专利名称：运动位移无线检测系统及其运行方法
技术领域：
本发明涉及运动医学工程领域中的运动员体能训练运动位移的无线检
测系统，特别是涉及一种基于Zigbee无线局域网络的运动位移无线才企测系 统。
背景技术：
当今，对运动员的体能训练时，需要对其运动进行评估以获取信息参数 以促进对运动训练方案的调整，使得运动员获得更好的训练效果，取得优 异成绩；对运动的评估方法有很多，其中运动位移是一个重要指标，由此 亦可根据相关算法得到消耗能量的指标，目前同类产品主要是智能体育器 材，如加速度计，在设备上直接显示加速度值，但是不能将需要的参数指 标实时传至运动教练室指导训练。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种运动位移无线检测系统， 通过采用无线传输技术，采集运动的位移量，从而能够直观的分析和显示 运动员的运动情况，便于及时调整运动员的训练方式和训练方法。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是 一种运动位移无线检 测系统，包括电源模块，运动位移检测单元、路由节点以及监控中心；所 述运动位移检测单元同所述路由节点通过无线连接；所述路由节点与所述 监控中心通过有线或无线连接；所述运动位移检测单元包括传感器模块和 单片机模块；所述传感器和所述单片机模块通过串口连接；所述单片机模 块包括Zigbee无线射频模块和RF无线射频阻抗匹配模块；所述传感器模 块为三轴加速度传感器。
本发明进一步的改进是所述监控中心包括所述单片机模块、数据显 示装置以及串口转换模块；所述数据显示装置通过所述串口转换模块与所
述单片才A^莫块连接。
本发明进一步的改进是所述监控中心与所述运动位移检测单元进行 数据的传输，所述数据显示装置通过其设有的运动位移管理软件显示接收 的数据信息。
本发明进一步的改进是:所述电源模块为电池电源和/或USB接口电源； 所述电源模块通过拨码开关设置。
本发明进一步的改进是所述运动位移;险测单元至少包括一个所述运动位移4企测单元。
本发明提供了 一种运动位移无线检测系统的运行方法，包括如下步骤 (101)设于活动目标上的传感器通过无线网络发送参数信息到监控中心；
(102) 所述监控中心内设的软件对接收到的所述参数信息按照特定的 计算方法进行位移计算；
(103) 所述监控中心对所述位移进行显示和管理。 本发明进一步的改进是所述步骤(101)中的所述活动目标包括一个和
多个活动目标；所述传感器为三轴加速度传感器；所述参凄t信息为所述活 动目标的X轴、Y轴以及Z轴的三轴加速度信息。
本发明进一步的改进是所述无线网络为zigbee无线网络；所述无线 网络中包括单个或者多个网络路由节点；所述传感器通过单个或者多个所 述路由节点将数据传输到所述监控中心。
本发明进一步的改进是所述步骤(102)中所述特定的计算方法具体 为将所述活动目标中一个周期的加速度的测量值减去其平均值，令其边 界条件为零，对修正后的加速度积分得到其速度，将所求速度减去其平均 值，令边界条件为零，对修正后的速度积分即可得到所述活动目标的相对位 移，然后将相对位移数据信息存储于监控中心的数据存储装置中。
本发明进一步的改进是多个所述活动目标能够通过所述监控中心进 行位移计算；所述监控中心设有所述传感器、路由节点的唯一标识码。
本发明的有益效果是该发明采用2.4G无线传输技术，因为该网络频 段干扰信号比较少，因此可以用来实现短距离的高速无线数据传输；通过 采用加速度传感器来获取运动员的位移情况，将位移情况转换为可识别的 信息进行显示，从而便于指导训练；而该装置通过采用多路由节点的形式， 可以同时对多个运动员的运动情况进行检测，通过批量分析运动员的位移 情况，从而指导运动员训练，提高了教练员工作效率；本发明同时提供了 该系统的运行方法，提供多点多运动目标的检测，为进一步分析和指导运 动员的训练提供了有力的支撑，从而满足了多点检测，多点位移，活动目 标才全测的目的。
图l是本发明运动位移无线检测系统的示意框图2是本发明运动位移无线检测系统的传感器模块电原理图；图3是本发明运动位移无线检测系统的单片机电原理图； 图4是本发明运动位移无线检测系统的转换模块原理图； 图5是本发明运动位移无线检测系统的电源模块控制单元原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图l所示， 一种运动位移无线检测系统，包括电源模块14，其特征在 于所述运动位移无线装置还包括运动位移检测单元l、路由节点2以及监 控中心3;所述运动位移检测单元1同所述路由节点2通过无线连接；所述路 由节点2与所述监控中心3通过有线或无线连接；所述运动位移检测单元l包 括传感器模块ll和单片机模块；所述传感器ll和所述单片机模块通过串口 连接。
所述单片机模块包括Zigbee无线射频模块12和RF无线射频阻抗匹配 模块13。参见图3， 一种实施例中，所述单片机采用韩国RadioPulse公 司芯片MG2455，实现无线短距离通信的解决方案，其完全兼容IEEE 802. 15. 4标准和ZigBee标准，工作频段为2. 4GHz。在空日广场合，通信距 离可以达到200m。其功耗^艮低，在睡眠模式下，电流消耗低于luA。在接 收状态下，电流消耗为33.2mA。在发送状态下，OdBm时的电流消耗为 30. 6mA， 8dBm时的电流消耗为43mA。
MG2455单片机集成了Zigbee无线通信模块，是一款符合ZIGBEE协议标准 的射频收发器和樣l处理器，内部资源丰富，包括96KB的内部Flash， 8KB的 内部SRAM,另外内部还有SPI、 A/D等资源，具有通讯距离远、抗干扰能力 强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、 一点对多点、 多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网 状网络结构。它可以实现数据的广播方式发送、按照目标地址发送模式， 除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯。 因此，符合运动位移无线检测系统在训练场馆的远距离才企测应用需求。
所述传感器才莫块ll为三轴加速度传感器。如图2， 一款低功耗三轴加速 度传感器，电源电压2. 35v—3. 6v,数字1/0电压l. 7v—3. 6v，非常低能耗 (2.5v，480uA典型)，量程土2g，采用高速SPI数字串口通信接口与所述 单片机连接，运动和自由落体可触发中断信号，便于对于运动和坠落的探 测。芯片采用先进的硅电容3D-MEMS技术，抗冲击能力强。接口电路如下， 采用SPI三总线接口，连接方法简单可靠，MOSI连接单片机PO. 1， MISO连接 单片机PO. 2， SCK连接单片机PO. 3, CSB片选信号线连接单片机PO. 4， XRESET 复位引脚连接单片机PO. 5。采用I/0口模拟SPI时序完成加速度数字信号的 采集。所述监控中心3包括所述单片才7l4莫块、数据显示装置32以及串口转换模 块31;所述数据显示装置32通过所述串口转换模块31与所述单片机模块连 接。所述监控中心3与所述运动位移检测单元1进行数据的传输，所述数据 显示装置32通过其设有的运动位移管理软件显示接收的数据信息。运动员 终端节点检测的运动位移参数需要经过传输模块发送至远端的监控中心 11,其间必须经过Zigbee网络的路由节点2和传输以到达监控中心的中心节 点进行运动位移数据的串口传输至显示装置(如电脑)进行显示。而转换 模块31，则通过采用串口转usb的方式，将串口转换成为usb接口，从而实 现与显示装置32的连接。在该转换模块的选择上，可以采用cp2102，其是 高集成度USB-UART桥接电路。参见图4，它们能够用最筒单的外部电路、最 少的外部器件及最小的电路板面积简便实现USB2. O到UART的转换。其中 CP2102的引脚USB0-RXD-I连接单片机的串口引脚Pl. 1TXD,而CP2102的引脚 USBO-TXD-O连接单片机的串口引脚Pl. ORXD,监控中心还设有专门的数据 存储装置，用于存;^接收到的数据和计算出的位移信息。
所述单片枳4莫块还包括用于指示工作状态的LED指示才莫块15，用于显示 其工作状态。
所述电源模块l4设有电源模块控制单元；所述电源模块控制单元与所述 电源模块14连接；所述电源模块控制单元设定所述电源模块14的供电方式； 所述电源模块14的供电方式为电池电源和/或USRf妾口电源；所述电源模块 14的供电方式通过所述电源模块控制单元的拨码开关设置。参见图5，电源 模块选用RT9163降压稳压芯片实现3. 3V的系统电源VCC-3V。而系统可选用 两种电源，在运动员节点采用5V电池输入VCC-5V，在路由节点或监控中心 节点采用上述USB接口的电源VUSBO-V作为系统电源，通过SW1拨码开关选择 设置。
所述运动位移检测单元l至少包括一个所述运动位移检测单元l;在运动 员训练中，多个运动员同时进行训练时，通过每个运动员携带的所述运动 位移检测单元l,可以分别对他们的位移情况进行检测，通过相同或者不同 的路由节点将数据信息传输到监控中心11 ，从而对训练进行监控和指导， 教练员能够通过运动员的位移情况，及时调整训练方式或方法，提高其工 作效率。
具体实施过程中，在zigbee网络通畅的情况下，运动员的训练情况被三 轴加速度传感器采集，其采集信息通过单机片上的无线射频模块在zigbee 网络中进行传输，监控中心的无线射频模块则会接收到该传输信息，通过 串口转换，将信息传输到电脑上面，电脑通过其控制l欠件，对数据进行转 换、分析、管理，从而实现对运动员的运动位移情况进行监控和指导，而RF无线射频阻抗匹配模块则提供强大的抗干扰能力，保证传输数据的准确 以及保证各个运动位移检测单元正常工作。
本发明同时提供了该系统的运行方法，包括如下步骤(101)设于活 动目标上的传感器通过无线网络发送参数信息到监控中心；
(102 )所述监控中心内设的软件对接收到的所述参数信息按照特定的 计算方法进行位移计算；
(103)所述监控中心对所述位移进行显示和管理。
所述步骤(101)中的所述活动目标包括一个和多个活动目标；所述传感 器为三轴加速度传感器；所述参数信息为所述活动目标的X轴、Y轴以及Z 轴的三轴加速度信息。所述步骤(102)中所述特定的计算方法具体为将所 述活动目标中一个周期的加速度的测量值减去其平均值，令其边界条件为 零，对修正后的加速度积分得到其速度，将所求速度减去其平均值，令边界 条件为零，对修正后的速度积分即可得到所述活动目标的相对位移。由于
加速度的二重积分就是位移，因此利用所述加速度传感器11可以测量活动 目标的运动位移，只需将加速度参数传送至监控中心，由该监控中心完成 运动位移的计算、显示和管理；三轴传感器测出物体X、 Y、 Z三轴的加速 度，分别考虑物体的方向变化，加速度对时间^L一次积分，将得到V(t)函 数关系，再对时间进行积分，就可以得到X(t)函数；用加速度传感器测量 位移的算法可简要表述为将一个周期的加速度的测量值减去其平均值， 令边界条件为零，对修正后的加速度积分得到速度，将所求速度减去其平 均值，令边界条件为零，对修正后的速度积分即得到相对位移，然后将相对 位移数据信息存储于监控中心的数据存储装置中。
所述无线网络为zigbee无线网络；所述无线网络中包括单个或者多个 网络路由节点；所述传感器通过单个或者多个所述i^由节点将数据传输到 所述监控中心；多个所述活动目标能够通过所述监控中心进行位移计算； 所述监控中心设有所述传感器、路由节点的唯一标识码。在多个活动目标 的监控和数据采集过程中，由于活动目标上的传感器以及无线射频模块上 设有防干扰模块，可以避免传输时因被干扰而出现传输数据出错，同时也 能将不同的传输数据信息准确无误的传到监控中心，保证监控中心能够识 别不同的活动目标的数据信息；能够区分不同的体育运动场地以及不同的 训练项目，能够给教练员提供更多的参考信息，同时进行横向或者纵向信 息的比较，便于教练员对工作的指导。该运行方法能够实现多个活动目标通过一个或者多个路由节点将数据 信息传输到监控中心，监控中心设有专门的数据存储装置，用于存放接收 到的数据和计算出的位移信息，通过监控中心对数据进行计算和分析整理， 提供一个比较直观的运动位移情况。例如教练员利用无线监测局域网络， 能够在办公室监控训练场馆中运动员(如举重运动员)的运动位移等指标 状况，随时可以获得信息并调整下阶段的指导训练。传感器以及无线射频
模块可直接携带于运动员身体，釆集数据及时准确，数据传输通过zigbee 无线网络，功耗低，误码率低，便于计算机仿真处理显示，结果直观，可 更方便教练员使用；因其利用Zigbee无线局域网的先进路由技术，能够对 于移动中的运动员进行联网检测举重运动位移参数指标，因此适应目前举 重运动训练指导的需求，将更广泛地应用于全国各省、市体育运动员的训 练指导中，应用前景广阔。
不仅仅在体育运动员的项目上，针对与活动目标的监控和检测，都可以 通过该系统来实现，从而实现对活动目标能量消耗、位移的检测。
明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种运动位移无线检测系统，包括电源模块(14)，其特征在于所述运动位移无线系统还包括运动位移检测单元(1)、路由节点(2)以及监控中心(3)；所述运动位移检测单元(1)同所述路由节点(2)通过无线连接；所述路由节点(2)与所述监控中心(3)通过有线或无线连接；所述传感器模块(11)为三轴加速度传感器。
2. 根据权利要求1所述的运动位移无线检测系统，其特征在于所述运动 位移检测单元(l)包括传感器模块(ll)和单片机模块；所述传感器(ll) 和所述单片4n4莫块通过串口连接；所述单片机模块包括Zigbee无线射频 模块(12 )和RF无线射频阻抗匹配模块(13 )。
3. 根据权利要求2所述的运动位移无线检测系统，其特征在于所述监 控中心(3 )包括所述单片机模块、数据显示装置(32)以及串口转换模块 (31);所述数据显示装置(32)通过所述串口转换模块(31)与所述单片机 模块连接；所述监控中心(3)与所述运动位移检测单元(1)进行数据 的传输，所述数据显示装置(32)通过其设有的运动位移管理软件显示 接收的数据信息。
4. 根据权利要求3所述的运动位移无线检测系统，其特征在于所述电 源模块设有电源模块控制单元；所述电源模块控制单元与所述电源模块 连接；所述电源;漠块控制单元设定所述电源;漠块的供电方式；所述电源 模块(14)的供电方式为电池电源和/或USB接口电源；所述电源模块(14) 的供电方式通过所述电源模块控制单元的拨码开关设置。
5. 根据权利要求4所述的运动位移无线检测系统，其特征在于所述运 动位移检测单元(1)至少包括一个所述运动位移检测单元(1)。
6. —种运动位移无线检测系统的运行方法，其特征在于包括如下步骤(101)设于活动目标上的传感器通过无线网络发送参数信息到监控中心；(102 )所述监控中心内设的软件对接收到的所述参数信息按照特定的计 算方法进行位移计算；(103)所述监控中心对所述位移进行显示和管理。
7. 根据权利要求6所述运动位移无线检测系统的运行方法，其特征在于 所述步骤(101)中的所述活动目标包括一个和多个活动目标；所述传感器 为三轴加速度传感器；所述参数信息为所述活动目标的X轴、Y轴以及Z 轴的三轴加速度信息。
8. 根据权利要求7所述运动位移无线检测系统的运行方法，其特征在于 所述无线网络为zigbee无线网络；所述无线网络中包括单个或者多个网 络路由节点；所述传感器通过单个或者多个所述路由节点将数据传输到 所述监控中心。
9. 根据权利要求8所述运动位移无线检测系统的运行方法，其特征在于 所述步骤(102)中所述特定的计算方法具体为将所述活动目标中一个周 期的加速度的测量值减去其平均值，令其边界条件为零，对修正后的加 速度积分得到其速度，将所求速度减去其平均值，令边界条件为零，对修 正后的速度积分即可得到所述活动目标的相对位移，然后将相对位移数 据信息存储于所述监控中心的数据存储装置中。
10. 根据权利要求9所述运动位移无线检测系统的运行方法，其特征在 于多个所述活动目标能够通过所述监控中心进行位移计算；所述监控 中心设有所述传感器、路由节点的唯一标识码。
全文摘要
本发明公开了一种运动位移无线检测系统，包括电源模块、运动位移检测单元、路由节点以及监控中心；所述运动位移检测单元同所述路由节点通过无线连接；所述路由节点与所述监控中心通过有线或无线连接；所述运动位移检测单元包括传感器模块和单片机模块；所述传感器和所述单片机模块通过串口连接。本发明的有益效果是该发明采用2.4G无线传输技术(Zigbee网络)，通过采用加速度传感器来获取运动员的位移情况，将位移情况转换为可识别的信息进行显示，从而便于指导训练；而该装置通过采用多路由节点的形式，可以同时对多个运动员的运动情况进行检测，通过批量分析运动员的位移情况，从而指导运动员训练，提高了教练员工作效率。
文档编号H04W88/00GK101419078SQ20081021778
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者杨宏丽, 柴继红 申请人:深圳职业技术学院