专利名称：帆板姿态测试装置及分析方法
所属领域 本发明涉及传感器技术和无线通信领域，特别是涉及体育科研方面的帆板姿态测试装置及分析方法。
背景技术：
近年来，世界各国更为注重将提高成绩的科技含量作为新世纪竞技体育发展中新的增长点，依靠科学方法和手段对运动员进行训练，提高运动员的技术水平，已经成为世界竞技体育运动训练的一种趋势。
在帆板、帆船项目中，不同程度的存在对项目规律认识不够全面深入的现象，尤其在动力学、运动学方面，因为缺少必要的辅助测量设备，这个现象更为突出。在上一个备战周期中，水上中心建立了集影像分析、肌电解析、生理生化分析于一体的科学训练平台，为运动队的训练提供了各种有效的参考意见，取得了很好的成果。
在此项目上具备较高水平的国家，都已建设了系统的科学辅助训练平台，用于指导训练与比赛，并取得了显著的效果。大连曾举办过一次亚洲帆船帆板赛事，日本队在比赛前两周进入场地，通过一整套测试分析系统，很快掌握了比赛环境，甚至在比赛前就已确定了帆的大致形态，最终，取得了比赛的胜利。
从以上的分析我们可以看出，在科研支撑条件、科学训练水平方面，我们已远远落后于世界领先水平。直接从国外引进成熟技术受以下两个因素的限制难以实施首先，因为保持竞争优势的需要，我们很难从国外引进最先进的系统或仪器设备；其次，受国情差别影响，我们往往很难全面消化引进的系统，无法发挥最大的功效。因此我们迫切需要开发符合我国运动员特点的基于多种运动参数、生物生理参数和训练模型的帆板姿态测试装置及分析方法。
北京清华大学于2005年5月23日申请了相关的发明专利，专利公告号CN 1740746A，公开了名称为一种微小型动态载体姿态测量装置及其测量方法。该发明通过速率陀螺、磁场计、加速度计，使用微处理器对各路传感器信号进行采样，并读取数据经处理计算得到姿态角。该装置属于导航领域，适用于高动态环境中对载体的动态姿态进行测量。然而，上述发明的应用领域决定了其局限于测量，没有对数据的实时分析及显示，因而对运动员的指导意义有局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种帆板姿态测试装置及分析方法，该装置及方法能够测量并实时显示帆板训练中的速度、航迹等相关参数，使运动员可以实时观看到自己的训练状况，自己调整力量、角度、速度等，掌握技术要领，得出最好成绩。同时教练员可以通过对这些数据的分析，实时指导运动员进行训练。并可在训练后，根据数据分析结果形成科学的评价指标体系，精准、深入了解项目的运动规律，准确找到提高运动员成绩的突破口，制定更为有效的训练计划。
本发明的技术方案是一种帆板姿态测试装置，其特征在于该装置包括置有无线传输模块的便携式板载测量仪与分析仪经GPRS通讯链路电连接，便携式板载测量仪与实时显示器经电线电连接，分析仪与计算机经USB接口电连接。
便携式板载测量仪由帆正面节点、帆反面节点、连接件、蓝牙通讯链路、板上节点组成。
便携式板载测量仪结构是帆正面节点、帆反面节点是矩形形状，通过连接件中的电线电连接，并粘附在便携式板载测量仪上方的帆的桅杆上。帆正面节点、帆反面节点通过便携式板载测量仪中心的两根支撑杆机械连接到包箍上，并通过加强筋使其机械连接得到加强，包箍通过销钉锁紧在桅杆上。板上节点置于板上且和帆正面节点都置有无线传输模块，经蓝牙通讯链路电连接，并通过其上置有的传感器实时获取帆板相关参数信息。实时显示器分别嵌在帆正面节点、帆反面节点上，即实时显示器分别为实时显示器帆正面节点嵌入到帆正面节点上，实时显示器帆反面节点嵌入到帆反面节点上，用于实时显示便携式板载测量仪测得的相关参数信息。
分析仪安装在教练船上，置有无线传输模块和显示屏，无线传输模块支持点对点、点对多点、多点对多点对等数据传输。显示屏采用点阵式液晶显示模块，实时显示便携式板载测量仪的工作状态和其采集的参数，用于教练员实时观察运动员的训练状况。便携式板载测量仪、实时显示器以及分析仪的外形结构都采用了防水设计。
帆板姿态测试装置中的分析仪能够单独工作，或与计算机相连接。便携式板载测量仪中的帆正面节点和分析仪内置有USB接口，训练结束后能够通过USB接口把数据载入计算机。
用于帆板姿态测试装置的分析方法，其特征在于工作流程如下帆正面节点发送同步化指令给板上节点，并在接收到板上节点发送的同步完成信号后开始采集；板上节点则等待帆正面节点发送的同步化指令，在接收到指令后发送同步完成信号并开始采集数据，在采集的同时将数据通过蓝牙通讯链路上传到帆正面节点；帆正面节点在接收到板上节点上传的数据后，将其与帆正面节点测得的数据进行处理，并进行存储显示；分析仪可发送上传数据指令给帆正面节点，帆正面节点接到指令后将数据通过GPRS通讯链路上传到分析仪，分析仪然后进行数据处理。该方法建立反映帆板运动本质规律的模型，形成科学的评价指标体系，并可藉此建立训练辅助指导专家系统，为帆板运动的科学训练提供基础理论依据和关键技术支撑。该方法还能够同时测得帆板运动中的速度、航迹参数。
相当于现有技术有益效果是其一，现有技术中的发明专利“一种微小型动态载体姿态测量装置及其测量方法”，通过速率陀螺、磁场计、加速度计，使用微处理器对各路传感器信号进行采样，并读取数据经处理计算得到姿态角，适用于高动态环境中对载体的动态姿态进行测量。该发明没有对数据的实时分析及显示，因而对人们的指导意义有限制。
本发明“一种帆板姿态测试装置及分析方法”的装置由便携式板载测量仪、实时显示器以及分析仪组成，便携式板载测量仪以及分析仪都置有无线传输模块，便携式板载测量仪的无线传输模块之间通过蓝牙技术电连接，便携式板载测量仪与分析仪的无线传输模块之间通过GPRS网络电连接，支持点对点、点对多点、多点对多点对等数据传输。这样在运动员的训练过程中，一方面，教练员可以实时观察对比全部运动员的训练情况，另一方面，教练员也可以实时观察某一个运动员的训练情况。便携式板载测量仪、实时显示器以及分析仪的外形结构都采用了防水设计，符合帆板训练的实际环境。而且这些装置都是体积小、重量低，可以最大程度降低系统对运动员训练的影响。通过实时显示器，运动员也可以实时观看到自己的训练状况，这样运动员可以根据显示的数据，自己调整力量、角度、速度等，掌握技术要领，得出最好成绩。
其二，本发明用于帆板姿态测试装置的分析方法中，帆正面节点和板上节点通过蓝牙通讯链路进行同步数据采集，能够同时测得帆板运动中的速度、航迹参数，并将数据处理后存储显示。分析仪通过GPRS通讯链路接收帆正面节点上传的数据，然后进行数据处理，建立反映帆板运动本质规律的模型，形成科学的评价指标体系，并可藉此建立训练辅助指导专家系统，为帆板运动的科学训练提供基础理论依据和关键技术支撑。该方法还能够同时测得帆板运动中的速度、航迹参数。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是帆板姿态测试装置及分析方法结构示意图。
图2是便携式板载测量仪的结构示意图。
图3是实时显示器3a、4a的显示图。
图4是帆板姿态测试装置分析方法的工作流程图。
具体实施例方式
参见图1、图2、图3、图4。图1中，1帆；2桅杆；3帆正面节点；4帆反面节点；5连接件；6蓝牙通讯链路；7板上节点；8运动员；9板；10GPRS通讯链路；11分析仪；12计算机；13教练船。
一种帆板姿态测试装置及分析方法，该装置置有便携式板载测量仪、实时显示器以及分析仪11，便携式板载测量仪还包括帆正面节点3、帆反面节点4、连接件5、蓝牙通讯链路6、板上节点7。便携式板载测量仪帆正面节点3和板上节点7都置有无线传输模块，通过蓝牙技术经蓝牙通讯链路6电连接，使板上节点7测得数据可以传输到帆上节点3，经处理后存储并在实时显示器上显示。便携式板载测量仪帆正面节点3和分析仪11都置有无线传输模块，通过GPRS网络经GPRS通讯链路10电连接，使数据可以传输到分析仪11上，以方便教练员观察运动员8的训练状况。
帆正面节点3、帆反面节点4置于桅杆2上，经连接件5连接，板上节点7置于板9上，组成便携式板载测量仪，实时获取运动员训练中帆1、板9的相关参数信息。分析仪11置于教练船13上，利用GPRS通讯链路10传送的数据实时分析运动员8的训练状况，并可在多名运动员8间进行切换。计算机12置于教练船13上，通过USB接口读取分析仪11接收到的数据并进行处理。
图2是是便携式板载测量仪的结构示意图。在图2中，2桅杆；3帆正面节点；3a实时显示器帆正面节点；4帆反面节点；4a实时显示器帆反面节点；5连接件；6蓝牙通讯链路；7板上节点；9板；14支撑杆；15加强筋；16包箍；17销钉。
帆正面节点3、帆反面节点4粘附在桅杆2上，通过连接件5得到加强，同时通过连接件5里面的电线电连接；帆正面节点3、帆反面节点4通过支撑杆14连接到包箍16上，并通过加强筋15使其连接得到加强；包箍16通过销钉17锁紧在桅杆2上。
实时显示器帆正面节点3a嵌入到帆正面节点3上，实时显示器帆反面节点4a嵌入到帆反面节点4上。
工作时，帆正面节点3和板上节点7通过蓝牙通讯链路6电连接，帆板上节点7测得的数据上传到帆正面节点3上，经处理后存储并将分析获得的有益参数实时显示在实时显示器帆正面节点3a和实时显示器帆反面节点4a上，这样运动员8就可以观察到自己训练的情况，从而作出相应的改进。
图3是实时显示器3a、4a的显示图。图3中的显示区域为频率显示、次数显示、幅度显示、姿态显示、角度显示、名称显示。
频率显示能够显示运动员8在一定时间内摇帆的频率，次数显示能够显示运动员8在训练过程中摇帆的总次数，幅度显示能够显示运动员8在前次摇帆过程中达到的最大角度，姿态显示能够显示运动员8当前时刻摇帆的角度，角度显示能够图形显示运动员8当前时刻摇帆的角度在-60度到60度之间的动态变化，名称显示能够显示该系统的名称和版本号。
图4是帆板姿态测试装置分析方法的工作流程图。其中(A)图为分析仪11工作流程图，(B)图为帆正面节点3的工作流程图，(C)图为板上节点7的工作流程图。
因为分析仪11通过GPRS通讯链路10与帆正面节点3电连接，帆正面节点3通过蓝牙通讯链路6与板上节点7电连接，所以这几部分的工作不是相互独立的，而是相互关联的。因而，由这几部分组成的系统的工作流程如下工作时，先打开分析仪11电源开关、帆正面节点3电源开关、板上节点7电源开关，接着分别进行初始化；之后，帆正面节点3发送同步化指令给板上节点7，并在接收到板上节点7发送的同步完成信号后开始采集；板上节点7则等待帆正面节点3发送的同步化指令，在接收到指令后发送同步完成信号并开始采集数据，在采集的同时将数据通过蓝牙通讯链路6上传到帆正面节点3。分析仪11可发送上传数据指令给帆正面节点3；帆正面节点3在接收到板上节点7上传的数据后，将其与帆正面节点3测得的数据进行处理，并进行存储显示。接着判断是否接收到分析仪11要求上传数据的指令，如有，则将数据通过GPRS通讯链路10上传到分析仪11，分析仪11然后进行数据处理；运动员8完成训练后，关闭分析仪11电源开关、帆正面节点3电源开关、板上节点7电源开关；在系统结束工作后，可通过帆正面节点3和分析仪11上的USB接口，把数据和图像载入计算机12，通过软件可以对这些数据和图像进行分析，建立反映帆板运动本质规律的模型，以助于形成科学的评价指标体系，并可藉此建立训练辅助指导专家系统，为帆板运动的科学训练提供基础理论依据和关键技术支撑。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的帆板姿态测试装置及分析方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种帆板姿态测试装置，其特征在于该装置包括置有无线传输模块的便携式板载测量仪与分析仪(11)经GPRS通讯链路(10)电连接，所述的便携式板载测量仪与实时显示器(3a、4a)经电线电连接，所述的分析仪(11)与计算机(12)经USB接口电连接；所述的便携式板载测量仪由帆正面节点(3)、帆反面节点(4)、连接件(5)、蓝牙通讯链路(6)、板上节点(7)组成；所述的便携式板载测量仪结构是帆正面节点(3)、帆反面节点(4)是矩形形状，通过连接件(5)中的电线电连接，并粘附在便携式板载测量仪上方的帆(1)的桅杆(2)上，所述的帆正面节点(3)、帆反面节点(4)通过便携式板载测量仪中心的两根支撑杆(14)机械连接到包箍(16)上，并通过加强筋(15)使其机械连接得到加强，包箍(16)通过销钉(17)锁紧在桅杆(2)上，所述的板上节点(7)置于板(9)上且和帆正面节点(3)都置有无线传输模块，经蓝牙通讯链路(6)电连接，并通过其上置有的传感器实时获取帆板相关参数信息，所述的实时显示器(3a、4a)分别嵌在帆正面节点(3)、帆反面节点(4)上，用于实时显示便携式板载测量仪测得的相关参数信息；所述的分析仪(11)安装在教练船(13)上，置有无线传输模块和显示屏，所述的无线传输模块支持点对点、点对多点、多点对多点对等数据传输，所述的显示屏采用点阵式液晶显示模块，实时显示便携式板载测量仪的工作状态和其采集的参数，用于教练员实时观察运动员(8)的训练状况；所述的便携式板载测量仪、实时显示器(3a、4a)以及分析仪(11)的外形结构都采用了防水设计。
2.根据权利要求1所述的帆板姿态测试装置，其特征是所说的分析仪(11)，能够单独工作，或与计算机(12)相连接。
3.根据权利要求1所述的帆板姿态测试装置，其特征是所说的便携式板载测量仪中的帆正面节点(3)和分析仪(11)内置有USB接口，训练结束后能够通过USB接口把数据载入计算机(12)。
4.根据权利要求1所述的帆板姿态测试装置，其特征是所说的实时显示器(3a、4a)分别为实时显示器帆正面节点(3a)嵌入到帆正面节点(3)上，实时显示器帆反面节点(4a)嵌入到帆反面节点(4)上。
5.一种使用权利要求1所述的帆板姿态测试装置的分析方法，其特征在于所述的帆正面节点(3)发送同步化指令给板上节点(7)，并在接收到板上节点(7)发送的同步完成信号后开始采集；板上节点(7)则等待帆正面节点(3)发送的同步化指令，接收到指令后发送同步完成信号并开始采集数据，在采集的同时将数据通过蓝牙通讯链路(6)传到帆正面节点(3)，帆正面节点(3)接收到板上节点(7)上传的数据后，将其与帆正面节点(3)测得的数据进行处理，并进行存储显示；所述的分析仪(11)发送上传数据指令给帆正面节点(3)，帆正面节点(3)接到指令后将数据通过GPRS通讯链路(10)上传到分析仪(11)，分析仪(11)进行数据处理，建立反映帆板运动本质规律的模型，形成科学的评价指标体系，为帆板运动的科学训练提供基础理论依据和关键技术支撑。
6.根据权利要求5所述的帆板姿态测试装置的分析方法，其特征是所说方法还能够同时测得帆板运动中的速度、航迹参数。
全文摘要
本发明涉及帆板姿态测试装置及分析方法，装置包括便携式板载测量仪、实时显示器以及分析仪。便携式板载测量仪的帆正面节点和帆反面节点粘附在桅杆上，经支撑杆连接到包箍，包箍由销钉锁紧在桅杆上。实时显示器嵌于帆正面节点和帆反面节点上，分析仪置于教练船上，通过GPRS通讯链路接收帆正面节点上传的数据，然后进行数据处理。用于该装置的分析方法是帆正面节点和板上节点通过蓝牙通讯链路进行同步数据采集，能够同时测得帆板运动中的速度、航迹参数，并将数据处理后存储显示。本发明能够深入了解帆板项目的运动规律，准确找到提高运动员成绩的突破口，为教练员制定更为有效的训练计划提供可靠依据。
文档编号A63B69/00GK1952991SQ200610097010
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月24日 优先权日2006年10月24日
发明者孙怡宁, 赵兰迎, 姚吉明, 丁力, 李文 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院