具有现场交互功能的帆船在线检测与训练指导系统设计

摘要

近年来,各国对水上运动项目研究十分重视,随着水上运动竞争的日益加剧,各国教练员、运动员与科研人员紧密配合试图通过仪器设备对帆船运动训练过程实施科学的监控,获取训练过程综合数据,进行科学的评价和指导,引导技术动作学习,加速训练的进程,建立一种帆船运动科学化的训练模式。为了解决帆船训练量化指标问题,本文设计了具有现场交互功能帆船在线检测与训练指导系统。
　　 首先,本文通过介绍帆船运动和对其动力学原理的分析,提出影响帆船运动的因素,包括时间空间因素、赛场环境因素、帆船因素和运动员因素。并对这些因素进行归纳、整理。通过同帆船帆板运动员近距离交流和向国家帆船队教练请教,对上述因素给予进一步的校正,定位整个系统的工作原理,给出系统实现的具体功能。
　　 系统集数据采集、分析、存储、传输和实时显示功能于一体。利用SOPC技术、传感器技术、无线数据传输技术实现对帆船的横倾角、纵倾角、航向、航速、位置以及风速、风向等指标的同步采集和实时监测,完成教练员端和多名运动员端的数据通信和在线交互功能。论文详细比较和论证了帆船在线检测与训练指导系统的设计方案。针对船上布线的局限性,引用无线传感器网路技术实现对参数的测量和传输。并对传感器的选型和安装给出具体的解决方案。尤其需要说明的是,本文针对直接影响运动员操帆驾船技术动作的“两角”(即迎风角和风线角)测量问题给予重点研究。
　　 本文在设计过程中将系统分成两部分:运动员端部分和教练员端部分。其中运动员端部分分为三个设备:运动员端中继设备、运动员端传感器设备和运动员便携设备,完成对运动员端综合信息的采集、处理、传输、本地存储及显示。教练员端主控设备完成同多名运动员端中继设备之间的通讯以及和第三方设备接口,同时实现综合数据的教练员端显示。本文对系统的整体架构,设备之间的关系及实现的具体功能给予详细的阐述,并对设备的关键部分给出详细的硬件设计和软件方案。
　　 文章的最后,根据本系统的实际研究开发结果,总结分析了系统的特点,对下一步的补充设计工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题背景、研究意义

1.2 帆船研究概况、水平和发展趋势及存在的问题

1.2.1 帆船运动的流体动力性能的研究

1.2.2 帆船运动训练与比赛监控仪器研究

1.3 本文研究的主要目标、内容、解决的问题及创新点

1.3.1 本文研究的主要目标

1.3.2 本文研究的主要内容

1.3.3 本文的创新点

1.4 论文的研究工作与论文结构

1.5 本章小结

2 帆船运动的动力学原理

2.1 帆船运动简介

2.1.1 帆船运动项目

2.1.2 帆船分类

2.1.3 奥运帆船

2.1.4 比赛规则

2.1.5 我国帆船运动

2.2 帆船运动的动力学原理

2.2.1 帆船的驶风原理

2.2.2 帆船运动的力学分析

2.3 影响帆船运动的因素

2.3.1 赛场环境因素

2.3.2 船、帆的因素

2.3.3 运动员的因素

2.4 系统工作原理

2.5 本章小结

3 系统整体方案设计

3.1 系统功能分析

3.2 系统整体设计

3.3 系统整体框架组成

3.4 系统信息流程

3.5 本课题采用的关键技术解决方案

3.5.1 传感器选型安装解决方案

3.5.2 风线角、迎风角测量的解决方案

3.5.3 赛场环境检测方案

3.5.4 短距离无线传感器网络技术解决方案

3.5.5 远距离无线通讯技术解决方案

3.5.6 SOPC技术

3.6 系统设计原则

3.7 本章小结

4 系统硬件设计

4.1 教练员端设备硬件设计

4.1.1 教练员端设备电路结构框图

4.1.2 主控处理器基本单元电路

4.1.3 存储器电路设计

4.1.4 外围设备接口电路设计

4.2 运动员端设备硬件设计

4.2.1 船载中继设备电路设计

4.2.2 船载传感器设备电路设计

4.3 本章小结

5 系统软件设计

5.1 通信协议简介

5.1.1 通讯协议基础

5.1.2 航海仪器的接口标准

5.2 教练员端主控设备软件设计

5.3 运动员端中继设备软件设计

5.4 船载传感器设备软件设计

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文