CN100520334C - 皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，系统由单片机信号处理单元、多维桨力传感器和控制器组成，能够用于单人艇、双人艇和四人艇的测试，单片机信号处理单元内置有多维加速度传感器，用于获取皮划艇、赛艇的运动学参数；单片机信号处理单元置于训练用皮划艇、赛艇的艇舱内，多维桨力传感器固定于桨杆上，用来获取皮划艇、赛艇的动力学参数，控制器置于艇舱内运动员伸手即可接触的地方。该系统能同时测得皮划艇、赛艇训练中的运动学、动力学参数，根据这些参数，还可以分析出船体的各种姿态，为皮划艇、赛艇运动的科学训练提供基础理论依据和关键技术支撑。

Description

皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统

所属领域　本发明涉及传感器技术及其应用领域，特别是涉及体育科研方面的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统。

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。

皮划艇、赛艇运动均属速度和耐力项目，对力量和技术均有极高要求，运动员的选材、技术动作的改进、战术的合理安排、多人艇的人员搭配都需要科学依据和理论指导。国内已经建立起初步的科学训练平台，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。武汉体育学院的郑伟涛教授等人近几年来一直致力于皮划艇、赛艇运动方面的研究，先后进行了《赛艇实船运动技术测试与评定系统研制》、《赛艇专项力量训练器及其监控评价系统的研制》等一系列相关方面的研究项目，为皮划艇、赛艇的科学训练提供了初步的基础理论依据和关键技术支撑。经检索，国外研制的皮划艇、赛艇实船水上测试系统还不完善，研制的动力学测试系统可获取桨频、桨程、船速等信息。这些训练平台和测试系统都不能同时获取皮划艇、赛艇训练中的动力学和运动学参数，达到研究船体运动本质特点的目的，这样也就不能建立一个较为完备的船体受力-运动模型，形成专项技能评价体系。

发明内容

本发明的目的是：提供一种皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，该测试系统能够同时测得皮划艇、赛艇训练中的动力学、运动学的相关参数，通过对这些参数的分析，能够建立反映皮划艇、赛艇运动本质规律的受力-运动模型，形成科学的评价指标体系。

本发明的技术方案是：一种皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征在于：该系统由单片机信号处理单元、多维桨力传感器和控制器组成，能够用于单人艇、双人艇和四人艇的测试，所述的单片机信号处理单元包含电池充电接口、USB接口、多维桨力传感器接口和控制器接口，所述的单片机信号处理单元与多维桨力传感器通过多维桨力传感接口经电线电连接，所述的单片机信号处理单元与控制器通过控制器接口经电线电连接，以构成皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的体系结构。

所述的单片机信号处理单元内置有多维加速度传感器，安装于训练用皮划艇、赛艇的艇舱内，用于测量皮划艇、赛艇在多个方向的加速度信息，获取皮划艇、赛艇的运动学参数，并对所有信息进行处理；所述的多维桨力传感器固定于桨杆上，用来实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数；所述的控制器置于艇舱内运动员伸手能够接触的地方，以便运动员对系统进行控制。

所说的多维加速度传感器能够测量皮划艇、赛艇在多个方向的加速度信息，获取皮划艇、赛艇的运动学参数，运动学参数包括：桨叶的入水时间、出水时间，桨频，每桨位移，皮划艇、赛艇的瞬时速度、瞬时加速度，单位时间内皮划艇、赛艇的速度差以及转桨过程。

所说的单片机信号处理单元还内置有四种指示灯，四种指示灯分别为USB接口灯、USB状态指示灯、状态指示灯和缺电指示灯，用来指示系统的工作状态。

所说的单片机信号处理单元的外形结构采用了防水设计，其中多维桨力传感器接口和控制器接口在接上电线后，用防水胶封住，电池充电接口和USB接口在训练时用防水盖帽封住。

所说的多维桨力传感器用来实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数，动力学参数包括：运动员左右手桨力的最大值、最小值和平均值，每桨做功，每桨冲量。

所说的多维桨力传感器采用园膜型梁结构、多桥贴片的方式。

所说的控制器面板上有开机、关机、复位、开始/停止四个按钮，能够对系统实现上电、断电、复位和开始/停止的控制。

作为一种皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，所说的单片机信号处理单元内置有相互电连接的单片机、存储器、指示灯、多维加速度传感器等，单片机采用MSP430系列的MSP430F149，存储器采用AT45DB642。所说的多维加速度传感器采用高精度、小量程的加速度传感器，引进硬件噪声抑制技术，降低了系统误差，频率响应高，可以实现实时快速检测。

相当于现有技术有益效果是：

其一，本发明系统中的单片机信号处理单元内置有多维加速度传感器，能够测量皮划艇、赛艇在多个方向的加速度信息，获取皮划艇、赛艇的运动学参数；单片机信号处理单元与多维桨力传感器通过多维桨力传感器接口经电线电连接，多维桨力传感器固定于桨杆上，用来实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数。因此，本发明的系统能够同时获得皮划艇、赛艇的运动学参数和动力学参数。根据运动学、动力学参数，还可以分析出船体左右摇摆的幅度、频率，上下颠簸幅度、频率等船体的姿态。

其二，单片机信号处理单元的外形结构采用了防水设计，其中多维桨力传感器接口和控制器接口接上电线后，用防水胶封住，电池充电接口和USB接口在训练时用防水盖帽封住。符合皮划艇、赛艇训练的实际环境。而且其体积小、重量低，可以最大程度降低系统对运动员训练的影响。

其三，本发明系统中的单片机信号处理单元使用电池供电，并包含电池充电接口，使得系统成为耐用型的测试设备，并且电池在充满电后，可以连续工作35小时以上，不会出现在训练的过程中系统因缺电而不能正常工作的情况，保证测试数据的准确，满足皮划艇、赛艇训练的要求。

其四，本发明中的多维桨力传感器采用圆膜型梁结构、多桥贴片的方式，能够拆卸，安装方便快捷，适用于常见的不同材质、不同形状的桨杆，并能够实现多维桨力传感器在不同运动员桨杆之间的快速更换。

其五，首次提出了一种能同时测得皮划艇、赛艇动力学、运动学参数的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，结合了传感器及其应用技术、接口技术，能够获得船体运动的本质特点，建立一个较为完备的船体受力-运动模型，形成专项技能评价体系，为运动员技术动作改进提供科学依据。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的结构示意图；

图2是皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的电路方框图；

图3是皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的工作流程图。

具体实施方式

参见图1、图2。图1中，1：单片机信号处理单元；2：电池充电接口；3：USB接口；4：多维桨力传感器接口；5：电线；6：多维桨力传感器；7：控制器；8：控制器接口。

该系统由单片机信号处理单元1、多维桨力传感器6和控制器7组成，能够用于单人艇、双人艇和四人艇的测试，单片机信号处理单元1包含电池充电接口2、USB接口3、多维桨力传感器接口4和控制器接口8，单片机信号处理单元1与多维桨力传感器6通过多维桨力传感接口4经电线5电连接，单片机信号处理单元1与控制器7通过控制器接口8经电线5电连接，以构成皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的体系结构。

单片机信号处理单元1置于训练用皮划艇、赛艇的艇舱内，用来实时获取皮划艇、赛艇的相关参数信息，并对所有信息进行处理。单片机信号处理单元1内置有多维加速度传感器，在运动员的训练中，能够测得在多个方向的加速度信息，获取皮划艇、赛艇的运动学参数，运动学参数包括：桨叶的入水时间、出水时间，桨频，每桨位移，皮划艇、赛艇的瞬时速度、瞬时加速度，单位时间内皮划艇、赛艇的速度差以及转桨过程。多维桨力传感器6固定于桨杆上，用来实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数，动力学参数包括：运动员左右手桨力的最大值、最小值和平均值，每桨做功，每桨冲量。控制器7置于艇舱内运动员伸手能够接触的地方，以便运动员对系统进行控制，控制器7面板上有开机、关机、复位、开始/停止四个按钮，能够对系统实现上电、断电、复位和开始/停止的控制。

图2是皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的电路方框图，包括相互电连接的：用于实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数的多维桨力传感器6；用于控制系统工作的控制器7；用于完成自动控制程序和进行数据处理的MSP430F149单片机，单片机有用于数字量和模拟量转换的AD转换器；用于与计算机相连，把数据载入计算机的USB接口及接口电路；用于指示系统工作状态的指示灯；用于给系统各模块供电的电池及电源管理电路；用于测量皮划艇、赛艇在多个方向的加速度信息，获取皮划艇、赛艇的运动学参数的多维加速度传感器；用于对多维桨力传感器6和多维加速度传感器输出信号进行预处理的信号调理电路；用来记录动力学、运动学参数的存储器。

其中，指示灯包括USB接口灯、状态指示灯、缺电指示灯、USB状态指示灯，通过软件，对这四种指示灯的设置分别为：USB接口灯在有故障的时候亮，无故障的时候灭；状态指示灯在系统空闲的时候为常亮，采集数据的时候闪烁；缺电指示灯在电源电压低于7V的时候亮，其它时候都不亮；USB状态指示灯在USB接口与计算机相连接的时候亮，与计算机的连接断开的时候灭。

在图2中，按下控制器7面板上的开机按钮后，指示灯中的状态指示灯亮，按下控制器7面板上的开始/停止按钮后，系统开始工作，多维桨力传感器和多维加速度传感器采集信号，然后将信号输入信号调理电路，信号调理电路对信号进行预处理，接着，MSP430F149单片机对信号调理电路输出的信号再做进一步的处理，之后把处理好的信号输入存储器，存储器就记录采集的信号。系统结束工作后，通过USB接口及接口电路上的USB接口将数据载入计算机。

图3是皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的工作流程图，其工作流程如下：按下控制器7面板上的开机按钮，随即就打开了电源开关，电池及电路管理电路即可以对系统进行上电(步骤100)，此时指示灯中的状态指示灯亮。然后，MSP430F149单片机给其自有的功能部件和内存中驻有的各个子程序预置初始值，即设定其初始工作状态(步骤110)。接着，在步骤120中，MSP430F149单片机判断运动员是否已经按下开始/停止按钮？一旦运动员按下开始/停止按钮，就表示运动员已开始训练，多维桨力传感器6和多维加速度传感器就开始采集信号(步骤130)，状态指示灯闪烁。之后，在步骤140中，信号调理电路就对多维桨力传感器6和多维加速度传感器输出的信号进行预处理。接着，在步骤150中，MSP430F149单片机对信号作进一步的处理，包括把模拟量转变成数字量。然后，于步骤160中，存储器存储存储MSP430F149单片机处理好的信号。当运动员再次按下控制器7面板上的开始/停止按钮时(步骤170)，表示运动员已结束训练。运动员结束训练后，系统就结束工作(步骤180)。

在系统结束工作后，可将USB接口及接口电路上的USB接口3与计算机接口相连，存储器就将记录的信号输入MSP430F149单片机，MSP430F149单片机再将信号经USB接口3载入计算机，同时亦可将计算机中的信号经USB接口3输入MSP430F149单片机。通过软件可以对这些数据进行分析，建立反映皮划艇、赛艇运动本质规律的受力-运动模型，以助于形成科学的评价指标体系，为皮划艇、赛艇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皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统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。

Claims (7)

1、一种皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征在于：该系统由单片机信号处理单元(1)、多维桨力传感器(6)和控制器(7)组成，能够用于单人艇、双人艇和四人艇的测试，所述的单片机信号处理单元(1)包含电池充电接口(2)、USB接口(3)、多维桨力传感器接口(4)和控制器接口(8)，所述的单片机信号处理单元(1)与多维桨力传感器(6)通过多维桨力传感器接口(4)经电线(5)电连接，所述的单片机信号处理单元(1)与控制器(7)通过控制器接口(8)经电线(5)电连接，以构成皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统的体系结构；

所述的单片机信号处理单元(1)内置有多维加速度传感器，安装于训练用皮划艇、赛艇的艇舱内，用于测量皮划艇、赛艇在多个方向的加速度信息，获取皮划艇、赛艇的运动学参数，并对所有信息进行处理；所述的多维桨力传感器(6)固定于桨杆上，用来实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数；所述的控制器(7)置于艇舱内运动员伸手能够接触的地方，以便运动员对系统进行控制。

2、根据权利要求1所述的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征是所述的运动学参数包括：桨叶的入水时间、出水时间，桨频，每桨位移，皮划艇、赛艇的瞬时速度、瞬时加速度，单位时间内皮划艇、赛艇的速度差以及转桨过程。

3、根据权利要求1所述的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征是所述的单片机信号处理单元(1)还内置有四种指示灯，四种指示灯分别为USB接口灯、USB状态指示灯、状态指示灯和缺电指示灯，用来指示系统的工作状态。

4、根据权利要求1所述的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征是所述的单片机信号处理单元(1)的外形结构采用了防水设计，其中多维桨力传感器接口(4)和控制器接口(8)接上电线后，用防水胶封住，电池充电接口(2)和USB接口(3)在训练时用防水盖帽封住。

5、根据权利要求1所述的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征是所述的多维桨力传感器(6)用来实时测量训练中运动员的划桨力，以便获取皮划艇、赛艇的动力学参数，动力学参数包括：运动员左右手桨力的最大值、最小值和平均值，每桨做功，每桨冲量。

6、根据权利要求1所述的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征是所述的多维桨力传感器(6)采用圆膜型梁结构、多桥贴片的方式。

7、根据权利要求1所述的皮划艇、赛艇实船水上便携式船载测试系统，其特征是所述的控制器(7)面板上有开机、关机、复位、开始/停止四个按钮，能够对系统实现上电、断电、复位和开始/停止的控制。

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