基于stm32的低功耗多路无线同步桨力采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线同步传输系统，尤其是一种用于皮划艇的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统。
【背景技术】
[0002]数字体育是数字技术与传统体育相结合的产物，是IT、通信、互联网技术手段，数字游戏和数字媒体形式，同体育锻炼、竞技健身、互动娱乐的完美结合。目前，国外发达国家普遍利用数字体育提升运动员的各项素质，由传感器采集的动作信号，通过计算机软件分析，进而纠正使其达到最佳水平。
[0003]皮划艇是一项运动项目，1924年作为表演项目进入奥运会，1936年，皮划艇成为奥运会正式比赛项目。皮划艇静水项目也是是奥运会的金牌大项目之一。皮划艇最重要的阶段是拉桨乏力，运动员发力时，力量由手臂传递到桨叶上，推动皮划艇前进。在训练过程中，常常需要采集皮划艇的划桨桨柄的桨拉力和桨扭力，根据数据进行有针对性地调整运动员的对划桨的控制力量和角度。采集数据时，需要在划桨的桨柄放置传感器，然后由传感器将采集的数据发送至皮划艇上的信息采集盒，由信息采集盒对采集的数据进行存储、绘制波形并进行分析等工作。目前，在多人皮划艇项目中，采用的有线通信方式，即桨端的传感器与信息采集盒之间通过有线方式连接。这种有线通信方式，需要单独设置通信数据线。由于划桨在高速往复运动，划桨频率有时会达到每分钟100?130次。这种高速往复运动的情况下，数据线随划桨在水中运动时，会对划桨的端部的运动有些影响，采集数据的精确度也会有偏差。而且高速运动有时牵拉数据线，一旦数据线脱落或拉断，就导致采集系统失效，采集系统的可靠性较差。
【发明内容】
[0004]本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统，以解决现有皮划艇桨端采用有线通信精确度较低、可靠性较差的冋题。
[0005]本发明为解决技术问题采用以下技术方案。
[0006]基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统，其结构特点是，包括多个桨端采集装置、一个信息采集盒和一个上位机；所述桨端采集装置设置于皮划艇的每个划桨的端部，用于采集桨拉力和桨扭力；所述信息采集盒设置于皮划艇上，用于对桨拉力和桨扭力进行处理后发给上位机，由上位机对桨拉力和桨扭力数据进行存储并绘制波形图和显示；所述桨端采集装置和所述信息采集盒之间通过无线通信的方式交换数据；
[0007]所述桨端采集装置包括桨拉力传感器、桨扭力传感器、锂电池B1、差分放大电路、桨端无线通信模块和桨端微控制器U3 ;所述锂电池BI经降压后转换为3.3V直流输出，为桨端采集装置供电；所述桨拉力传感器和桨扭力传感器均与所述差分放大电路相连接，用于将桨拉力和桨扭力数据传输给差分放大电路，差分放大电路的输出经过放大和滤波处理后输出给所述桨端微控制器U3，将桨拉力和桨扭力数据传输给桨端微控制器U3 ;所述桨端无线通信模块与所述桨端微控制器U3相连接，用于将桨端微控制器U3所获得的桨拉力和桨扭力通过所述桨端无线通信模块无线发送给信息采集盒；
[0008]所述彳目息米集盒包括彳目息米集盒无线通彳目模块、彳目息米集盒微控制器U5、USB-UART桥接器U7、锂电池B2和稳压芯片；所述锂电池B2用于为稳压芯片提供电源，所述稳压芯片将锂电池B2输出的电压转换为3.3V直流输出，为信息采集盒供电；所述信息采集盒无线通信模块与所述信息采集盒微控制器U5相连接，用于将桨端无线通信模块所发送的桨拉力和桨扭力发送给信息采集盒微控制器U5，由信息采集盒微控制器U5对桨拉力和桨扭力进行处理后发给上位机，上位机进行数据显示和数据波形显示；信息采集盒微控制器U5与所述USB-UART桥接器U7相连接，用于通过USB-UART桥接器U7和USB数据线连接上位机。
[0009]本发明的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统的结构特点也在于:
[0010]所述桨端微控制器U3上连接有电阻R3、电容Cl?C8、电容C14?C15、电容C27?C28、低压差线性稳压器U04和无线接口电路Pl ;无线接口电路Pl上连接有电容C18和C19 ；
[0011]所述差分放大电路包括第一信号调理电路和第二信号调理电路；所述第一信号调理电路和第二信号调理电路均与所述桨端微控制器U3相连接；所述第一信号调理电路包括电阻R1、电阻R4?R8、电容ClO?C13、运放U03、运放U1A、运放UlC ;所述第二信号调理电路包括电阻R2、电阻R9?R14、电容C16?C17、电容C22?C23、运放U4、运放U1B、运放UlD0
[0012]所述信息采集盒微控制器U5为STM32F103ZET6 ;信息采集盒无线通信模块和桨端无线通信模块均为nRF24L01+无线模块U6 ；USB-UART桥接器U7上连接有电容C33、电容C35、电容 C37。
[0013]所述桨端采集装置的工作过程为:系统完成初始化后，以5ms为周期采集桨力数据，随后进入停止模式以节省电量，35ms后进入无线接收模式，等待采集盒的同步广播。
[0014]所述初始化的过程包含RCC 时钟、GP1、SP1、EXT1、NVIC、AD、RTC ALARM 和 IWDG的初始化。其中，RCC时钟！RINGING CHOKE CONVERTER时钟，振荡-阻塞变换器时钟；GP10:General Purpose Input Output，通用输入 / 输出；SP1:Serial Peripheral Interface,串行外设接口 ；EXT1:external interrupt，外部中断；NVIC:Nested Vectored InterruptController，嵌套向量中断控制器，AD !Analog to Digital，模数转换器，RTC ALARM:Real-Time Clock ALARM，实时时钟报警，IWDG:1ndependent watch dog，独立看门狗。
[0015]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0016]本发明的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统，包括多个桨端采集装置、一个信息采集盒；所述桨端采集装置设置于皮划艇的每个划桨的桨柄，用于采集桨拉力和桨扭力；所述信息采集盒设置于皮划艇上，用于采集x、Y、z轴加速度数据，并无线接收四桨端发来的桨拉了和扭力信号，进行处理后发给上位机。
[0017]工作时，桨端采集装置作为发送端，信息采集盒作为接收端。桨端基于低功耗控制器STM32L151C8T6，通过内置的12位AD转换器实时采集经低功耗信号调理电路处理的桨力信号，并由NRF24L01+无线模块发送到采集盒。采集盒40ms广播同步信号一次，桨端收到广播后，分别在5ms、10ms、15ms和20ms后依次发送上一周期采集的数据(定时器中断时间为5ms，采集完数据后立即进入停止模式，故四桨端发送时间设为5ms的倍数以节省电量)，采集盒收到数据后由USB线传输到PC机，PC上基于VB开发的上位机实时显示8通道波形；系统发送端软硬件为低功耗设计，通过纽扣电池供电，测试结果表明，方案切实可行，这一方法可用于多通道工业无线数据采集系统，具有非常好的实用性。由于通过无线传输的方案进行数据传输，解决了现有皮划艇桨端采用有线通信精确度较低、可靠性较差的问题。
[0018]本发明的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统，具有可现有皮划艇桨端采用有线通信精确度较低、可靠性较差的问题、功耗低、可提高训练效果等优点。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统的结构框图。
[0020]图2为本发明的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系统的桨端采集装置的结构框图。
[0021]图3为本发明的基于STM32的低功耗多路无线同步桨力采集系