專利名稱：射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子類，特別是涉及一種以射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的瞬時(shí)心率、動(dòng)作視頻、靶視頻、弓應(yīng)變、 箭初速、撒放時(shí)間、風(fēng)速、氣溫等若干關(guān)鍵參數(shù)作為實(shí)時(shí)同步檢測(cè)對(duì)象的系統(tǒng)或者設(shè)備。
背景技術(shù)：
射箭運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)員借助弓的彈力、有控制地瞄準(zhǔn)一定方向或目標(biāo)，在一定距離內(nèi)比賽準(zhǔn)確性或比賽遠(yuǎn) 度的競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。在具有悠久射箭歷史的中國(guó)，現(xiàn)代射箭運(yùn)動(dòng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是中國(guó)女子 射箭隊(duì)己跨入世界先進(jìn)射箭隊(duì)伍行列。如今，中國(guó)射箭運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)瞄向了奧運(yùn)會(huì)金牌。為獲得成功，必須 注重科學(xué)訓(xùn)練、在精度上下功夫。檢測(cè)監(jiān)控手段是科學(xué)訓(xùn)練中的"眼睛"，是發(fā)現(xiàn)、調(diào)控與提高的關(guān)鍵。 檢測(cè)己經(jīng)成為射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中急需研究的重要課題。
歐美國(guó)家在射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中使用檢測(cè)技術(shù)較早，涉及的種類也比較多，形成了一批論文、論著、專利 和產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、北京體育大學(xué)、成都體育學(xué)院等高等院校和國(guó)家隊(duì)、北京隊(duì)、山東隊(duì)、四川 隊(duì)等專業(yè)射箭運(yùn)動(dòng)隊(duì)先后進(jìn)行了視頻、心率、自動(dòng)報(bào)靶、肌電與腦電的檢測(cè)、瞄點(diǎn)追蹤和弓的振動(dòng)檢測(cè)等 方面的研究與應(yīng)用，取得了有益的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，加深了對(duì)射箭運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有相當(dāng) 的啟發(fā)作用。但在實(shí)際使用中常常感到一些制約。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面檢測(cè)設(shè)備功能簡(jiǎn)單，參數(shù)單 一或較少，不能反映眾多相關(guān)參數(shù)的互相作用；參數(shù)檢測(cè)不能同步進(jìn)行，所測(cè)參數(shù)無(wú)法關(guān)聯(lián)；由于系統(tǒng)架 構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，不能便捷地對(duì)其擴(kuò)充以增強(qiáng)系統(tǒng)功能；檢測(cè)設(shè)備龐雜、連線雜亂，不便于在訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)使用； 實(shí)時(shí)性差，不能準(zhǔn)確反映參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化情況自動(dòng)化程度不高，操作繁瑣。
當(dāng)前，射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練檢測(cè)技術(shù)正朝著多參數(shù)、同步、實(shí)時(shí)、無(wú)線、網(wǎng)絡(luò)化、架構(gòu)開(kāi)放、輕便的方向發(fā) 展，以適應(yīng)在射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中研究與應(yīng)用的需要。
在射準(zhǔn)射箭運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員瞄準(zhǔn)目標(biāo)拉弓放箭，其著靶點(diǎn)的準(zhǔn)確性主要與以下三個(gè)方面的因素有關(guān) 運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作水平、生理因素、心理因素等；弓的彈性、平衡性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特性；箭的平衡性、 穩(wěn)定性和一致性；靶子的規(guī)范性等；場(chǎng)地上的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、能見(jiàn)度、光照度、大氣壓、空氣 粘度、地磁等。這些因素彼此關(guān)聯(lián)、交互作用，影響著運(yùn)動(dòng)員的判斷與動(dòng)作、箭飛行姿態(tài)與軌跡，從而影 響著箭的著靶點(diǎn)及其分布，最終決定了運(yùn)動(dòng)成績(jī)。在奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的賽場(chǎng)上，高手林立，競(jìng)爭(zhēng)激烈，一 絲一毫的影響都可能導(dǎo)致排名的顯著變化。因此，采用電子檢測(cè)技術(shù)獲得射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的各種因素的定 量描述——即參數(shù)，對(duì)于深入研究其對(duì)射箭成績(jī)的交互影響、揭示射箭運(yùn)動(dòng)規(guī)律、為教練員和運(yùn)動(dòng)員科學(xué) 訓(xùn)練提供實(shí)證依據(jù)具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
由于實(shí)際存在著多種影響射箭運(yùn)動(dòng)成績(jī)的因素，而且各種因素有相互作用、運(yùn)動(dòng)員對(duì)不同影響因素的 適應(yīng)能力因人而異，為了對(duì)各影響因素進(jìn)行解耦，讓運(yùn)動(dòng)員高效地習(xí)得適合個(gè)體自身的反饋控制模式與調(diào) 節(jié)靈敏度，必須在訓(xùn)練中對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行同步檢測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了定量研究影響射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練成績(jī)的若干因素及其相互作用關(guān)系，通過(guò)査閱文獻(xiàn)與實(shí)地考察等調(diào)研 方法，本實(shí)用新型確定了以射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的瞬時(shí)心率、動(dòng)作視頻、靶視頻、弓應(yīng)變、箭初速、撒放時(shí)間、 風(fēng)速、氣溫等若干關(guān)鍵參數(shù)作為實(shí)時(shí)同步檢測(cè)對(duì)象，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的檢測(cè)電路、處理電路與通訊電路， 構(gòu)建了適合于射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)使用的輕便式開(kāi)放架構(gòu)的無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，在中國(guó)射箭運(yùn)動(dòng)隊(duì)、北京射箭運(yùn)動(dòng)隊(duì)和山東射箭運(yùn)動(dòng)隊(duì)進(jìn)行了實(shí)地檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，系統(tǒng)成功地檢測(cè)了教練員、運(yùn)動(dòng)員普遍關(guān)心的撒放時(shí)間、箭速度、 中靶點(diǎn)與成績(jī)等多個(gè)參數(shù)并定義推算了拉弓功率、"力時(shí)積"和細(xì)化環(huán)數(shù)等若干導(dǎo)出參數(shù)。通過(guò)軟件對(duì)這 些數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)了一些參數(shù)的特殊性質(zhì)，如中靶點(diǎn)在水平方向和垂直方向上偏差分布不對(duì)稱等等， 還發(fā)現(xiàn)了一些參數(shù)之間的相互作用關(guān)系及其定量解析式，如撒放時(shí)間對(duì)中靶點(diǎn)與成績(jī)的影響等等。
此射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)τ?xùn)練過(guò)程進(jìn)行定量實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄，為深化認(rèn)識(shí)訓(xùn)練過(guò) 程和情景再現(xiàn)研究提供科學(xué)技術(shù)保障。在大量數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)分析，可以找出諸多因 素交叉促進(jìn)和制約作用的一般規(guī)律，為科學(xué)訓(xùn)練提供實(shí)證依據(jù)。系統(tǒng)提交的檢測(cè)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果有助于量 化反映訓(xùn)練狀況、個(gè)體特征和階段特征，便于協(xié)助教練員、運(yùn)動(dòng)員找出射箭訓(xùn)練中的潛在突破點(diǎn)。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是 一，多種參數(shù)的采集與計(jì)算處理，涉及到電子技術(shù)、傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、 通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、信號(hào)處理技術(shù)和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)等多個(gè)學(xué)科門(mén) 類。二，系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)多、內(nèi)容豐富。在初期實(shí)驗(yàn)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、電路制作、程序編制和數(shù)據(jù)分析等方面是 許多前人未有檢測(cè)過(guò)的參數(shù)及未嘗試過(guò)的檢測(cè)方法。三，要對(duì)眾多參數(shù)檢測(cè)而不妨礙訓(xùn)練，則要求系統(tǒng)集 成度高，得以輕便；帶寬大，得以高速傳輸大量信息，保障實(shí)時(shí)同步的需要；可靠性高，得以克服互相串 擾。
本實(shí)用新型功能模塊包括以下幾個(gè)部分信息采集部分，針對(duì)著靶位置、射手的動(dòng)作、瞬時(shí)心率、箭 速、弓應(yīng)變、風(fēng)向、風(fēng)、速、溫度等信息，選用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞑⒃O(shè)計(jì)相應(yīng)電子電路；信息傳輸部分，將各傳 感器的電信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換再傳輸給計(jì)算機(jī)；信息處理部分，主要是處理所采集的信息——技術(shù)動(dòng)作、靶 面成績(jī)、心率、拉力、箭速、風(fēng)速等，計(jì)算、分析統(tǒng)計(jì)規(guī)律、整合、保存；信息管理部分，主要是射手基 本信息管理、訓(xùn)練信息管理、比賽信息管理；軟件界面部分，編程實(shí)現(xiàn)面向教練員與運(yùn)動(dòng)員的、易操作人 機(jī)交互界面，如身份識(shí)別、操作授權(quán)管理等，按照訓(xùn)練學(xué)原理析出教練員與運(yùn)動(dòng)員實(shí)際需要的信息并以合 適的形式輸出，供教練員和運(yùn)動(dòng)員在改進(jìn)訓(xùn)練以提高運(yùn)動(dòng)水平時(shí)作為客觀的參考依據(jù)。
本實(shí)用新型的硬件包括微型計(jì)算機(jī)，攝像頭，視頻切換電路，字符視頻疊加電路，視頻采集卡，無(wú) 線心率接收，應(yīng)變測(cè)量電路，風(fēng)速測(cè)量電路，箭速測(cè)量電路，撒放時(shí)間測(cè)量電路，單片機(jī)電路1，單片機(jī) 電路2，無(wú)線數(shù)傳電路，其連接關(guān)系如圖1所示。視頻采集卡采用PCMCIA接口，單片機(jī)1采用uPD6450' 芯片，單片機(jī)2采用51單片機(jī)核，以及基于nRF9E5的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，如圖2、 4所示。
本實(shí)用新型利用視頻圖像和計(jì)算機(jī)軟件、硬件實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)的半自動(dòng)報(bào)靶(分辨率達(dá)0.05環(huán)以上精 度)，并記錄下了每一支箭的中靶位置(中靶位置在迪卡爾坐標(biāo)系中標(biāo)定，以靶心為原點(diǎn)，水平方向?yàn)閄 軸，靶面垂直線為Y軸，記錄環(huán)數(shù)和X、 Y坐標(biāo))，繼而運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法，對(duì)每一支中靶的箭進(jìn)行位置分 解，可以描述出運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作技術(shù)的穩(wěn)定程度，為有目的的改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作提供依據(jù)。運(yùn)用這一方法定期跟 蹤測(cè)試，還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)提高和改進(jìn)的程度進(jìn)行精確的評(píng)價(jià)和認(rèn)定。


圖1系統(tǒng)基本硬件框架
圖2視頻采集系統(tǒng)的原理框圖
圖3應(yīng)變片式位移傳感器 -圖4弓應(yīng)變、撒放時(shí)間與箭初速檢測(cè)電路框圖
具體實(shí)施方式
在心電探測(cè)頭內(nèi)，心電電極把采集到的心臟搏動(dòng)的微弱電信號(hào)進(jìn)行處理，包括對(duì)接收到的心電信號(hào)進(jìn) 行放大、濾波、R波處理、脈沖整形和調(diào)制，然后把處理后的信號(hào)發(fā)送到無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。它對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，得到脈沖間期，再通過(guò)由nRF9E5組成的無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送出去。弓應(yīng)變、速度、撒放時(shí) 間的數(shù)據(jù)從弓上無(wú)線傳送至PC側(cè)。
在弓片內(nèi)側(cè)根部貼裝電阻應(yīng)變片，經(jīng)導(dǎo)線連接至檢測(cè)電路，電阻應(yīng)變片外封膠保護(hù)。射箭時(shí)，推弓勾 弦將使弓片產(chǎn)生應(yīng)變，從而引起電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生相應(yīng)變化，在橋路上產(chǎn)生相應(yīng)變化的電壓，等時(shí)間間 隔對(duì)此電壓進(jìn)行放大采集，即可描記弓片應(yīng)變曲線。事實(shí)上，根據(jù)運(yùn)動(dòng)員放箭過(guò)程用時(shí)和其變化率情況， 本系統(tǒng)每秒采集10次。在弓的響片下部和響片外側(cè)各安放一個(gè)傳感器，響片下落時(shí)，位于響片下端的傳 感器被觸發(fā)并記錄此時(shí)刻；撒放后箭頭通過(guò)響片外側(cè)傳感器時(shí)被觸發(fā)且記取第二時(shí)刻，兩個(gè)時(shí)刻之差即為 從響片觸發(fā)到撒放的時(shí)間(實(shí)際上，撒放時(shí)間會(huì)略小于這個(gè)測(cè)試結(jié)果，因?yàn)槿龇藕蠹^到檢測(cè)傳感器有大 約2厘米的距離也包括在內(nèi))。在弓的前端安放了一個(gè)傳感器，撒放后箭頭箭尾依次通過(guò)該傳感器，分別 檢測(cè)出箭前端和末端到達(dá)傳感器的時(shí)刻，由于箭的長(zhǎng)度是已知的，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算就得到了這一段行程上的 平均速度。這個(gè)參數(shù)表示箭通過(guò)傳感器的平均速度，不代表箭離弓時(shí)的初速度，但和初速度有一定的關(guān)聯(lián)。 確切數(shù)據(jù)可以在定標(biāo)后獲得，或使用雷達(dá)測(cè)得。
在箭靶前安放一個(gè)攝像傳感器，箭射出后，攝像傳感器將箭靶的圖像傳送至計(jì)算機(jī)并在屏幕上顯示， 此時(shí)由操作者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖像上的中靶點(diǎn)，即可自動(dòng)計(jì)算出中靶點(diǎn)的坐標(biāo)和成績(jī)及細(xì)化成績(jī)，并可以在計(jì) 算機(jī)上重構(gòu)畫(huà)面。在運(yùn)動(dòng)員的側(cè)面安放一個(gè)小型攝像傳感器，在射箭過(guò)程中，攝像傳感器將運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作 圖像傳送至計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示和視頻壓縮保存。
權(quán)利要求1. 一種射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，是以射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的瞬時(shí)心率、動(dòng)作視頻、靶視頻、弓應(yīng)變、箭初速、撒放時(shí)間、風(fēng)速、氣溫共八個(gè)參數(shù)作為實(shí)時(shí)同步檢測(cè)對(duì)象的系統(tǒng)，它的特征是動(dòng)作視頻攝像頭和靶視頻攝像頭通過(guò)視頻切換電路、AV端子連接到單片機(jī)電路1上，單片機(jī)電路1整合字符視頻疊加電路以及無(wú)線信號(hào)經(jīng)單片機(jī)電路2處理后傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，然后連接視頻采集卡，通過(guò)PCMCIA接口連接到微型計(jì)算機(jī)上。
2. 按照權(quán)利要求1所述的射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，它的特征是視頻采集卡采用PCMCIA接 口，單片機(jī)電路1采用uPD6450芯片，單片機(jī)電路2采用51單片機(jī)核，以及基于nRF9E5的無(wú)線數(shù)據(jù) 傳輸模塊。
專利摘要一種以射箭運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的瞬時(shí)心率、動(dòng)作視頻、靶視頻、弓應(yīng)變、箭初速、撒放時(shí)間、風(fēng)速、氣溫共八個(gè)參數(shù)作為實(shí)時(shí)同步檢測(cè)對(duì)象的系統(tǒng)，包括微型計(jì)算機(jī)、攝像頭、視頻切換電路、字符視頻疊加電路、視頻采集卡、無(wú)線心率采集、應(yīng)變測(cè)量電路、風(fēng)速測(cè)量電路、箭速測(cè)量電路、撒放時(shí)間測(cè)量電路、單片機(jī)電路1、單片機(jī)電路2、無(wú)線數(shù)傳電路，它們的連接關(guān)系如說(shuō)明書(shū)附圖之圖1所示。視頻采集卡采用PCMCIA接口，單片機(jī)1采用uPD6450芯片，單片機(jī)2采用8051芯片，以及基于nRF9E5的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊?？梢悦枋龀鲞\(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作技術(shù)的穩(wěn)定程度，還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)提高和改進(jìn)的程度進(jìn)行精確的評(píng)價(jià)和認(rèn)定。
文檔編號(hào)G01D21/02GK201269764SQ20082011861
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者王培勇 申請(qǐng)人:王培勇