要表述為將一個周期的加速度的測量值減去其平均值， 令邊界條件為零，對修正后的加速度積分得到速度，將所求速度減去其平 均值，令邊界條件為零，對修正后的速度積分即得到相對位移，然后將相對 位移數(shù)據(jù)信息存儲于監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)存儲裝置中。
所述無線網(wǎng)絡(luò)為zigbee無線網(wǎng)絡(luò)；所述無線網(wǎng)絡(luò)中包括單個或者多個 網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點；所述傳感器通過單個或者多個所述i^由節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?所述監(jiān)控中心；多個所述活動目標能夠通過所述監(jiān)控中心進行位移計算； 所述監(jiān)控中心設(shè)有所述傳感器、路由節(jié)點的唯一標識碼。在多個活動目標 的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集過程中，由于活動目標上的傳感器以及無線射頻模塊上 設(shè)有防干擾模塊，可以避免傳輸時因被干擾而出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)出錯，同時也 能將不同的傳輸數(shù)據(jù)信息準確無誤的傳到監(jiān)控中心，保證監(jiān)控中心能夠識 別不同的活動目標的數(shù)據(jù)信息；能夠區(qū)分不同的體育運動場地以及不同的 訓(xùn)練項目，能夠給教練員提供更多的參考信息，同時進行橫向或者縱向信 息的比較，便于教練員對工作的指導(dǎo)。該運行方法能夠?qū)崿F(xiàn)多個活動目標通過一個或者多個路由節(jié)點將數(shù)據(jù) 信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心設(shè)有專門的數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存放接收 到的數(shù)據(jù)和計算出的位移信息，通過監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進行計算和分析整理， 提供一個比較直觀的運動位移情況。例如教練員利用無線監(jiān)測局域網(wǎng)絡(luò)， 能夠在辦公室監(jiān)控訓(xùn)練場館中運動員(如舉重運動員)的運動位移等指標 狀況，隨時可以獲得信息并調(diào)整下階段的指導(dǎo)訓(xùn)練。傳感器以及無線射頻
模塊可直接攜帶于運動員身體，釆集數(shù)據(jù)及時準確，數(shù)據(jù)傳輸通過zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)，功耗低，誤碼率低，便于計算機仿真處理顯示，結(jié)果直觀，可 更方便教練員使用；因其利用Zigbee無線局域網(wǎng)的先進路由技術(shù)，能夠?qū)?于移動中的運動員進行聯(lián)網(wǎng)檢測舉重運動位移參數(shù)指標，因此適應(yīng)目前舉 重運動訓(xùn)練指導(dǎo)的需求，將更廣泛地應(yīng)用于全國各省、市體育運動員的訓(xùn) 練指導(dǎo)中，應(yīng)用前景廣闊。
不僅僅在體育運動員的項目上，針對與活動目標的監(jiān)控和檢測，都可以 通過該系統(tǒng)來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)對活動目標能量消耗、位移的檢測。
明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種運動位移無線檢測系統(tǒng)，包括電源模塊(14)，其特征在于所述運動位移無線系統(tǒng)還包括運動位移檢測單元(1)、路由節(jié)點(2)以及監(jiān)控中心(3)；所述運動位移檢測單元(1)同所述路由節(jié)點(2)通過無線連接；所述路由節(jié)點(2)與所述監(jiān)控中心(3)通過有線或無線連接；所述傳感器模塊(11)為三軸加速度傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動位移無線檢測系統(tǒng)，其特征在于所述運動 位移檢測單元(l)包括傳感器模塊(ll)和單片機模塊；所述傳感器(ll) 和所述單片4n4莫塊通過串口連接；所述單片機模塊包括Zigbee無線射頻 模塊(12 )和RF無線射頻阻抗匹配模塊(13 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的運動位移無線檢測系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān) 控中心(3 )包括所述單片機模塊、數(shù)據(jù)顯示裝置(32)以及串口轉(zhuǎn)換模塊 (31);所述數(shù)據(jù)顯示裝置(32)通過所述串口轉(zhuǎn)換模塊(31)與所述單片機 模塊連接；所述監(jiān)控中心(3)與所述運動位移檢測單元(1)進行數(shù)據(jù) 的傳輸，所述數(shù)據(jù)顯示裝置(32)通過其設(shè)有的運動位移管理軟件顯示 接收的數(shù)據(jù)信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的運動位移無線檢測系統(tǒng)，其特征在于所述電 源模塊設(shè)有電源模塊控制單元；所述電源模塊控制單元與所述電源模塊 連接；所述電源;漠塊控制單元設(shè)定所述電源;漠塊的供電方式；所述電源 模塊(14)的供電方式為電池電源和/或USB接口電源；所述電源模塊(14) 的供電方式通過所述電源模塊控制單元的撥碼開關(guān)設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的運動位移無線檢測系統(tǒng)，其特征在于所述運 動位移檢測單元(1)至少包括一個所述運動位移檢測單元(1)。
6. —種運動位移無線檢測系統(tǒng)的運行方法，其特征在于包括如下步驟(101)設(shè)于活動目標上的傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送參數(shù)信息到監(jiān)控中心；(102 )所述監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)的軟件對接收到的所述參數(shù)信息按照特定的計 算方法進行位移計算；(103)所述監(jiān)控中心對所述位移進行顯示和管理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述運動位移無線檢測系統(tǒng)的運行方法，其特征在于 所述步驟(101)中的所述活動目標包括一個和多個活動目標；所述傳感器 為三軸加速度傳感器；所述參數(shù)信息為所述活動目標的X軸、Y軸以及Z 軸的三軸加速度信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述運動位移無線檢測系統(tǒng)的運行方法，其特征在于 所述無線網(wǎng)絡(luò)為zigbee無線網(wǎng)絡(luò)；所述無線網(wǎng)絡(luò)中包括單個或者多個網(wǎng) 絡(luò)路由節(jié)點；所述傳感器通過單個或者多個所述路由節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?所述監(jiān)控中心。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述運動位移無線檢測系統(tǒng)的運行方法，其特征在于 所述步驟(102)中所述特定的計算方法具體為將所述活動目標中一個周 期的加速度的測量值減去其平均值，令其邊界條件為零，對修正后的加 速度積分得到其速度，將所求速度減去其平均值，令邊界條件為零，對修 正后的速度積分即可得到所述活動目標的相對位移，然后將相對位移數(shù) 據(jù)信息存儲于所述監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)存儲裝置中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述運動位移無線檢測系統(tǒng)的運行方法，其特征在 于多個所述活動目標能夠通過所述監(jiān)控中心進行位移計算；所述監(jiān)控 中心設(shè)有所述傳感器、路由節(jié)點的唯一標識碼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種運動位移無線檢測系統(tǒng)，包括電源模塊、運動位移檢測單元、路由節(jié)點以及監(jiān)控中心；所述運動位移檢測單元同所述路由節(jié)點通過無線連接；所述路由節(jié)點與所述監(jiān)控中心通過有線或無線連接；所述運動位移檢測單元包括傳感器模塊和單片機模塊；所述傳感器和所述單片機模塊通過串口連接。本發(fā)明的有益效果是該發(fā)明采用2.4G無線傳輸技術(shù)(Zigbee網(wǎng)絡(luò))，通過采用加速度傳感器來獲取運動員的位移情況，將位移情況轉(zhuǎn)換為可識別的信息進行顯示，從而便于指導(dǎo)訓(xùn)練；而該裝置通過采用多路由節(jié)點的形式，可以同時對多個運動員的運動情況進行檢測，通過批量分析運動員的位移情況，從而指導(dǎo)運動員訓(xùn)練，提高了教練員工作效率。
文檔編號H04W88/00GK101419078SQ20081021778
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者楊宏麗, 柴繼紅 申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院