一种基于PVDF薄膜压力传感器的射击辅助训练系统的制作方法

本发明涉及一种基于pvdf薄膜压力传感器的，用于对射击运动员射击时手部关键位置压力变化进行实时检测与记录分析的辅助训练系统。

背景技术：

射击是一项精细的体育运动项目。多年来在各项重大国际比赛中，我国射击运动健儿都取得了骄人成绩，射击运动是我国的优势体育项目。经验表明，任何外部因素，如击发时持枪手在枪体各部位的施力情况、枪体和手腕的晃动幅度、比赛场地及运动员心理等因素等都会影响运动员的训练效果和比赛成绩。然而，当前阶段，射手的学习训练、教练的指导教学，基本上都是凭借以往的经验，教练员通过肉眼难以观察到运动员击发时手部关键部位的施力情况并及时纠正运动员的技术动作，因此缺乏科学有效的训练系统和训练手段，训练方法主观性强，难以复制和大范围推广。

技术实现要素：

针对目前射击训练缺乏科学训练和有效指导的现状，本发明目的是，提出一种基于pvdf薄膜压力传感器的射击辅助训练系统，尝试探索科学的训练方法，研制实用的辅助训练装置。本发明涉及一种以pvdf薄膜压力传感器为核心的、带有无线数据传输功能并结合手机智能终端app系统来实现对射击运动员持枪手关键部位的压力实时动态采集、显示、分析和统计的低成本、低功耗、可穿戴的辅助训练系统。

本发明目的还在于，提出的系统能实时采集、处理运动员射击过程中手部各关键位置的压力信息，并将有效数据无线传输至教练手机终端，通过设计合理的app界面，将抽象数据得以直观显示，教练可以据此为选手提供更具针对性的实时技术指导。此外，系统还分析选手训练时的发力特征并将其与训练成绩信息一并保存下来形成清晰的评估报告，以便教练在训练结束后据此评估报告分析运动员的训练情况，设计个性化的训练方案，以达到科学训练的目的。

本发明采用的技术方案是：一种基于pvdf薄膜压力传感器的射击辅助训练系统，其特征是可用于对射击运动员射击时手部发力位置的压力变化进行实时检测与记录分析，包括运动员终端、智能手机终端和云数据库系统；运动员终端是一块集成了电源模块、多路pvdf薄膜压力传感器、放大滤波电路、模数转换模块、处理器单元和无线传输模块；多路pvdf薄膜压力传感器、放大滤波电路和模数转换模块负责采集处理运动员射击时关键发力部位的实时压力信号；处理器单元用来分析处理和存储一定时长的压力数据；无线传输模块用来把存储单元里的数据传输至智能手机终端；多路pvdf薄膜压力传感器铺设在扳机和枪柄与运动员手部接触的多个受力位置用来采集多路压力信号；无线传输模块(小巧质轻的pcb)安装在枪托底部用来处理采集到的压力信号；在智能手机终端联网的情况下，手机端相关信息可上传至云数据库。

智能手机终端为教练智能手机终端app，教练智能手机终端接收运动员终端传输过来的压力数据，并将数据进行记录、统计、分析、对比和参数提取，以清晰易懂的图形化方式显示运动员的手部压力特征。

云数据库系统用于收集、评价和管理运动员的训练数据和训练质量。

本发明的有益效果：pvdf薄膜压力传感器，运动员终端采用轻巧的锂电池供电，前置采集调理电路小巧轻便、易安装，用低功耗处理器实现多路压力信号的模数转换、运算和存储，减小了功耗，降低了成本。将运动员终端前置模块采集处理后的压电数据通过无线模块传输到教练智能手机终端app，由app对所测数据进行处理，并以直观方式显示，同时根据限定条件对数值的变化规律进行统计分析，当出现超限数据时便会在app界面上显示，由教练员提醒运动员及时做出调整。同时将数据以文件形式保存在手机端，以便对比运动员在不同训练阶段的技术变化，以及对比分析不同运动员之间的技术特征，形成完整的训练评估报告。教练员可以根据每个运动员的技术特点为其设计个性化的训练方案，以达到科学训练和精细化训练的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明工作流程示意图。

图2为本发明运动员终端系统框图。

图3为本发明教练智能手机终端app系统框图。

图4为本发明云端数据库系统框图。

图5为本发明教练智能手机终端app显示界面。

具体实施方法

本发明公开了一种基于多路pvdf薄膜压力传感器的射击训练辅助系统，系统由运动员终端、教练智能手机终端app系统和云端数据库系统三部分组成。运动员终端由多路pvdf薄膜压电传感器采集压力信号，经第一级电荷放大电路和第二级电压放大电路后再经过30hz低通滤波电路和50hz陷波电路后得到高信噪比的模拟压力信号，模拟压力信号经模数转换和计算得到压力数据信号，并加以存储。

运动员终端存储一定时间长度的压力数据，每隔一段时间将这些数据通过无线模块发送到教练智能手机终端，手机端app将压力数据保存到一个数据池中，以便后续分析调用。此外，app系统将运动员持枪手每个位置的发力数据转化为直观的图表形式显示，不同位置标定为不同的颜色，通过颜色渐变区分压力的大小，超过一定的压力阈值给出提示，以便通知教练员及时提醒和指导运动员纠正动作，此外该系统还可以通过对压力数据的分析提取、计算出每次击发时的速度参数。

每次训练结束后可以将训练成绩上传并保存至教练智能手机终端app系统，把每位选手训练时提取出的持枪手发力信息连同成绩信息一起，以图表形式直观地显示于app界面中。另外，在终端联网的情况下，还可将训练报告上传至云端数据库，教练团队依据运动员的技术特征为其设计个性化的训练方案。获得云端数据库权限的教练员和科研人员，可以下载、分析和对比入库运动员的技术特征，以便进行更大范围内运动员的选拔和评估。

图1为本发明工作流程示意图。

射击运动员在训练时持枪手关键部位的压力信息通过多路pvdf薄膜压力传感器感知，再经过前置信号调理电路将淹没在噪声中的压力信号提取出来，并通过adc转换成数字信号，以无线方式传输给教练智能手机终端app系统，在手机移动端将接收到的压力数据保存、分析、处理并以直观的方式显示在app界面上，在终端联网的情况下，还支持将训练时的压力信息与成绩信息生成的训练报告上传到云端数据库，供大数据分析对比。

图2为本发明所公开的运动员终端系统框图。

该射击训练辅助系统的运动员终端系统框图，最左边为多路压力信号的输入端口，整个硬件电路包括多路pvdf薄膜压力传感器、电源模块、放大电路、滤波电路、模数转换、存储单元、无线传输模块。电源模块采用锂电池为整个系统供电，放大电路包括第一级电荷放大器和第二级电压放大器，保证压电信号的两级总增益达到85db。滤波电路包括低通滤波器和50hz陷波器，其中陷波器在49.8hz处的增益达到-40db,保证压电信号中的高频噪声得以有效去除。模数转换和存储单元采用stm32单片机的内部资源。无线传输模块采用低功耗蓝牙技术，将处理后的压力信息传输到教练智能手机终端，实现实时检测和超限提醒。

图3为本发明教练智能手机终端功能系统框图。

结合图3详细说明本发明教练智能手机终端app的使用过程。

每次使用app时，教练员需要登录并设置运动员的身份信息。每次训练前，运动员需要在教练智能手机app端签到，并打开终端开关。训练过程中，当枪支被举起时，前置模块便开始实时采集并处理持枪手关键位置的压力信息，并将获取的压力数据无线传输给教练手机端app，另一方面app界面可以完成训练成绩的输入。app软件将接收到的压力数据加以分析和参数提取，生成相应的压力曲线和数据报表。经分析处理后的数据保存在数据池中，一方面提供给app应用界面显示，另一方面在终端连网的情况下，连同教练员的建议和评价一并上传到云端数据库。

图4为本发明云端数据分析系统框图。

在运动员智能手机终端连网的情况下，运动员训练评估报告将上传到云端数据库系统。云端接收到训练评估报告后将各类信息加以解析，保存到数据池中供后续调用。不同运动员训练数据和评估报告可以供体育科研人员下载，用于相关科研研究。

图5为本发明教练智能手机终端app显示界面。

结合图5详细说明本发明教练智能手机终端app的显示界面。

显示界面上半部分显示的是扳机位置(单路pvdf薄膜压力传感器铺设在枪的板机上与运动员食指接触的受力位置)的压力按时间分布的压力信息，红色虚线为阈值，蓝色曲线是某运动员连续两次扣动扳机的压力信息。图中信息显示运动员在第一次扣动扳机时施力过大，超出合理阈值，且在击发过程中略有犹豫，经教练及时提醒，在第二次击发时控制了施力大小，且击发更果断。右上角是对训练时食指位置各个压力参数的记录，包括每一次击发时的压力峰值、击发速度和警告记录。上半部分的右下角有一个上传成绩的按钮，点击后教练可以录入运动员每次击发的成绩。

显示界面下半部分显示的是击发时持枪手各关键位置的压力信息，对应多路pvdf薄膜压力传感器铺设在枪柄上与枪手的手接触的多个受力位置。手掌上的不同位置标定为不同颜色(其实是由多路不同的pvdf薄膜压力传感器信号的体现)，以颜色渐变区分压力大小，颜色越深表示压力越大，超过一定的压力阈值给出警告提示，并在右栏及时记录保存，以便教练员观察并提醒和指导运动员纠正动作。