CN112914560A - 一种运动员姿态采集无线同步装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动员姿态采集无线同步装置，包括：同步器发送控制端，用于完成同步信号的发送、参数配置与数据处理；高速相机采集端，用于采集运动员的运动姿态；激光测速采集端，用于检测运动员的运动速度；本发明设计了基于激光测速仪与高速相机的运动员姿态采集无线同步装置，同步器测试区域不再受限于线缆长度范围，测试数据可采用嵌入式系统控制存储，极大减小了运动员姿态测试系统体积，配置灵活，可同时满足多路测速仪与多路高速相机同时采集，为运动员运动数据获取与分析提供了强有力的支撑。

Description

一种运动员姿态采集无线同步装置
技术领域
本发明涉及运动员运动姿态测试领域，特别是涉及一种运动员姿态采集无线同步装置。
背景技术
运动员运动过程中，速度与姿态是衡量运动员运动状态的两项重要指标，测速可精确测量运动员运动速度，高速相机可精确捕捉运动员的运动姿态，为了更好的获得测试效果，测速与姿态捕捉必须做到精确的时间同步，才能对采集到的数据进行精确的对应，从而对运动员的运动姿态得以准确的分析。目前二者的同步系统基于有线系统，线缆拖拽较多，测试区域受限，且目前的同步设备存储器基于电脑服务器，服务器体积较大，测试过程中服务器的移动为测试工作带来许多不必要的体能消耗。基于此，本发明设计了一种基于激光测速仪与高速相机的运动员姿态采集无线同步装置，同步器测试区域不再受限于线缆长度范围，测试数据可采用嵌入式系统控制存储，极大减小了运动员姿态测试系统体积，配置灵活，可同时满足多路测速仪与多路高速相机同时采集，为运动员运动数据获取与分析提供了强有力的支撑。
发明内容
本发明的目的是设计一种运动员姿态采集无线同步装置，为运动员运动姿态与速度采集提供时间同步信号，使姿态信息与速度信息具备良好的时间同步基准，在后续的数据处理中，每一个姿态数据对应一个速度数据，做到精确的数据对应，为运动员运动水平的提升提供强有力的数据支撑。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种运动员姿态采集无线同步装置，包括：
同步器发送控制端：用于完成同步信号的发送、参数配置与数据处理；
高速相机采集端：用于采集运动员的运动姿态；
激光测速采集端：用于检测运动员的运动速度；
所述同步发送控制端与高速相机采集端、激光测速采集端通过低功耗Lora无线连接，所述同步发送控制端通过无线方式对所述高速相机采集端与所述激光测速采集端进行参数配置，同步信号的生成与触发。
优选地，所述同步器发送控制端包括：
电脑上位机：用于完成无线同步装置的参数配置及采集数据的处理；
同步发送控制器：用于完成触发信号采集与同步信号的无线发送；
所述电脑上位机与所述同步发送控制器通过USB口连接与通信。
优选地，所述高速相机采集端包括：
同步接收控制器：用于接收同步发送控制器发送的配置信息；
高速相机：用于拍摄运动员的姿态动作；
图像存储器：用于保存采集的图像数据；
所述同步接收控制器与所述高速相机通过网口连接，所述同步接收控制器与所述图像存储器通过UART口连接。
优选地，所述激光测速采集端包括：
同步接收控制器：用于接收同步发送控制器发送的配置信息；
激光测速仪：用于采集速度参数；
测速仪数据存储器：用于保存所采集的速度数据；
所述同步接收控制器与所述激光测速仪通过UART串口连接，所述同步接收控制器与所述测速仪数据存储器通过USB口连接。
优选地，所述同步发送控制器的工作流程包括以下步骤：
S2.1、系统初始化：包括系统上电、处理器初始化、无线模块初始化；
S2.2、与所述同步接收控制器建立连接；
S2.3、同步发送控制器发送同步配置数据到同步接收控制器，同步接收控制器配置好同步器参数后，返回同步发送控制器确认信息，则同步器配置成功；若同步接收控制器未返回确认信息，则继续执行步骤S2.3；
S2.4、同步发送控制器启动外部触发中断，进入等待状态，当同步发送控制器检测到外部触发信号时，首先判断是触发启动信号还是触发停止信号，若是触发启动信号，则进行步骤S2.5，若是触发停止信号，则进行步骤S2.6，若是无效信号，继续执行步骤S2.4；
S2.5、同步发送控制器发送同步启动信号给同步接收控制器，发送完毕后，则执行下一步骤，若没有发送完毕，则继续发送；
S2.6、同步发送控制器发送同步停止信号给同步接收控制器，发送完毕后，转到步骤S2.4，若没有发送完毕，则继续发送。
优选地，所述同步接收控制器的工作流程为：
S3.1、系统初始化：包括系统上电、处理器初始化、无线模块初始化、存储器模块初始化；
S3.2、与同步发送控制器建立连接，若连接成功，则进行下一步，若连接失败，则继续执行步骤S3.2；
S3.3、同步发送控制器接收同步配置器数据；
S3.4、同步接收控制器接收同步发送控制器发送的同步器启动信号，并判断接收的数据是触发启动信号还是触发停止信号，若是触发启动信号，则执行步骤S3.5；若是触发停止信号，则转到步骤S3.6；若是无效信号，则继续执行步骤S3.4；
S3.5、输出脉冲：同步接收控制器接收到所述触发启动信号，开启定时器，输出脉冲，控制所述高速相机与激光测速仪采集数据，当所述定时器为零时，脉冲输出完毕，采集停止；
S3.6、脉冲停止：当同步接收控制器接收到触发停止信号时，脉冲停止输出，采集停止，执行步骤S3.4。
优选地，所述同步发送控制器接收同步配置器数据包括：
S3.31、保存接收到的数据并进行判断：若所接收到的数据第一个字符为“S”，则继续执行下一步，若所接收到的数据第一个字符不是“S”，则为错误指令，继续执行步骤S3.31；
S3.32、设置脉冲频率：提取字符“S”后面七位ASCII码，代表了频率的具体数值，配置同步器频率；
S3.33、设置脉冲长度：提取“S”后第八位到第十九位ASCII码，代表持续时间长度的具体数值，配置同步器保持时长；若数值均为0，表示脉冲一直持续，直到收到脉冲停止信号，配置完成后执行步骤S3.4，所述同步接收控制器参数配置成功后，向同步发送控制器发送配置成功确认信息。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明可实现激光测速与高速相机采集时间无线同步，同步精度可达ms级，为运动员运动姿态测试提供了比较精确的时间同步基准；
2、本发明中的激光测速同步器与高速相机同步器与控制端采用无线连接，且均为独立设备，测试区域广，测试方式灵活；
3、本发明中无线同步器可同时提供多路激光测速仪与多路高速相机时间同步，具体数量可根据测量场景灵活配置；
4、本发明中无线同步器的测试频率、测试时长可灵活配置，可抓取运动员局部姿态，也可获取运动员全程姿态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明运动员姿态采集无线同步装置连接关系示意图；
图2是本发明运动员姿态采集无线同步装置测量跑步运动员速度与姿态示意图；
图3是本发明运动员姿态采集无线同步装置同步发送控制器工作流程示意图；
图4是本发明运动员姿态采集无线同步装置同步接收控制器工作流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1给出了本发明运动员姿态采集无线同步装置连接关系示意图，测试系统包含同步器发送控制端(包含电脑上位机与同步发送控制器)、n路高速相机采集端(包含同步接收控制器、高速相机与图像存储器)与n路激光测速采集端(包含同步接收控制器、激光测速仪与测速仪数据存储器)。
同步器发送控制端与高速相机采集端、激光测速采集端通过低功耗Lora无线连接，同步器发送控制端通过无线方式对高速相机采集端与激光测速采集端进行参数配置与同步信号的生成与触发。
同步器发送控制端完成同步信号的发送、参数配置与数据处理，包含两部分，电脑上位机与同步发送控制器。电脑上位机完成无线同步装置的参数配置及采集数据的处理；同步发送控制器完成触发信号采集与同步信号的无线发送。电脑上位机与同步发送控制器通过UART串口连接，电脑上位机通过自编软件将同步参数下发到同步发送控制器，同步发送控制器将同步参数发送给同步接收控制器，并在检测到触发信号后，将同步触发信号广播发送。
高速相机采集端包含同步接收控制器、高速相机与图像存储器。同步接收控制器与高速相机通过网口连接，与图像存储器通过USB口连接。
同步接收控制器接收同步发送控制器发送的配置信息，配置相机采集参数，在接收到同步发送器发送的同步信号后，立刻产生脉冲信号开始图像采集，采集的图像数据保存到图像存储器中。系统可配置多个高速相机采集端，具体数量根据实际场景确定。
高速相机选用水星公司MER-030-120GM/GC型号相机，此款相机像素尺寸为5.6um*5.6um，分辨率为656*492，帧率可达120fps，支持Line0外部触发与内触发，通过网口与存储器建立连接。
激光测速采集端包含同步接收控制器、激光测速仪与测速仪数据存储器。同步接收控制器与激光测速仪通过UART串口连接，与测速仪数据存储器通过USB口连接。
同步接收控制器接收同步发送控制器发送的配置信息，配置激光测速仪采集参数，在接收到同步发送器发送的同步信号后，立刻产生脉冲信号开始激光数据采集，采集的速度数据保存到测速仪数据存储器中。系统可配置多个激光测速采集端，具体数量根据实际场景确定。
测速设备选取型号为LDM301的激光测速仪，此款测速仪是德国耶拿公司的激光测距传感器，其测量距离范围为0.5-3000m；测量速度范围为0m/s-100m/s。标准模式测量时间为0.5ms，通过RS232与存储器连接。LDM301测速仪具有同步触发输入端口，可与其他设备同步测量。
高速相机采集端与激光测速采集端均采用12V电源供电，可采用锂电池供电，方便室外运动采集布设。同步接收控制器与高速相机之间的控制信号为12V，控制信号采用光耦隔离输入输出；同步接收控制器与激光测速仪之间的控制信号也为12V，均采用光耦隔离输入输出。
同步器发送与接收控制端无线通信方式采用LoRa扩频模块SX1278，其通信距离可达4km-8km，通信频段为ISM433MHz，支持低功耗模式。无线模块可工作与定向模式，也可工作于广播模式，同步器发送控制器广播发送同步信号，各个同步器接收控制器接收到启动信号后开始采集数据。
高速相机采集端与激光测速采集端存储器采取两种方式，包括电脑与嵌入式系统。高速相机采集端的高速相机将采集到的数据通过网口输入到电脑或嵌入式系统中的存储器保存图像；激光测速采集端通过USB口将测速数据输入到电脑或嵌入式系统。
以跑步运动员运动姿态采集为例，如图2所示，高速相机采集端与激光测速采集端可灵活放置于运动员运动区域，不需要再考虑线长的影响。本实施例中以采集3个跑步运动员的跑步速度与跑步姿态为例。测速仪放置于运动员后方测速，高速相机放置于运动员侧方抓取运动员运动姿态。
本发明装置的同步发送控制器的工作流程为(如图3所示)：
S1、系统初始化
运动员姿态采集无线同步发送控制器与同步接收控制器同时上电、同步发送与接收处理器初始化、无线模块初始化。
S2、同步发送控制器与同步接收控制器建立连接
同步发送控制器与各路同步接收控制器采用轮询方式建立连接，发送端发送字符“WNC”，当接收到所有3路高速相机采集端与3路激光测速采集端返回字符“ACK”，连接成功，转到步骤S3；若有1路采集端未返回字符“ACK”，则表明连接不成功，继续执行步骤S2，直到所有接收端都返回“ACK”。
S3、同步发送控制器向同步接收控制器发送同步配置数据
同步发送控制器与各路同步接收控制器采用轮询方式发送配置数据，发送端首先发送配置数据到各路无线同步装置接收端，各路接收端配置好同步器参数后，返回确认信息，则同步器配置成功，转到步骤S4；若有一路接收端未返回确认信息，则继续执行步骤S3。
S4、同步发送控制器等待外部触发信号
同步发送控制器启动外部触发中断，进入等待状态，当发送端控制器检测到外部触发信号时，首先判断是触发启动信号还是触发停止信号，若是触发启动信号，转到步骤S5；若是触发停止信号，则转到步骤S6；若是无效信号，则继续执行步骤S4。
S5、同步发送控制器向高速相机采集端与激光测速采集端发送同步启动信号
同步发送控制器以广播形式发送同步启动信号给3路高速相机采集端与3路激光测速采集端，发送完毕后，转到步骤S4；若没有发送完毕，则继续发送。
S6、同步发送控制器发送同步停止信号
同步发送控制器发送同步停止信号给3路高速相机采集端与3路激光测速采集端，发送完毕后，转到步骤S4；若没有发送完毕，则继续发送。
运动员姿态采集3路高速相机采集端与3路激光测速采集端其工作流程基本一致，工作流程如下(如图4所示)：
S1、系统初始化；
3路高速相机采集端与3路激光测速采集端系统上电、处理器初始化、无线模块初始化、存储器模块初始化。
S2、与发送端建立连接；
各路接收端接收到字符“WNC”时，返回字符“ACK”，则表明连接成功，转到步骤S3；若无线同步装置接收端接收到字符“WNC”，则表明连接不成功，继续执行步骤S2。
S3、接收发送端同步配置数据；
各路采集端分别接收同步器配置数据。
S4、接收端配置同步参数；
各路采集端分别配置同步参数，包含以下子步骤：
S4.1、保存接收到的数据；
同步接收控制器保存接收到的数据，并判别数据，若第一个字符为“S”，则执行步骤S4.2；若第一个字符不是“S”，指令为错误指令，转到步骤S4.1；
S4.2、设置脉冲频率；
提取“S”后面的7位ASCII码代表了频率的具体数值，配置同步器频率；
S4.3、设置脉冲长度；
提取“S”后面的第8位到第19位ASCII码代表了持续时间长度的具体数值，配置同步器保持时长。若数值均为0，表示脉冲一直持续，直到收到脉冲停止信号，配置完成后转到步骤S5；
各路采集端参数配置成功后，分别向无线同步装置发送端发送配置成功确认信息。
S5、接收发送端同步触发启动信号；
各路采集端同时接收无线同步装置发送端发送的同步器启动信号，并判断接收的数据是触发启动信号还是触发停止信号，若是触发启动信号，则转到步骤S6；若是触发停止信号，则转到步骤S7；若是无效信号，则继续执行步骤S5。
S6、输出脉冲；
各路采集端接收到触发启动信号，同时开启定时器，输出脉冲，控制高速相机与激光测速仪采集数据，并将采集数据存储到各个数据存储器。当时长计数器为零后，脉冲输出完毕，采集停止，跳转到步骤S5；反之则继续执行步骤S6。
S7、脉冲停止；
各路采集端接收到触发停止信号，脉冲停止输出，采集停止，跳转到步骤S5；反之则继续执行步骤S7。
采集完毕后，电脑上位机读取各个接收端所采集的数据，提取各路相机采集的图像数据与各路测速仪采集的运动员速度数据，提取出图像与速度数据的同步时刻，对所采集的同时刻图像与速度数据进行数据处理。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，包括：
同步器发送控制端：用于完成同步信号的发送、参数配置与数据处理；
高速相机采集端：用于采集运动员的运动姿态；
激光测速采集端：用于检测运动员的运动速度；
所述同步发送控制端与高速相机采集端、激光测速采集端通过低功耗Lora无线连接，所述同步发送控制端通过无线方式对所述高速相机采集端与所述激光测速采集端进行参数配置，同步信号的生成与触发。
2.根据权利要求1所述的运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，所述同步器发送控制端包括：
电脑上位机：用于完成无线同步装置的参数配置及采集数据的处理；
同步发送控制器：用于完成触发信号采集与同步信号的无线发送；
所述电脑上位机与所述同步发送控制器通过USB口连接与通信。
3.根据权利要求1所述的运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，所述高速相机采集端包括：
同步接收控制器：用于接收同步发送控制器发送的配置信息；
高速相机：用于拍摄运动员的姿态动作；
图像存储器：用于保存采集的图像数据；
所述同步接收控制器与所述高速相机通过网口连接，所述同步接收控制器与所述图像存储器通过UART口连接。
4.根据权利要求1所述的运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，所述激光测速采集端包括：
同步接收控制器：用于接收同步发送控制器发送的配置信息；
激光测速仪：用于采集速度参数；
测速仪数据存储器：用于保存所采集的速度数据；
所述同步接收控制器与所述激光测速仪通过UART串口连接，所述同步接收控制器与所述测速仪数据存储器通过USB口连接。
5.根据权利要求2所述的运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，所述同步发送控制器的工作流程包括以下步骤：
S2.1、系统初始化：包括系统上电、处理器初始化、无线模块初始化；
S2.2、与所述同步接收控制器建立连接；
S2.3、同步发送控制器发送同步配置数据到同步接收控制器，同步接收控制器配置好同步器参数后，返回同步发送控制器确认信息，则同步器配置成功；若同步接收控制器未返回确认信息，则继续执行步骤S2.3；
S2.4、同步发送控制器启动外部触发中断，进入等待状态，当同步发送控制器检测到外部触发信号时，首先判断是触发启动信号还是触发停止信号，若是触发启动信号，则进行步骤S2.5，若是触发停止信号，则进行步骤S2.6，若是无效信号，继续执行步骤S2.4；
S2.5、同步发送控制器发送同步启动信号给同步接收控制器，发送完毕后，则执行下一步骤，若没有发送完毕，则继续发送；
S2.6、同步发送控制器发送同步停止信号给同步接收控制器，发送完毕后，转到步骤S2.4，若没有发送完毕，则继续发送。
6.根据权利要求3或4所述的运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，所述同步接收控制器的工作流程为：
S3.1、系统初始化：包括系统上电、处理器初始化、无线模块初始化、存储器模块初始化；
S3.2、与同步发送控制器建立连接，若连接成功，则进行下一步，若连接失败，则继续执行步骤S3.2；
S3.3、同步发送控制器接收同步配置器数据；
S3.4、同步接收控制器接收同步发送控制器发送的同步器启动信号，并判断接收的数据是触发启动信号还是触发停止信号，若是触发启动信号，则执行步骤S3.5；若是触发停止信号，则转到步骤S3.6；若是无效信号，则继续执行步骤S3.4；
S3.5、输出脉冲：同步接收控制器接收到所述触发启动信号，开启定时器，输出脉冲，控制所述高速相机与激光测速仪采集数据，当所述定时器为零时，脉冲输出完毕，采集停止；
S3.6、脉冲停止：当同步接收控制器接收到触发停止信号时，脉冲停止输出，采集停止，执行步骤S3.4。
7.根据权利要求6所述的运动员姿态采集无线同步装置，其特征在于，所述同步发送控制器接收同步配置器数据包括：
S3.31、保存接收到的数据并进行判断：若所接收到的数据第一个字符为“S”，则继续执行下一步，若所接收到的数据第一个字符不是“S”，则为错误指令，继续执行步骤S3.31；
S3.32、设置脉冲频率：提取字符“S”后面七位ASCII码，代表了频率的具体数值，配置同步器频率；
S3.33、设置脉冲长度：提取“S”后第八位到第十九位ASCII码，代表持续时间长度的具体数值，配置同步器保持时长；若数值均为0，表示脉冲一直持续，直到收到脉冲停止信号，配置完成后执行步骤S3.4，所述同步接收控制器参数配置成功后，向同步发送控制器发送配置成功确认信息。
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