CN106310637A - 一种运动监控方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种运动监控方法及其设备，实现在篮球或足球运动时，实时采集并记录运动员状态、位置、加速度、心率等信息,并通过无线发射出去，从而方便教练员对运动员信息进行分析和评估。它包括主处理模块、存储模块、无线通讯模块、GPS/北斗定位模块、电源管理模块、USB接口模块和无线定位模块等；由加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器、蓝牙模块实时采集运动员状态、加速度、角速度、心率等信息，经主处理模块处理后写入存储模块；同时经主处理模块处理后信息由无线通讯模块发射给外部无线移动通讯基站。本发明采用传感器技术、检测技术、无线传输技术等，能够对运动员的运动训练过程中的速度、加速度、角速度、方向、心率等信息进行实时监测。

Description

一种运动监控方法及其设备

技术领域

本发明属于体育运动监控应用领域，具体是涉及一种对篮球或足球专业运动员运动过程进行监控的方法及其设备。

背景技术

篮球或足球运动，是一项广泛体育运动项目，在活动过程中具有高强度、大负荷的显著特点，要求运动员在比赛过程中，通过发挥个人和集体整体技战术能力和水平，达到战胜对手的目的。因此，如何通过科学的系统化训练提高整体技术能力，是提高篮球或足球运动整体技战术能力和运动员专项能力的关键。对于如何量化篮球或足球运动运动强度和负荷这个核心训练问题，目前没有有效合理的解决方法。

国际上，通过不同的专项设备对运动员的训练进行量化和分析成为一种必然趋势。在国内，由于早期国家在体育产业投入不足，广泛的体育训练往往靠教练员一双眼睛一支笔进行判断，无法准确判断运动员当前实际状态，不利于运动员能力提升和运动训练效果评价；伴随着体育产业的发展得到国家各个层面的高度重视，以及科学技术的快速发展，国内高技术体育设备的研发处于加速追赶状态，特别是对运动员训练信息采集、记录及分析逐渐受到重视。

发明内容

本发明的目的是就是通过研制一种运动监控方法及其设备，实现在篮球或足球运动时，实时采集并记录运动员状态、位置、加速度、心率等信息,并通过无线发射出去，从而方便教练员对运动员信息进行分析和评估，制定针对性训练计划，提高运动训练效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种运动监控的设备，即为运动监控终端，它包括主处理模块、存储模块、无线通讯模块、GPS/北斗定位模块、电源管理模块、加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器、信号调理模块、蓝牙模块、USB接口模块和无线定位模块；其中存储模块、无线通讯模块、GPS/北斗定位模块、电源管理模块、信号调理模块、蓝牙模块、USB接口模块、无线定位模块与主处理模块相连接；加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器与信号调理模块相连接；蓝牙模块与外部心率采集模块相连接；USB接口模块，在设备存储数据导出时，通过USB线缆与外部分析终端相连接；无线通讯模块通过无线方式与外部移动无线通讯基站相连接；

所述的GPS/北斗定位模块，用于获取运动员的实时经度、纬度和速度信息，同时获取GPS/北斗时钟信息，并发送给主处理模块；

所述蓝牙模块，用于外部心率传感器建立通信连接，接收外部心率传感器发送的心率信息并发送给主处理模块；

所述加速度传感器，用于采集运动员的加速度信息并发送给信号调理模块；

所述方向传感器，用于采集运动员的角速度信息并发送给信号调理模块；

所述磁感应传感器，用于采集运动员的动作方向信息并发送给信号调理模块；

所述信号调理模块，用于将加速度传感器输出信号、方向传感器输出信号、磁感应传感器输出信号进行放大、滤波及二次放大补偿处理后，发送给主处理模块；

所述主处理模块，用于接收GPS/北斗定位模块、蓝牙模块、信号调理模块发送的信号并进行处理，经处理后数据写入存储模块，同时通过无线通讯模块将采集到的信息发送至外部移动无线通讯基站；

所述存储模块，用于存储运动员运动过程中的采集原始数据和设备参数设置信息；

所述USB接口模块，用于存储数据导出；

所述无线定位模块，用于向外部定位模块发送实时定位脉冲信号；

所述电源管理模块，用于设备内部各模块电源供电管理、电池供电；

所述无线通讯模块，用于接收主处理模块发送数据，并发送给外部移动无线通讯基站。

所述的运动监控终端，是一种小型化便携式设备，能够通过臂带或背带固定在人体某个部位。

所述无线通讯模块、无线定位模块的天线均为内置天线；所述无线通讯模块天线采用PCB布线，所述无线定位模块采用陶瓷天线。

所述电源管理模块，包含电池、电源放电管理；其中电池用于设备供电，电源放电管理用于设备各模块放电控制和管理。

所述加速度传感器采用三轴加速度传感器，测量人体运动空间矢量的加速度，依据此加速度可反应运动员加速快慢；所述方向传感器采用三轴陀螺仪；所述磁感应传感器采用三轴磁感应传感器。

一种运动监控的方法，它包含如下步骤：

①、由加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器采集运动员的加速度信息、角速度信息和运动方向信息，然后送入信号调理模块进行处理；通过蓝牙模块获取心率传感器采集的运动员心率信息；通过无线定位模块获取运动员位置信息；

②、送入信号调理模块信息，经过信号放大、滤波处理，获取实际的加速度信息和角速度信息；

③、由主处理模块对采集加速度信息、角速度信息、运动方向信息和运动员位置信息进行处理，并以GPS/北斗定位模块获取设备时间为基准，对采集信息加上时间戳后写入存储模块；同时主处理模块经处理后信息传输至无线通讯模块，由无线通讯模块将发射给外部移动无线通讯基站；

④、存储在存储模块数据，通过USB接口导出至外部分析终端；

⑤、电源管理模块，通过运动员运动状态控制各模块电源供电。

步骤1中，所述加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器，通过将运动监控装置固定在运动员某一个部位，运动员训练时获取动作信号；所述蓝牙模块，通过与心率传感器内置蓝牙模块建立通信连接，通过人工设置后，使用时进行设备之间自动配对；所述无线定位模块，通过实时与外部定位设备建立通信连接，获取设备位置信息。

步骤2中，所述信号调理模块，对接收加速度信号、角速度信号、方向信号进行放大，然后由滤波电路对采集干扰信号进行滤波，经滤波后信号进行二次还原放大处理后，送入主处理模块进行处理。

步骤3中，所述主处理模块，根据接收加速度信号、角速度信号，计算运动员在训练过程中所述加速度随时间的变化率信息；根据运动员动作过程中加速度随时间的变化率信息，计算运动员动作的起始时间、动作的完成时间；根据运动方向信号，计算运动员动作方向；以GPS/北斗定位模块获取的时间为基准，采集运动员的动作信息；根据运动员位置信号、加速度信号、角速度信号、运动方向信号，进行综合分析计算运动员位移和负荷；所述无线通讯模块与外部移动无线通讯基站之间采用802.15.4通讯协议进行通讯。

步骤4中，所述存储模块，用于存储主处理模块写入原始数据；当运动监控终端与外部移动无线通讯基站通信连接中断时，存储模块存储数据通过USB接口导入到外部分析终端；数据导出方法为，运动监控终端与外部分析终端通过USB线缆连接，外部分析终端自动识别运动监控终端设备，通过软件人工确认读取运动监控终端存储的数据。

步骤5中，所述电源管理模块，包括电池和电源管理；所述电池用于设备的供电；所述电源管理，一是根据运动员采集的加速度信息分析运动员是否处于运动训练状态，并根据运动员是否处于训练状态，控制电源模块的各路电源的输出，已达到训练和设备节电相结合目的；二是电源管理模块实时监测电池电量信息，当电池电量信息低于设定告警下限值，自动提示声光告警，低于极限值时自动切断电源输出。

采用上述技术方案的本发明，它具有以下优点：

(1)本发明采用传感器技术、心率检测技术、无线传输技术、定位技术等，能够对篮球或足球运动员的运动训练过程中的速度、加速度、角速度、方向、运动距离、心率等信息进行实时监测；

(2)本发明采用便携式设备，可以通过臂带或背带固定在人体某个部位。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的数据采集处理流程图。

图3为本发明的数据导出流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。但是本发明并不仅仅限于这些实施例。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”“包含”等类似词语应当解释为包含的含义，而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，该运动监控装置主要包括：主处理模块101、加速度传感器102、方向传感器103、磁感应传感器104、信号调理模块105、蓝牙模块106、电源管理模块107、存储模块108、GPS/北斗通讯模块109、USB接口模块110、无线定位模块111和无线通讯模块112；

所述存储模块108、无线通讯模块112、GPS/北斗定位模块109、电源管理模块107、信号调理模块105、蓝牙模块106、USB接口模块110、无线定位模块111与主处理模块101相连接；加速度传感器102、方向传感器103、磁感应传感器104与信号调理模块105相连接；蓝牙模块106通过无线方式与外部心率采集模块相连接；USB接口模块110，在设备存储数据导出时，通过USB线缆与外部分析终端相连接；无线通讯模块112通过无线方式与外部移动无线通讯基站相连接；

所述加速度传感器102，用于实时获取运动员训练过程中的加速度信号，并发送至信号调理模块105；

所述方向传感器103，用于实时获取运动员训练过程中的角速度信号，并发送至信号调理模块105；

所述磁感应传感器104，用于采集运动员的动作方向信息并发送给信号调理模块105；

所述信号调理模块105，用于将加速度传感器传输信号、方向传感器传输信号、磁感应传感器采集信号进行放大、滤波及二次放大补偿处理后，并发送给主处理模块101；

所述主处理模块101，用于接收GPS/北斗定位模块109、蓝牙模块106、信号调理模块105发送的信号并进行处理，经处理后数据写入存储模块108；同时，主处理模块101经处理后数据通过无线通讯模块112将采集到的信息发送至外部移动无线通讯基站；

所述的GPS/北斗定位模块109，用于获取运动员的实时经度、纬度和速度信息，同时获取GPS/北斗时钟信息，并发送给主处理模块；

所述存储模块108，用于存储运动员运动过程中的采集原始数据和设备参数设置信息；

所述USB接口模,110，用于存储数据导出和设备充电；

所述无线定位模块111，用于向外部定位模块发送实时定位脉冲信号；

所述蓝牙模块106，用于外部心率传感器建立通信连接，接收外部心率传感器发送的心率信息并发送给主处理模块；

所述电源管理模块107，用于设备内部各模块电源供电管理、电池供电；

所述无线通讯模块112，用于接收主处理模块101发送数据并发送给外部移动无线通讯基站。

所述的运动监控终端，是一种小型化便携式设备，能够通过臂带或背带固定在人体某个部位。

所述无线通讯模块112、无线定位模块111的天线均为内置天线；所述无线通讯模块天线采用PCB布线，所述无线定位模块采用陶瓷天线。

所述电源管理模块107，包含电池、电源放电管理；其中电池用于设备供电，电源放电管理用于设备各模块放电控制和管理。

所述加速度传感器102采用三轴加速度传感器，测量人体运动空间矢量的加速度，依据此加速度可反应运动员加速快慢；所述方向传感器103采用三轴陀螺仪；所述磁感应传感器104采用三轴磁感应传感器。

如图2所示，一种运动监控的方法，它包含如下步骤：

①、由加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器采集运动员的加速度信息、角速度信息和运动方向信息，然后送入信号调理模块进行处理；通过蓝牙模块获取心率传感器采集的运动员心率信息；通过无线定位模块获取运动员位置信息；

②、送入信号调理模块信息，经过信号放大、滤波处理，获取实际的加速度信息和角速度信息；

③、由主处理模块对采集加速度信息、角速度信息、运动方向信息和运动员位置信息进行处理，并以GPS/北斗定位模块获取设备时间为基准，对采集信息加上时间戳后写入存储模块；同时主处理模块经处理后信息传输至无线通讯模块，由无线通讯模块将发射给外部移动无线通讯基站；

④、存储在存储模块数据，通过USB接口导出至外部分析终端；

⑤、电源管理模块，通过运动员运动状态控制各模块电源供电。

步骤1中，所述加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器，通过将运动监控装置固定在运动员某一个部位，运动员训练时获取动作信号；所述蓝牙模块，通过与心率传感器内置蓝牙模块建立通信连接，通过人工设置后，使用时进行设备之间自动配对；所述无线定位模块，通过实时与外部定位设备建立通信连接，获取设备位置信息。

步骤2中，所述信号调理模块，对接收加速度信号、角速度信号、方向信号进行放大，然后由滤波电路对采集干扰信号进行滤波，经滤波后信号进行二次还原放大处理后，送入主处理模块进行处理。

步骤3中，所述主处理模块，根据接收加速度信号、角速度信号，计算运动员在训练过程中所述加速度随时间的变化率信息；根据运动员动作过程中加速度随时间的变化率信息，计算运动员动作的起始时间、动作的完成时间；根据运动方向信号，计算运动员动作方向；以GPS/北斗定位模块获取的时间为基准，采集运动员的动作信息；根据运动员位置信号、加速度信号、角速度信号、运动方向信号，进行综合分析计算运动员位移和负荷；所述无线通讯模块与外部移动无线通讯基站之间采用802.15.4通讯协议进行通讯。

步骤4中，所述存储模块，用于存储主处理模块写入原始数据；当运动监控终端与外部移动无线通讯基站通信连接中断时，存储模块存储数据通过USB接口导入到分析终端。

步骤5中，所述电源管理模块，包括电池和电源管理；所述电池用于设备的供电；所述电源管理，一是根据运动员采集的加速度信息分析运动员是否处于运动训练状态，并根据运动员是否处于训练状态，控制电源模块的各路电源的输出，已达到训练和设备节电相结合目的；二是电源管理模块实时监测电池电量信息，当电池电量信息低于设定告警下限值，自动提示声光告警，低于极限值时自动切断电源输出。

如图3所示，数据导出流程为，外部分析终端发送查询指令301，主处理模块收到查询指令后进行数据处理302，打开数据存储303与分析终端之间数据通信连接，运动监控终端存储的数据导出至分析终端。

本发明采用传感器技术、心率检测技术、无线传输技术、定位技术等，能够对篮球或足球运动员的运动训练过程中的速度、加速度、角速度、方向、运动距离、心率等信息进行实时监测。

本发明采用便携式设备，可以通过臂带或背带固定在人体某个部位。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种运动监控方法及其设备，其特征在于，它包括如下步骤：

①、由加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器采集运动员的加速度信息、角速度信息和运动方向信息，然后送入信号调理模块进行处理；通过蓝牙模块获取心率传感器采集的运动员心率信息；通过无线定位模块获取运动员位置信息；

②、送入信号调理模块信息，经过信号放大、滤波处理，获取实际的加速度信息和角速度信息；

③、由主处理模块对采集加速度信息、角速度信息、运动方向信息和运动员位置信息进行处理，并以GPS/北斗定位模块获取设备时间为基准，对采集信息加上时间戳后写入存储模块；同时主处理模块经处理后信息传输至无线通讯模块，由无线通讯模块将发射给外部移动无线通讯基站；

④、存储在存储模块数据，通过USB接口导出至外部分析终端；

⑤、电源管理模块，通过运动员运动状态控制各模块电源供电。

2.根据权利要求1中所述一种运动监控方法及其设备，其特征在于：步骤1中，所述加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器，通过将运动监控装置固定在运动员某一个部位，运动员训练时获取动作信号；所述蓝牙模块，通过与心率传感器内置蓝牙模块建立通信连接，通过人工设置后，使用时进行设备之间自动配对；所述无线定位模块，通过实时与外部定位设备建立通信连接，获取设备位置信息。

3.根据权利要求1中所述一种运动监控方法及其设备，其特征在于：步骤2中，所述信号调理模块，对接收加速度信号、角速度信号、方向信号进行放大，然后由滤波电路对采集干扰信号进行滤波，经滤波后信号进行二次还原放大处理后，送入主处理模块进行处理。

4.根据权利要求1中所述一种运动监控方法及其设备，其特征在于：步骤3中，所述主处理模块，根据接收加速度信号、角速度信号，计算运动员在训练过程中所述加速度随时间的变化率信息；根据运动员动作过程中加速度随时间的变化率信息，计算运动员动作的起始时间、动作的完成时间；根据运动方向信号，计算运动员动作方向；以GPS/北斗定位模块获取的时间为基准，采集运动员的动作信息；根据运动员位置信号、加速度信号、角速度信号、运动方向信号，进行综合分析计算运动员位移和负荷；所述无线通讯模块与外部移动无线通讯基站之间采用802.15.4通讯协议进行通讯。

5.根据权利要求1中所述一种运动监控方法及其设备，其特征在于：步骤4中，所述存储模块，用于存储主处理模块写入原始数据；当运动监控终端与外部移动无线通讯基站通信连接中断时，存储模块存储数据通过USB接口导入到外部分析终端；数据导出方法为，运动监控终端与外部分析终端通过USB线缆连接，外部分析终端自动识别运动监控终端设备，通过软件人工确认读取运动监控终端存储的数据。

6.根据权利要求1中所述一种运动监控方法及其设备，其特征在于：步骤5中，所述电源管理模块，包括电池和电源管理；所述电池用于设备的供电；

所述电源管理，一是根据运动员采集的加速度信息分析运动员是否处于运动训练状态，并根据运动员是否处于训练状态，控制电源模块的各路电源的输出；二是电源管理模块实时监测电池电量信息，当电池电量信息低于设定告警下限值，自动提示声光告警，低于极限值时自动切断电源输出。

7.一种运动监控的设备，即为运动监控终端，它包括主处理模块、存储模块、无线通讯模块、GPS/北斗定位模块、电源管理模块、加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器、信号调理模块、蓝牙模块、USB接口模块和无线定位模块；其中存储模块、无线通讯模块、GPS/北斗定位模块、电源管理模块、信号调理模块、蓝牙模块、USB接口模块、无线定位模块与主处理模块相连接；加速度传感器、方向传感器、磁感应传感器与信号调理模块相连接；蓝牙模块与外部心率采集模块相连接；USB接口模块，在设备存储数据导出时，通过USB线缆与外部分析终端相连接；无线通讯模块通过无线方式与外部移动无线通讯基站相连接；

所述的GPS/北斗定位模块，用于获取运动员的实时经度、纬度和速度信息，同时获取GPS/北斗时钟信息，并发送给主处理模块；

所述蓝牙模块，用于外部心率传感器建立通信连接，接收外部心率传感器发送的心率信息并发送给主处理模块；

所述加速度传感器，用于采集运动员的加速度信息并发送给信号调理模块；

所述方向传感器，用于采集运动员的角速度信息并发送给信号调理模块；

所述磁感应传感器，用于采集运动员的动作方向信息并发送给信号调理模块；

所述信号调理模块，用于将加速度传感器输出信号、方向传感器输出信号、磁感应传感器输出信号进行放大、滤波及二次放大补偿处理后，发送给主处理模块；

所述主处理模块，用于接收GPS/北斗定位模块、蓝牙模块、信号调理模块发送的信号并进行处理，经处理后数据写入存储模块，同时通过无线通讯模块将采集到的信息发送至外部移动无线通讯基站；

所述存储模块，用于存储运动员运动过程中的采集原始数据和设备参数设置信息；

所述USB接口模块，用于存储数据导出；

所述无线定位模块，用于向外部定位模块发送实时定位脉冲信号；

所述电源管理模块，用于设备内部各模块电源供电管理、电池供电；

所述无线通讯模块，用于接收主处理模块发送数据，并发送给外部移动无线通讯基站。

8.根据权利要求7中所述一种运动监控设备，其特征在于：所述的运动监控终端，是一种小型化便携式设备，能够通过臂带或背带固定在人体某个部位。

9.根据权利要求7中所述一种运动监控设备，其特征在于：所述无线通讯模块、无线定位模块的天线均为内置天线；所述无线通讯模块天线采用PCB布线，所述无线定位模块采用陶瓷天线。

10.根据权利要求7中所述一种运动监控设备，其特征在于：所述电源管理模块，包含电池、电源放电管理；其中电池用于设备供电，电源放电管理用于设备各模块放电控制和管理。

11.根据权利要求7中所述一种运动监控设备，其特征在于：所述加速度传感器采用三轴加速度传感器，测量人体运动空间矢量的加速度，依据此加速度可反应运动员加速快慢；所述方向传感器采用三轴陀螺仪；所述磁感应传感器采用三轴磁感应传感器。