CN104200250A - 一种跑步计量设备及其软件系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及跑步训练计时应用领域，具体而言，涉及一种跑步计量设备及其软件系统。用于多人跑步计时和分段成绩计量。跑步计量设备由外壳、阅读器、移动通信模块、移动电源、电子标签构成。软件系统由阅读器控制系统、监测点配置系统、用户注册系统、业务处理系统和数据库管理系统构成。当运动员佩戴电子标签经过跑步计量设备时，软件系统即可通过跑步计量设备接收到阅读器ID、电子标签ID、时间戳等数据并对数据进行业务处理，从而实现多人跑步计时、分段成绩计量等功能。

Description

一种跑步计量设备及其软件系统

技术领域

本发明涉及跑步训练计时应用领域，具体而言，涉及一种跑步计量设备及其软件系统。

背景技术

对于非专业级跑步训练计时领域，以往通常使用秒表计时等人工方式来获取运动员跑步成绩，人工操作存在易错性和结果不易弥补的风险。而对于运动员跑步里程实时查看和分段式统计数据则通常由运动员携带智能设备，通过智能设备上的应用软件进行统计，如Nike出品的基于智能手机上的Nike+应用软件，或通过专业监测设备进行测量和统计。佩戴智能设备方式需要运动员在跑步时携带该智能设备，为跑步活动增加不便。且仅能统计运动员自身数据，无法同时获得多名运动员的运动数据，难以进行综合统计和分析。如需对多名运动员成绩进行数据分析，则需要事后进行大量数据汇总等人工操作，增加成本之余也会引入过多的出错风险。使用专业监测设备可以获得较为理想的统计数据，但成本高昂，对于非专业级别应用场景并不适用。

射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

RFID技术通常由三部分组成，应答器、阅读器和软件系统。应答器由天线、射频元件和芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器容器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上用来标识目标对象。阅读器也称读写器，由天线、射频元件和芯片组成，是一种读取或写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。软件系统是应用层软件，主要是把阅读器收集的数据做进一步处理，并为人们所用。

应用于非专业级跑步训练计时领域，RFID识别设备和应答器体积应该较小，识别设备的设计直接关系到其适用性，较小的体积便于移动，由此可以适用于更多的跑步场地。应答器是运动员所佩戴，因此小巧的设计不会影响到运动员跑步体验，且为满足多人情况，应答器应具备防冲撞性强、成本低、寿命长等特性。

专利号2014103737024，“电子标签”，包括：标签天线、电子芯片和金属屏蔽层；所述标签天线与所述电子芯片电气连接；所述金属屏蔽层置于所述标签天线的内侧。此发明所述的电子标签为无源电子标签，其天线为表面带有微带天线的陶瓷天线，且在天线内侧设置有金属屏蔽层，以达到防止人体对天线性能的影响，使得所述电子标签具有可接触皮肤、小型化、成本低、寿命长等特性。

发明内容

为改善上述现有技术的缺点，本发明的一目的在于提供一种跑步计量设备，可实现可移动的、无需人工计时操作、自动获取多人跑步数据等功能。

为改善上述现有技术的缺点，本发明的又一目的在于提供一种跑步计量软件系统，可实现远程操作设备、无需人工计时、自动获取多人跑步数据并能对其进行统计和分析等功能。

为达到本发明上述目的，请参考图1，所述的跑步计量设备由外壳1、阅读器2、移动通信模块6、移动电源7和电子标签五部分组成，外壳可采用适合的材质设计制作。阅读器由天线3、控制电路4和RS232串行接口5组成，其中天线采用圆极化设计，使之可向外发出电磁波，形成有效范围约为1.5米宽、有效长度约为5米的扇形电磁场。控制电路可通过程序在标称范围内调节其工作频率和功率，从而可以根据不同跑步运动场景需求调节阅读器检测频率和电磁场覆盖区域。RS232串行接口将控制电路与移动通信模块相连，移动通信模块可根据实际跑步场地是否有无线WIFI覆盖而选择RS232串行接口转WIFI模式或RS232串行接口转移动通信模式。移动电源与阅读器、移动通信模块电气相连，为其供电。

电子标签采用所述专利号为2014103737024的无源电子标签，电子标签的天线采用带有微带天线的陶瓷天线，并在天线内侧设置有金属屏蔽层，可以防止人体对天线性能的影响，使得电子标签具有可接触皮肤、小型化、低成本、寿命长等特性。

当运动员佩戴电子标签进入阅读器天线发出的电磁波场时，电子标签内部形成感应电流并将电子标签ID载波发出电磁波，天线收到后传至阅读器，阅读器将阅读器ID、电子标签ID、时间戳等信息通过移动通信模块无线传送至计算机。阅读器中的天线发出电磁波的工作周期约为25ms，按照世界百米记录，通过1.5米需耗费时间极限值为144ms，因此当运动员佩戴电子标签以百米速度通过天线的电磁场时，至少可被检测5～6次，如运动员以普通速度通过，则检测次数可达到10～20次。由于阅读器天线发出电磁波的工作周期为毫秒级数值，因此在计时准确度上可以达到十分之一秒。由于在跑道路径上可以设置多个监测点，因此也可以获得运动员的分段跑步数据，从而实现运动员成绩记录统计、分段数据统计、多人数据对比分析等功能。综上所述，基于RFID技术用于跑步数据采集和计量是可行的。

为达到本发明上述又一目的，所述的软件系统由阅读器控制系统、监测点配置系统、用户注册系统、业务处理系统和数据库管理系统组成。阅读器控制系统通过计算机Socket端口与阅读器进行通信，管理阅读器ID、工作频率和功率。监测点配置系统用于管理跑步计量设备与监测点之间的映射关系、管理监测点以及监测点之间的距离数据。用户注册系统用于管理电子标签与运动员身份之间的映射关系，系统得到电子标签ID即可查询得到运动员身份。业务处理系统用于计算机与跑步计量设备之间进行数据通信，发送工作命令以及接收返回数据，并按照特定算法进行数据清洗。数据库管理系统负责存储和管理软件系统中所有数据。

软件系统中的业务处理系统设计有定时保障系统，以保证软件系统与跑步计量设备之间数据链的连续性，避免因为偶然出现的网络问题或接口干扰问题而导致数据链出错，定时保障系统会定时检查计算机与跑步计量设备之间的工作命令和接收数据是否正常，如遇到不正常情况，则由计算机再次发出工作命令，如依然不能得到正常的数据传输，则重启计算机与跑步计量设备的Socket连接，恢复数据传输进程，以保证数据链的连续性。

如图2所示，本发明所述跑步计量设备中的天线与电子标签之间是无线数据传输模式，计算机通过无线网关与跑步计量设备的移动通信模块进行通讯，发送工作命令以及接受返回数据。在WIFI无线网络覆盖范围内可采用串行端口转WIFI模块，没有WIFI无线覆盖情况下可采用串行端口转移动通信模块，因此所述设备具有较为广泛的可移动特性，可满足在正规跑道和户外不规则跑道跑步计量数据所需。

如图3所示，在跑步活动开始之前，需在阅读器控制系统中设定阅读器ID、阅读器工作频率和功率S10，在监控点配置系统中添加跑道路径上的监控点并将监控点与阅读器ID绑定S20，在用户注册系统中将运动员身份与电子标签ID绑定S30。开始跑步活动后，当运动员佩戴电子标签经过监测点时S40，业务处理系统读取跑步计量设备传给计算机的数据S50，每条数据包括阅读器ID、电子标签ID、时间戳。将数据用特定算法进行清洗后S60存入数据库S70，并对清洗后的数据进行业务逻辑处理S80。

由于电子标签从进入阅读器天线发出的电磁波场到离开期间，会先后被检测到多次，即同一个监测点会有多条时间戳不同的数据传送到计算机，而实际需要计量运动员通过此监测点的时间戳数据应只有一个，因此软件系统中的业务处理系统会对同一监测点一个或多个跑步计量设备传回的多条数据进行清洗，利用动态中值滤波算法，对以时间为序列的数据进行筛选和计算，从而计算出运动员经过此监测点最确切的时间。业务处理系统根据所有监测点的最终的数据即可根据需要计算运动员的跑步成绩、特定距离内的分段统计以及对多人数据进行对比统计分析。

附图说明

图1 跑步计量设备内部元件示意图。

图2 跑步计量设备及其软件系统工作示意图。

图3 跑步计量软件系统流程图。

图4 跑步计量设备实施示意图。

具体实施方式

如图4所示，使用者在跑道路径起点和终点各设置一个监测点，并沿跑道路径每隔特定距离设置一个监测点，在每个监测点处跑道路径两侧放置所述的跑步计量设备，并保持阅读器的天线水平朝向跑道。

在软件系统中，通过阅读器控制程序设定所有设备中阅读器的ID以及工作频率和功率。

在监测点配置系统中添加跑道路径所有监测点并设定监测点之间的距离，并将跑步计量设备的阅读器ID与监测点进行映射绑定，以保证同一监测点的两个跑步计量设备返回数据映射为同一个监测点的数据。

在用户注册系统中，将运动员身份映射为电子标签ID。

设备正常工作时，当运动员佩戴电子标签经过所述跑步计量设备，阅读器将阅读器ID、电子标签ID、时间戳通过移动通信模块发送至计算机，计算机中的软件系统对数据进行清洗和计算，并将其存入数据库。依据数据即可根据业务需要计算出运动员的跑步成绩、分段距离速度等指标数据。

本发明所述的跑步计量设备及其软件系统不仅适用于正规跑道，也适用于户外跑步路径不规则情况，且运动员无需携带其他设备，仅需佩戴一个轻巧便携的电子标签即可，不会对运动员跑步动作造成干扰。

本发明还可根据实际需求存在其他实施例，在不违背发明精神及其实质的情况下，数据本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1. 一种跑步计量设备，其特征在于，由外壳、阅读器（含有天线、控制电路、RS232串行接口）、移动通信模块、移动电源和电子标签组成；所述阅读器通过RS232串行接口与移动通信模块相连，移动电源为阅读器和移动通信模块供电；所述电子标签采用无源方案。

2. 根据权利要求1所述的跑步计量设备，其特征在于，所述阅读器中的天线采用圆极化设计，能够在特定方向形成扇形电磁波场。

3. 根据权利要求1所述的跑步计量设备，其特征在于，所述阅读器中的控制电路可通过程序调节工作频率和功率，使之可以适用于不同的跑步运动场景。

4. 根据权利要求1所述的跑步计量设备，其特征在于，所述移动通信模块与计算机之间是无线连接，移动通信模块可选择：

A. 串行口转WIFI模块，可在WIFI网络覆盖范围内进行数据传输；

B. 串行口转移动通信模块，可在移动通信网络覆盖范围内进行数据传输，如串行口转3G模块。

5. 一种跑步计量设备软件系统，其特征在于，系统包括：

A. 阅读器控制系统，用于管理阅读器ID、工作频率和功率；

B. 监测点配置系统，用于管理跑步计量设备与监测点之间的映射关系、管理监测点以及监测点之间的距离；

C. 用户注册系统，用于管理运动员身份与电子标签ID之间的映射关系；

D. 业务处理系统，用于计算机与跑步计量设备之间进行数据通信，并对数据进行处理；

E. 数据库管理系统，用于存储和管理所有数据。

6. 根据权利要求5所述的跑步计量设备软件系统，其特征在于，利用动态中值滤波算法对来自于同一监测点的跑步计量设备传回计算机的运动员跑步数据进行清洗和计算。

7. 根据权利要求5所述的跑步计量设备软件系统，其特征在于，有定时保障程序，当遇到偶然出现的网络问题或接口干扰问题而导致数据链出错时，可迅速重启系统中的数据传输进程，保证数据链的连续性。