CN106714303A - 一种足球数据智能采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种足球数据智能采集系统；其包括由微处理器、时钟模块、超宽带无线通信模块、惯性导航传感器系统和体征传感器模块构成的嵌入式系统。UWB无线通信模块与部署在足球场四周的UWB定位点通信实现厘米级别的高精度定位；Timer模块与MCU互联以提供准确的时间信息；MCU通过I2C/SPI接口与电子罗盘、加速度传感器和磁力传感器通信；MCU与心律及血氧传感器连接，通过模数转换获得当前心律及血氧信息；MCU通过GPIO口控制LED灯和开关；电源管理模块控制整个设备功耗及状态。本发明可以准确地监控足球运动员的运动轨迹以及运动生命体征，为足球运动员和教练员提供准确的运动、体征数据，还可以实现智能化技术统计，达到科学训练的目的从而提高足球运动水平。
Description
技术领域
本发明涉及足球数据采集相关领域，尤其是一种足球数据智能采集系统。
背景技术
现有的同类产品从技术方案上都是依赖于GPS卫星信号进行定位，但是因为GPS自身的局限性，信号受外界因素影响极大，如天气，天线，遮挡物等等。普通民用GPS模块的定位精度即使在理想情况下，也在5米以上，在高速运动状况下，精度更差。如果需要提高定位精度，需要配置高灵敏度的全向天线和高灵敏度的GPS模块，给成本带来大幅度的增加。而室内运动数据则是完全无法被采集。而足球除了普通的11人制外，还有8人制，5人制，以及室内足球，这些都是传统的产品无法解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，在此提供一种足球数据智能采集系统；主要解决的技术问题是用最新的定位技术以更低的成本提供更准确的数据，为各级别足球俱乐部和青少年足球运动员选拔提供专业的足球数据采集及分析服务。
本发明的技术方案如下：
一种足球数据智能采集系统，包括由微处理器（MCU）、时钟（Timer）模块、超宽带（UWB）无线通信模块、惯性导航（INS）传感器系统和体征传感器模块构成的嵌入式系统。系统中的UWB无线通信模块与部署在足球场四周的UWB定位点通信实现厘米级别的高精度定位；Timer模块与MCU互联以提供准确的时间信息；所述MCU通过I2C/SPI接口与电子罗盘、加速度传感器和磁力传感器通信，实现一个惯性导航传感器系统以提供精确的运动信息；所述MCU与心律及血氧传感器连接，通过模数转换获得当前心律及血氧信息；所述MCU通过GPIO接口控制LED灯和开关；电源管理模块控制整个设备功耗及状态。本发明可以准确地监控足球运动员的运动轨迹以及运动生命体征，为足球运动员和教练员提供准确的运动、体征数据，达到科学训练的目的从而提高足球运动水平。
根据本发明所述足球数据智能采集系统，其特征在于：该系统佩戴在足球运动员身上，在足球运动员训练、比赛过程中，与预先布置在球场四周的UWB通信点交互，实现在球场范围内的精准位置定位。
运动员运动数据中，瞬时坐标由定位系统联合提供，瞬时速度由相邻两个坐标点的相对位移除以时间差（由timer模块提供），加速度由加速度传感器配合陀螺仪和磁力计共同作用，分解为水平和垂直方向上的加速度分量，用于运动数据的分析。
定位以INS惯性导航系统为主，辅助UWB位置定位，UWB定位作用有两个：
1) 提供已知位置的基础点作为INS系统推算的初始点;
2) INS惯性导航系统的误差随着时间的增加会变大，因此需要定期与UWB的定位信息进行同步，以期得到下一个校正后，更准确的坐标作为INS系统推算的初始点。
同时，INS的介入可以解决在大场地前提下，UWB信号覆盖距离不够的问题。即，在被测设备超出视距后，运动数据（位置，速度）仍然可以INS系统所记录。被测设备进入视距之后，前述运动数据以及运动员体表温度、心率等体征信息通过UWB通信发往球场边上的UWB主通信点；UWB主通信点再通过有线网络传到计算机，计算机本地处预理后将前述数据传至云服务器；云端服务则把球员个体数据归纳后分别以个人及球队为单位作出进一步的归纳和分析；处理结果保存在云端，手机终端用户可随时通过访问云端服务获取个人及所属球队的数据分析报告。
从而实现在室内或者室外，大场地或者小场地，各种情况下，始终可以准确有效的采集运动员的各种数据。
本发明的优点在于：本发明所述嵌入式系统，实现了一个低成本，高精度的足球数据智能采集系统，本发明还可应用于其他运动中的数据采集。
附图说明
图1是本发明整体结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过提供一种足球数据智能采集系统，如图所示，可以按照以下方式予以实施；系统的核心部分包括MCU1、Timer模块2、UWB无线通信模块3、INS传感器系统4和体征传感器模块5。系统中的UWB无线通信模块与部署在足球场四周的UWB定位点通信实现厘米级别的高精度定位；Timer模块与MCU互联以提供准确的时间信息；所述MCU通过I2C/SPI接口与电子罗盘、加速度传感器和磁力传感器通信，实现一个惯性导航传感器系统以提供精确的运动信息；所述MCU与心律及血氧传感器连接，通过模数转换获得当前心律及血氧信息；所述MCU通过GPIO接口控制LED灯和开关6；电源管理模块7控制整个设备功耗及状态。
硬件技术指标如下:
系统的核心部分由MCU、Timer模块、UWB无线通信模块、INS传感器系统和体征传感器模块构成：
系统中的UWB无线通信模块与部署在足球场四周的UWB定位点通信实现厘米级别的高精度定位；
Timer模块与MCU互联以提供准确的时间信息；
MCU通过I2C/SPI接口与电子罗盘、加速度传感器和磁力传感器通信，实现一个惯性导航传感器系统以提供精确的运动信息；
MCU与心律及血氧传感器连接，通过模数转换获得当前心律及血氧信息；
MCU通过GPIO接口控制LED灯和开关6；电源管理模块7控制整个设备功耗及状态。
工作原理：该系统佩戴在足球运动员身上，在足球运动员训练、比赛过程中，与预先布置在球场四周的UWB通信点交互，实现在球场范围内的精准位置定位。
运动员运动数据中，瞬时坐标由定位系统联合提供，瞬时速度由相邻两个坐标点的相对位移除以时间差（由timer模块提供），加速度由加速度传感器配合陀螺仪和磁力计共同作用，分解为水平和垂直方向上的加速度分量，用于运动数据的分析。
定位以INS惯性导航系统为主，辅助UWB位置定位，UWB定位作用有两个：
1) 提供已知位置的基础点作为INS系统推算的初始点；
2) INS惯性导航系统的误差随着时间的增加会变大，因此需要定期与UWB的定位信息进行同步，以期得到下一个校正后，更准确的坐标作为INS系统推算的初始点。
同时，INS的介入可以解决在大场地前提下，UWB信号覆盖距离不够的问题。即，在被测设备超出视距后，运动数据（位置，速度）仍然可以INS系统所记录。被测设备进入视距之后，前述运动数据以及运动员体表温度、心率等体征信息通过UWB通信发往球场边上的UWB主通信点；UWB主通信点再通过有线网络传到计算机，计算机本地处预理后将前述数据传至云服务器；云端服务则把球员个体数据归纳后分别以个人及球队为单位作出进一步的归纳和分析；处理结果保存在云端，手机终端用户可随时通过访问云端服务获取个人及所属球队的数据分析报告。
从而实现在室内或者室外，大场地或者小场地，各种情况下，始终可以准确有效的采集运动员的各种数据。
公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种足球数据智能采集系统；其包括由MCU（1）、Timer（2）模块、UWB无线通信模块（3）、INS传感器系统（4）和体征传感器模块（5）构成的嵌入式系统；系统中的UWB无线通信模块与部署在足球场四周的UWB定位点通信实现厘米级别的高精度定位；Timer模块与MCU互联以提供准确的时间信息；所述MCU通过I2C/SPI接口与电子罗盘、加速度传感器和磁力传感器通信，实现一个惯性导航传感器系统以提供精确的运动信息；所述MCU与心律及血氧传感器连接，通过模数转换获得当前心律及血氧信息；所述MCU通过GPIO接口控制LED灯和开关（6）；电源管理模块(7)控制整个设备功耗及状态。
2.根据权利要求1所述足球数据智能采集系统，其特征在于：该系统佩戴在足球运动员身上，在足球运动员训练、比赛过程中，与预先布置在球场四周的UWB通信点交互，实现在球场范围内的精准位置定位；
运动员运动数据中，瞬时坐标由定位系统联合提供，瞬时速度由相邻两个坐标点的相对位移除以时间差（由timer模块提供），加速度由加速度传感器配合陀螺仪和磁力计共同作用，分解为水平和垂直方向上的加速度分量，用于运动数据的分析；
定位以INS惯性导航系统为主，辅助UWB位置定位，UWB定位作用有两个：
1) 提供已知位置的基础点作为INS系统推算的初始点；
2) INS惯性导航系统的误差随着时间的增加会变大，因此需要定期与UWB的定位信息进行同步，以期得到下一个校正后，更准确的坐标作为INS系统推算的初始点；
同时，INS的介入可以解决在大场地前提下，UWB信号覆盖距离不够的问题。
3.即，在被测设备超出视距后，运动数据（位置，速度）仍然可以INS系统所记录；
被测设备进入视距之后，前述运动数据以及运动员体表温度、心率等体征信息通过UWB通信发往球场边上的UWB主通信点；UWB主通信点再通过有线网络传到计算机，计算机本地处预理后将前述数据传至云服务器；云端服务则把球员个体数据归纳后分别以个人及球队为单位作出进一步的归纳和分析；处理结果保存在云端，手机终端用户可随时通过访问云端服务获取个人及所属球队的数据分析报告；
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