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面向體育訓(xùn)練的基于壓力傳感可穿戴運(yùn)動分析設(shè)備

作者:張?jiān)?鐘曉輝 陳宇 時(shí)間:2015-04-30 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  1 設(shè)計(jì)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/273449.htm

  該設(shè)備主要由壓力和一臺手機(jī)組成,通過壓力采集足底壓力數(shù)據(jù),由發(fā)送至手機(jī),并在手機(jī)端完成數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算。從實(shí)現(xiàn)的功能角度看,該設(shè)備主要具有以下功能。

  1.1 步態(tài)識別

  步態(tài)識別是該設(shè)備的亮點(diǎn)之一。在運(yùn)動場上,教練可以了解運(yùn)動員的運(yùn)動狀態(tài),以更好地分析和記錄特定運(yùn)動員的運(yùn)動傾向和技術(shù)特點(diǎn)。通過置于鞋墊處的壓力返回的壓力信號,提取壓力信號時(shí)域和頻域的特征,采用模式識別中的決策樹算法,可以準(zhǔn)確地識別出運(yùn)動員當(dāng)前的步態(tài),包括走、跑、跳、站立等。

  1.2 計(jì)步和運(yùn)動距離、卡路里分析計(jì)算

  相比于其他的計(jì)步器的實(shí)現(xiàn)方法,從腳底的壓力信號作為計(jì)步依據(jù)可以得到更為可靠的運(yùn)動員運(yùn)動步數(shù)。

  作為教練,除了要了解運(yùn)動員的技術(shù)特點(diǎn),更重要的是掌握場上運(yùn)動員的身體狀況和體能消耗情況。要了解場上球員的身體狀況,可以通過步數(shù)、跑動路程和卡路里消耗量進(jìn)行衡量?;诓綉B(tài)識別和計(jì)步功能,可以很好地完成運(yùn)動距離和卡路里的估算。通過這一系列的數(shù)據(jù),教練可以對場上運(yùn)動員的身體狀況了如指掌,有助于更好地控制運(yùn)動員的運(yùn)動量。

  1.3 足底壓力反饋和報(bào)警

  對于競走等一類對技術(shù)動作要求比較高的運(yùn)動來說,運(yùn)動動作的標(biāo)準(zhǔn)與否直接影響比賽的成績。在訓(xùn)練和教學(xué)的過程中,教練往往需要耗費(fèi)較大的精力糾正運(yùn)動員的動作,而且也很難使運(yùn)動員掌握競技技巧。而足底壓力分布能夠體現(xiàn)運(yùn)動員的動作特征。分析運(yùn)動員足底壓力的分布,有助于教練糾正和提高運(yùn)動員的運(yùn)動習(xí)慣和競技水平。采用醫(yī)學(xué)步態(tài)學(xué)科中壓力中心軌跡的概念實(shí)現(xiàn)運(yùn)動傷害預(yù)警,防止運(yùn)動傷害事故的發(fā)生。

  1.4 休眠喚醒和無線充電

  作為一個(gè)可,一個(gè)很重要的指標(biāo)就是功耗。該設(shè)備在設(shè)計(jì)的過程中已經(jīng)考慮到了這個(gè)約束,并且針對功耗做出了兩個(gè)方面的優(yōu)化。采用毫瓦級儀器儀表芯片作為控制器,設(shè)置休眠喚醒功能,可自動檢測設(shè)備空載情況或者人工通過客戶端要求進(jìn)入休眠狀態(tài),以節(jié)省電量,在需要工作的時(shí)候重新喚醒單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài);另一方面是無線充電,當(dāng)一次運(yùn)動完成后,將設(shè)備直接放在鞋架上即可對設(shè)備進(jìn)行充電,方便可靠。

  2 硬件

  2.1 概覽:功能與指標(biāo)

  設(shè)備主要使用了德州儀器的MSP430G2553處理器的LaunchPad板、4.0模塊、無線充電模塊、智能手機(jī)終端等設(shè)備。

  該設(shè)備的功能是完成鞋墊上3個(gè)FSR壓力傳感器的壓力采集,采樣間隔為50ms,通過將數(shù)據(jù)發(fā)送到安卓手機(jī)進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)的功能包括輸出壓力示意圖,壓力值、壓力中心、計(jì)步、運(yùn)動狀態(tài)識別、卡路里估算、運(yùn)動距離估算、報(bào)警、作曲線圖等。電池采用可充電3.6V鋰電池LI2302。采用先進(jìn)的強(qiáng)磁耦合無線充電技術(shù),效率高,充電快,效果好。

  2.2 實(shí)現(xiàn)原理

  圖1所示為本實(shí)用新型可的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,該設(shè)備包括三片薄膜壓力傳感器,一個(gè)MSP430G2553單片機(jī),一個(gè)超低功耗藍(lán)牙模塊和一個(gè)手機(jī)。其中箭頭方向?yàn)樾畔⒌膫鬟f方向。示意圖中的所有設(shè)備均由3.6V可充電鋰電池供電,該電池連有無線充電接收線圈電路。充電示意圖如圖2。

  2.2.1 傳感器

  薄膜壓力傳感器是安裝在鞋墊上的不同位置,負(fù)責(zé)采集用戶腳底各個(gè)點(diǎn)的受力信息。當(dāng)用戶穿上配有該鞋墊的鞋子,踩在傳感器上的時(shí)候,相應(yīng)地會引起傳感器設(shè)備阻值的變化,將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號,送入單片機(jī)中,完成數(shù)據(jù)采集的工作。


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