专利名称：运动节奏训练仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及人体体能训练器材和电子科学技术应用领域，具体涉及利用仪器引导和辅助运动员按特定运动节奏进行训练的仪器。
背景技术：
在体育运动中，许多竞技项目的成绩与运动员在比赛过程中是否合理的运用运动节奏有关。例如在田径运动的中长跑项目，运动员是采用全程匀速节奏还是根据运动员的个体体能特点及比赛持续时间在一定阶段采用相应的节奏，这些是需要教练员与体育科研人员以及运动员进行研究、分析、实践等过程去完成。因为在运动中身体能量代谢过程有其内在的特性，通常分为三个供能阶段:磷酸原系统、乳酸能系统和有氧氧化系统，这些供能系统或者这三个系统形成的能量连续统一体，在运动时间轴上可以提供出相应的最大运动强度，如果运动中强度不恰当，供能系统就不能高效率的发挥作用，运动节奏是反映运动强度的一项指标。在跑步中步频是反映运动节奏的重要因素，对步频的掌控训练是对运动节奏训练的一种有效手段。在自行车运动、游泳运动、划船运动等诸多运动项目中都有类似的情况，可以通过下肢蹬踏频率、上肢或下肢的摆动频率、划桨频率甚至呼吸频率等有节拍周期因素的动作去训练运动节奏的掌控和身体的供能水平。在运动中通过运用动作节奏去充分调动身体能量储备，使体能做功发挥最大的效率。训练在有限的竞赛时间内根据不同阶段安排相应的动作节奏达到合理的分配体能，使体能释放出最大平均功率。然而稳定和准确的节奏训练并不容易把握。
发明内容
本发明目的在于提供这样一套仪器:教练员手持主机按意愿设置动作节奏数字，主机按照设定做音频输出或射频输出节拍信号，运动员佩戴小巧的副机可以在较远的距离接收主机发出的信号并转换为设定的节拍声音，从而达到准确、方便的引导运动员按设定的动作节奏去实时训练，使运动员在长期的仪器配合训练下养成合适的特定节奏感，使自己的体能发挥出最佳效率，取得最好成绩。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:提供一种运动节奏训练仪，包括主机和副机，其中:主机包括单片机、运算放大器、液晶显示模块、按键、射频信号发射模块和音频频率输出接口；副机包括射频信号接收模块和耳机接口 ；通过所述单片机对命令和数据的运算处理产生特定的音频信号，所述音频信号经过所述运算放大器前置放大，一路连接至所述音频频率输出接口，用于耳机接收或功率放大音响设备的线路输入，另一路连接至所述射频信号发射模块；所述音频信号经过所述射频信号发射模块调制后由所述射频信号接收模块接收并调制解调，通过所述 耳机接口发出设定的音频节拍声音。
进一步地，所述主机具有用于提示操作和节奏数据的液晶显示屏。进一步地，所述主机设置按键，用于执行设置功能开启和关闭、光标移位功能、相对于光标位置的数字变换功能、节奏音频开启和关闭功能以及发射与接收频率的微调功倉泛。进一步地,所述按键数量为5。进一步地，所述主机还包括驻极体式话筒和语音输入电路。进一步地，所述驻极体电容话筒经过一个阻容耦合抑制低频噪声电流的电路接入所述射频信号发射模块。进一步地，所述射频信号发射模块将所述音频信号向所述射频信号接收模块无线发射的载波频率为2.4GHz。进一步地，所述单片机为89C52型芯片。进一步地，所述 单片机Pl端口的前4位连接4个所述按键，起到计算机的设置功能、数据录入功能、音频节奏的启动、停止功能的开关作用；单片机Pl端口的第8位作为计算机的音频输出端，连接到运算放大器集成电路的信号输入端，用于将音频信号前置放大；所述单片机PO端口提供8位双向并行总线，用来传递对显示器的命令和数据，连接到2行16位的液晶显示模块的8位双向并行总线端；所述单片机P2端口第6位连接到液晶显示器的第6脚用于控制总线数据；所述单片机P2端口第7位连接到所述显示屏第5脚作为液晶模块进行读/写操作的选择；所述单片机P2端口第8位连接到所述显示器第4脚，以确定对液晶模块进行数据操作还是命令操作。进一步地，所述节奏频率在每分钟I至199次范围内。
图1是本发明的运动节奏训练仪的系统结构图；图2是本发明的运动节奏训练仪采用的单片机端口连接示意图；图3是本发明的运动节奏训练仪采用的单片机主程序流程图；图4是本发明的运动节奏训练仪的子程序I设置节奏功能流程图；图5是本发明的运动节奏训练仪的子程序2光标移位功能流程图；图6是本发明的运动节奏训练仪的子程序3数字变换功能流程图；图7是本发明的运动节奏训练仪的子程序4音频节奏启动与停止功能流程图；图8是本发明的运动节奏训练仪的定时器0中断处理流程图；图9是本发明的运动节奏训练仪的定时器I中断处理流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明所述的运动节奏训练仪作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。如图1所示，运动节奏训练仪包括主机和副机，其中:主机包括单片机、运算放大器、液晶显示模块、按键、射频信号发射模块和音频频率输出接口 ；副机包括射频信号接收模块和耳机接口 ；通过所述单片机对命令和数据的运算处理产生特定的音频信号，所述音频信号经过所述运算放大器前置放大，一路连接至所述音频频率输出接口，用于耳机接收或功率放大音响设备的线路输入，另一路连接至所述射频信号发射模块；所述音频信号经过所述射频信号发射模块调制后由所述射频信号接收模块接收并调制解调，通过所述耳机接口发出设定的音频节拍声音。主机通过单片机对命令和数据的运算处理产生特定的节奏和音频频率。由于主机具有射频信号发射功能和音频频率输出接口，因此，主机既可以方便地连接耳机也可以方便地连接音频功率放大设备，还可以根据主机自身的发射功率强弱将节奏信号发射至I公里无障碍范围。副机具有射频信号接收功能和耳机接口，可以接收主机发出的节奏信号并通过耳机转换成主机设定的节拍声音。教练员可按意愿设置动作节奏数字，主机按照设定做音频输出或射频输出节拍信号，运动员佩戴小巧的副机能够在较远的距离接收主机发出的信号并转换为设定的节拍声音，从而准确、方便地引导运动员按设定的动作节奏实时训练。如图1所示，所述主机具有液晶显示屏，用于提示操作和节奏数据。为了操作简便，所述主机设置按键，用于执行设置功能开启和关闭、光标移位功能、相对于光标位置的数字变换功能、节奏音频开启和关闭功能以及发射与接收频率的微调功能。作为一种优选方案，所述按键数量为5。为了防止射频信号受到干扰，发射模块接出其中一个按键用以改变频道，避开受干扰的发射与接收频段。作为一种优选方案，所述主机还包括驻极体式话筒和语音输入电路，可将语音传递至副机佩戴者。优选地，驻极体电容话筒经过一个阻容耦合抑制低频噪声电流的电路接入射频信号发射模块的话筒接入端，能够使语音加入载波信号发射，接收模块转变信号成为耳机能发出的语音。 作为一种优选方案，所述射频信号发射模块将所述音频信号向所述射频信号接收模块无线发射的载波频率为2.4GHz。如图2所示的实施例中，所述单片机为89C52型芯片。当然，本领域技术人员应该意识到，本发明方案也可以使用其他型号芯片，例如，89C51、89C2051等。如图2所示，所述单片机Pl端口的前4位连接4个所述按键，起到计算机的设置功能、数据录入功能、音频节奏的启动、停止功能的开关作用；单片机Pl端口的第8位作为计算机的音频输出端，连接到运算放大器集成电路的信号输入端，用于将音频信号前置放大；运算放大器信号输出端经过电解电容隔直流后，一路连接到音频信号输出插座，供耳机接收或功率放大音响设备的线路输入；另一路连接到所述射频信号发射模块的信号输入端；所述射频信号发射模块对音频节奏信号调制后经过2.4GHz载波频率无线发射，所述射频信号接收模块收到载波信号并解调成原始音频信号，通过耳机发出设定的音频节拍声音；所述单片机PO端口提供8位双向并行总线，用来传递对显示器的命令和数据，连接到2行16位的液晶显示模块的8位双向并行总线端；所述单片机P2端口第6位连接到液晶显示器的第6脚用于控制总线数据；所述单片机P2端口第7位连接到所述显示屏第5脚作为液晶模块进行读/写操作的选择；所述单片机P2端口第8位连接到所述显示器第4脚，以确定对液晶模块进行数据操作还是命令操作。
本发明在软件设计方面采用C语言编程及模块化设计。如图3所示，在对主程序初始化过程中，设定必要的数组、字符串等常量，端口位、计算暂存等变量、编制特殊需求的显示、判断、等待等方面的函数变量、对液晶屏做初始设置。在主程序中按功能设定四个程序模块。设置功能、光标移位功能、数字变换功能、节奏声音启动和关闭功能。如图4所示，子程序I设置节奏功能的工作方式优选为:当判断按键I按下时，同时判断是否不在音频节奏启动状态，如果否，则退出。如果是就继续判断是否已经在设置状态下，如果是，说明当前按键I按下要作退出设置状态步骤，在这个步骤中，对已经录入或初始的个、十、百三个变量值作求和处理，求和值存入节奏变量值中，并作相应的状态和显示处理。否则是进入设置状态步骤，在这个步骤中设置状态标志设定为真，并作相应的显示处理，等待数据录入。如图5所示，子程序2设置光标移位功能的工作方式优选为:当判断按键2按下时，同时判断是否在设置状态下，如果否，则退出。如果是则继续判断当前位置指针定在百位、十位还是个位，如果是百位或十位，位置指针右移一位，如果是个位，位置指针移到百位。位置指针移位后，对当前的光标位置作处理，等待对当前位置中的数字变量作改变。如图6所示，子程序3设置数字变换功能的工作方式优选为:数字变换功能:当判断按键3按下时，同时判断是否在设置状态下，如果否，则退出。如果是则继续判断位置指针的状态，如果是个位或者十位，个位或十位数字变量增I并判断增I后的变量值是否大于9，如果大于9则把个位或十位数字变量赋值为O。如果是百位，百位数字变量增I并判断百位数字变量值是否大于1，如果大于I则把百位数字变量赋值为O。当数字变量改变后，作相应的光标位置调整。如图7所示，子程序4设置音频节奏启动与停止功能的工作方式优选为:节奏声音启动与停止功能:当判断按键4按下时，同时判断是否不在设置状态下，如果否，则退出。如果是则设定音频节奏标志在启动状态，计算半个节奏周期相对于10毫秒定时需要循环的次数。对定时器0，定时器I 初始化设定，包含:CPU开中断、计时溢出时允许中断、选用16位计数器方式，写入956微秒作定时器0的初值、写入10毫秒时定时器I的初值。初始化完成后开启定时器0和定时器1，开启PO端口第8位输出音频节奏信号。程序进入等待状态，在这期间定时器0按照956微秒重复计时，每次计满956微秒，PO端口第8位作电位反相输出，以此形成523Hz脉冲信号频率。定时器I按10毫秒计时，满10毫秒时检查设定的循环次数是否结束，未结束则继续10毫秒计时，此时节奏处于523Hz音频频率发声的半个周期。如果循环次数结束，关闭两个定时器，关闭音频输出。然后开始下一次定时器I的10毫秒循环计时，此时节奏处于不发声的半个周期。如果循环次数结束，检查按键4是否被按下，如果没有，程序回到产生音频频率的初始端重复做下一次节奏周期的循环过程。如果确认按键4被按下，则关闭PO端口第8位音频输出，关闭定时器0，关闭定时器I。程序回到主菜单。定时器0和定时器I的具体流程如图8和图9所示。所述节奏频率在每分钟I至199次范围内，可按自然数任意调整。通过使用本发明的运动节奏训练仪，教练员可以手持主机按意愿设置动作节奏数字，主机按照设定做音频输出或射频输出节拍信号，运动员佩戴小巧的副机可以在较远的距离接收主机发出的信号并转换为设定的节拍声音，从而达到准确、方便的引导运动员按设定的动作节奏去实时训练，使运动员在长期的仪器配合训练下养成合适的特定节奏感，使自己的体能发挥 出最佳效率，取得最好成绩。
权利要求
1.运动节奏训练仪，其特征在于，包括主机和副机，其中: 主机包括单片机、运算放大器、液晶显示模块、按键、射频信号发射模块和音频频率输出接口 ； 副机包括射频信号接收模块和耳机接口； 通过所述单片机对命令和数据的运算处理产生特定的音频信号，所述音频信号经过所述运算放大器前置放大，一路连接至所述音频频率输出接口，用于耳机接收或功率放大音响设备的线路输入，另一路连接至所述射频信号发射模块； 所述音频信号经过所述射频信号发射模块调制后由所述射频信号接收模块接收并调制解调，通过所述耳机接口发出设定的音频节拍声音。
2.根据权利要求1所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述主机具有用于提示操作和节奏数据的液晶显示屏。
3.根据权利要求2所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述主机设置有按键，用于执行设置功能开启和关闭、光标移位功能、相对于光标位置的数字变换功能、节奏音频开启和关闭功能以及发射与接收频率的微调功能。
4.根据权利要求3所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述按键数量为5。
5.根据权利要求1所述的运动节 奏训练仪，其特征在于，所述主机还包括驻极体式话筒和语音输入电路。
6.根据权利要求5所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述驻极体电容话筒经过一个阻容耦合抑制低频噪声电流的电路接入所述射频信号发射模块。
7.根据权利要求1所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述射频信号发射模块将所述音频信号向所述射频信号接收模块无线发射的载波频率为2.4GHz。
8.根据权利要求1所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述单片机为89C52型芯片。
9.根据权利要求8所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述单片机Pl端口的前4位连接4个所述按键，起到计算机的设置功能、数据录入功能、音频节奏的启动、停止功能的开关作用；单片机Pl端口的第8位作为计算机的音频输出端，连接到运算放大器集成电路的信号输入端，用于将音频信号前置放大；所述单片机PO端口提供8位双向并行总线，用来传递对显示器的命令和数据，连接到2行16位的液晶显示模块的8位双向并行总线端；所述单片机P2端口第6位连接到液晶显示器的第6脚用于控制总线数据；所述单片机P2端口第7位连接到所述显示屏第5脚作为液晶模块进行读/写操作的选择；所述单片机P2端口第8位连接到所述显示器第4脚，以确定对液晶模块进行数据操作还是命令操作。
10.根据以上任一权利要求所述的运动节奏训练仪，其特征在于，所述节奏频率在每分钟I至199次范围内。
全文摘要
本发明涉及一种运动节奏训练仪，包括主机和副机，其中主机包括单片机、运算放大器、液晶显示模块、按键、射频信号发射模块和音频频率输出接口；副机包括射频信号接收模块和耳机接口。教练员手持主机按意愿设置动作节奏数字，主机按照设定做音频输出或射频输出节拍信号，运动员佩戴小巧的副机能够在较远的距离接收主机发出的信号并转换为设定的节拍声音，从而准确、方便地引导运动员按设定的动作节奏实时训练，使运动员在长期的仪器配合训练下养成合适的特定节奏感，使自己的体能发挥出最佳效率。
文档编号A63B71/06GK103239848SQ20121002991
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者许京新, 闫琪, 师玉涛, 吴昊 申请人:北京市体育科学研究所