本發(fā)明涉及電子與信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，體育運(yùn)動(dòng)趨向社會(huì)化、普及化，體育運(yùn)動(dòng)的競技水平也隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化水平的提高而提高。帆船運(yùn)動(dòng)是一種時(shí)尚而又充滿活力的運(yùn)動(dòng)，帆船運(yùn)動(dòng)以其特有的魅力，越來越受人們的青睞，奧運(yùn)會(huì)的帆船比賽項(xiàng)目也更加豐富多彩。中國奧運(yùn)會(huì)的舉辦將中國的體育運(yùn)動(dòng)事業(yè)推向一個(gè)新的高潮。奧運(yùn)的舉辦不僅產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、文化和社會(huì)效應(yīng)，同時(shí)對我們的服務(wù)水平、服務(wù)裝備、競技裝備等提出了新的要求。要求更多的智能化、信息化、人性化的技術(shù)裝備應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。世界許多國家大力地開發(fā)信息技術(shù)并應(yīng)用在體育運(yùn)動(dòng)上，以此來提高服務(wù)水平，提升競技能力，改進(jìn)訓(xùn)練方法，相應(yīng)的技術(shù)裝備層出不窮。北京申奧成功后，如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是利用現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)來服務(wù)體育運(yùn)動(dòng)變得更加突出。在國外，位列全球?qū)I(yè)帆船賽事三甲的Volvo環(huán)球帆船賽，其比賽中使用的帆船上配備了先進(jìn)的航行設(shè)備，衛(wèi)星定位、視頻攝制和先進(jìn)的聯(lián)絡(luò)通訊系統(tǒng)。奧運(yùn)會(huì)的舉辦極大的推動(dòng)了我國在帆船技術(shù)裝備及訓(xùn)練方式上的研究，我國在的帆船相關(guān)的信息技術(shù)方面的研究也已展開，國內(nèi)已經(jīng)開始出現(xiàn)基于專家系統(tǒng)和Mapx的帆船輔助訓(xùn)練系統(tǒng)的相關(guān)研究。帆船比賽、訓(xùn)練往往在較大的濱海水域內(nèi)進(jìn)行，這樣就給比賽觀看、比賽評判以及教練訓(xùn)練時(shí)帶了一些難題。例如，觀眾一般情況下遠(yuǎn)距離觀察比賽，需要借助望遠(yuǎn)鏡，觀賽效果查；教練指導(dǎo)帆船訓(xùn)練需要借助教練船親臨訓(xùn)練場地進(jìn)行觀察和記錄，教練空間指揮能力有限等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中帆船比賽和訓(xùn)練過程難于觀察記錄的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，包括：風(fēng)速和風(fēng)向測量儀，安裝在帆船船頭；用于測量帆船傾角和帆桿擺角的雙軸傾角傳感器，分別安裝在帆船的船面和帆桿上；用于測量船舵操縱角的轉(zhuǎn)角傳感器，安裝在船舵的固定轉(zhuǎn)軸上；用于測量穩(wěn)向板的入水深度的長度傳感器，安裝在穩(wěn)向板的頂端；用于測量帆船航速、航向和運(yùn)行軌跡的差分式GPS模塊，安裝在帆船的船頭；多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，連接到所述風(fēng)速和風(fēng)向測量儀、雙軸傾角傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、長度傳感器和差分式GPS模塊，接收各測量參數(shù)；GPRS模塊，連接到所述多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將所述各測量參數(shù)上傳到上位機(jī)；上位機(jī)，通過無線網(wǎng)絡(luò)接收所述各測量參數(shù)，通過三維圖形引擎構(gòu)建海洋動(dòng)態(tài)場景，并根據(jù)各測量參數(shù)對帆船的行駛狀態(tài)進(jìn)行建模?？蛇x地，所述多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)包括ARM嵌入式芯片?？蛇x地，所述多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)采用定時(shí)控制模式，各傳感器分時(shí)輪流供電，參數(shù)測量時(shí)相應(yīng)的傳感器供電，參數(shù)未測量時(shí)相應(yīng)的傳感器斷電。可選地，所述上位機(jī)通過GPRS模塊與所述多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)建立TCP鏈接，發(fā)送命令和相關(guān)數(shù)據(jù)，所述多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)接收上位機(jī)的命令并根據(jù)命令做出相應(yīng)響應(yīng)?？蛇x地，所述轉(zhuǎn)角傳感器包括第一電位器和第二電位器，第一電位器的滑動(dòng)端輸出第一舵角信號，第二電位器的滑動(dòng)端輸出第二舵角信號；所述長度傳感器包括第三電位器，第三電位器的滑動(dòng)端輸出水深信號。可選地，所述多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)還包括：第一信號放大電路，連接到所述第一電位器的滑動(dòng)端；第二信號放大器，連接到所述第二電位器的滑動(dòng)端；第三信號放大器，連接到所述第三電位器的滑動(dòng)端；第一A/D轉(zhuǎn)換器，連接到所述第一信號放大電路的輸出端，輸出數(shù)字形式的第一舵角信號到所述ARM處理器；第二A/D轉(zhuǎn)換器，連接到所述第二信號放大電路的輸出端，輸出數(shù)字形式的第二舵角信號到所述ARM處理器；第三A/D轉(zhuǎn)換器，連接到所述第三信號放大電路的輸出端，輸出數(shù)字形式的水深信號到所述ARM處理器?？蛇x地，所述第一A/D轉(zhuǎn)換器和第二A/D轉(zhuǎn)換器為高速A/D轉(zhuǎn)換器，第三A/D轉(zhuǎn)換器為低速A/D轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的有益效果是：能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員比賽或訓(xùn)練過程中的行駛狀態(tài)進(jìn)行建模，方便觀眾和教練員實(shí)時(shí)觀賽和指導(dǎo)。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一種虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)的控制框圖；圖2為本發(fā)明虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的控制框圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖1所示，本發(fā)明的一種虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，包括：風(fēng)速和風(fēng)向測量儀10，安裝在帆船船頭，采集風(fēng)速和風(fēng)向；用于測量帆船傾角和帆桿擺角的雙軸傾角傳感器20，分別安裝在帆船的船面和帆桿上；用于測量船舵操縱角的轉(zhuǎn)角傳感器30，安裝在船舵的固定轉(zhuǎn)軸上；用于測量穩(wěn)向板的入水深度的長度傳感器40，安裝在穩(wěn)向板的頂端；用于測量帆船航速、航向和運(yùn)行軌跡的差分式GPS模塊50，安裝在帆船的船頭；多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60，連接到風(fēng)速和風(fēng)向測量儀10、雙軸傾角傳感器20、轉(zhuǎn)角傳感器30、長度傳感器40和差分式GPS模塊50，接收各測量參數(shù)；GPRS模塊70，連接到多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60，通過無線網(wǎng)絡(luò)將各測量參數(shù)上傳到上位機(jī)；上位機(jī)80，通過無線網(wǎng)絡(luò)接收各測量參數(shù)，通過三維圖形引擎構(gòu)建海洋動(dòng)態(tài)場景，并根據(jù)各測量參數(shù)對帆船的行駛狀態(tài)進(jìn)行建模。多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60包括ARM嵌入式芯片，外圍芯片采用COMS器件，采用定時(shí)控制模式，各傳感器分時(shí)輪流供電，參數(shù)測量時(shí)相應(yīng)的傳感器供電，參數(shù)未測量時(shí)相應(yīng)的傳感器斷電，進(jìn)行低功耗控制，實(shí)現(xiàn)電池長時(shí)間供電。本發(fā)明的虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)實(shí)時(shí)上傳，為了可靠、安全地?cái)?shù)據(jù)傳輸，針對帆船制定一套完備的主‐從命令響應(yīng)式通信協(xié)議，上位機(jī)發(fā)命令、下位機(jī)實(shí)時(shí)響應(yīng)，數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了多種校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的安全。上位機(jī)80通過GPRS模塊70與多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60建立TCP鏈接，發(fā)送命令和相關(guān)數(shù)據(jù)，多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60接收上位機(jī)80的命令并根據(jù)命令做出相應(yīng)響應(yīng)。其中，上位機(jī)80下發(fā)命令的流程具體為：首先，建立TCP鏈接；然后，發(fā)送從機(jī)地址；再然后，發(fā)送命令及相關(guān)數(shù)據(jù)；接下來，發(fā)送CRC數(shù)據(jù)；最后，確定數(shù)據(jù)是否正確下發(fā)，不正確重發(fā)。從機(jī)（即多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)）的響應(yīng)流程具體為：首先，接收上位機(jī)命令，包括從機(jī)地址、命令、數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)；然后，分析命令；再然后，根據(jù)命令做出相應(yīng)響應(yīng)。上位機(jī)80基于OpenGL及GPUshader開發(fā)的三維圖形引擎，支持帆船運(yùn)動(dòng)建模、仿真及海洋動(dòng)態(tài)場景構(gòu)建，在帆船運(yùn)動(dòng)技術(shù)訓(xùn)練過程中，能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中的行駛狀態(tài)進(jìn)行建模，通過參數(shù)對比，找出動(dòng)作細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)，使教練員在訓(xùn)練過程中及時(shí)地了解運(yùn)動(dòng)員做技術(shù)動(dòng)作時(shí)船、帆的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，并給予及時(shí)有效的指導(dǎo)。圖2為本發(fā)明虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的控制框圖。如圖2所示，轉(zhuǎn)角傳感器30包括第一電位器31和第二電位器32，第一電位器31和第二電位器32的兩端分別連接到基準(zhǔn)電壓源和地電位，第一電位器31的滑動(dòng)端輸出第一舵角信號，第二電位器32的滑動(dòng)端輸出第二舵角信號；長度傳感器40包括第三電位器，第三電位器的兩端連接到基準(zhǔn)電壓源和地電位，第三電位器的滑動(dòng)端輸出穩(wěn)向板的入水水深信號。多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60包括：第一信號放大電路61，連接到第一電位器31的滑動(dòng)端；第二信號放大器63，連接到第二電位器32的滑動(dòng)端；第三信號放大器65，連接到第三電位器的滑動(dòng)端；第一A/D轉(zhuǎn)換器62，連接到第一信號放大電路61的輸出端，輸出數(shù)字形式的第一舵角信號到ARM處理器69；第二A/D轉(zhuǎn)換器64，連接到第二信號放大電路63的輸出端，輸出數(shù)字形式的第二舵角信號到ARM處理器69；第三A/D轉(zhuǎn)換器66，連接到第三信號放大電路65的輸出端，輸出數(shù)字形式的水深信號到ARM處理器69。虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)還包括設(shè)置在船帆上的帆壓力傳感器90，帆壓力傳感器90包括第四電位器，第四電位器的兩端連接到基準(zhǔn)電壓源和地電位，第四電位器的滑動(dòng)端輸出帆壓力信號，多參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)60包括第四信號放大器67，對帆壓力信號進(jìn)行放大，輸出放大的帆壓力信號到第四A/D轉(zhuǎn)換器68，第四A/D轉(zhuǎn)換器68的輸出端連接到ARM處理器69。第一A/D轉(zhuǎn)換器62和第二A/D轉(zhuǎn)換器64為高速A/D轉(zhuǎn)換器，第三A/D轉(zhuǎn)換器66和第四A/D轉(zhuǎn)換器68為低速A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)角傳感器30輸出的第一舵角信號和第二舵角信號需要高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換速度，以達(dá)到及時(shí)的仿真重現(xiàn)，長度傳感器40輸出的水深信號和帆壓力傳感器90輸出的帆壓力信號不需要較快的模數(shù)轉(zhuǎn)換速度，可以使用低速A/D轉(zhuǎn)換器，節(jié)約成本。本發(fā)明的虛擬帆船運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)，能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員比賽或訓(xùn)練過程中的行駛狀態(tài)進(jìn)行建模，方便觀眾和教練員實(shí)時(shí)觀賽和指導(dǎo)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。