基于数字跑道的田径训练信息采集和反馈系统

摘要

本文的研究内容是以中国科学院合肥智能机械研究所承担的《基于数字跑道的田径训练信息采集和反馈系统》课题为基础。针对该项目，我们着重于研究柔性阵列传感器设计、基于数字跑道的运动学和动力学信息采集及传输、实时反馈方案、数据分析软件及训练专家系统等关键技术问题的解决方案。 本文分为六个主要部分。在第一部分中，首先分析了系统的研制目的与意义，然后对目前国内外研究现状进行了描述，随后提出了主要研究内容与创新点；在第二部分中，描述了系统的需求分析，详细讨论了总体设计方案，介绍了系统的安装设计和各主要子系统构成；在第三部分中，详细介绍了底层控制系统设计，对控制系统的硬件结构及软件设计进行了描述，对采集到数据进行分析处理得到一系列运动学参数；在第四部分中，介绍了动力学信息测量原理，对数据进行平滑滤波处理并分析计算得到有益的关键参数；在第五部分中，综合利用数字跑道和多维测力平台获得跳远项目中关键参数及跳远成绩的衡量标准，并对实时反馈的实现作了描述；在第六部分中，对论文工作进行总结，提出了未来的研究目标。 在攻克了多项关键技术的基础上，成功地完成了设计目标。已在国家体育训练局田径馆铺设了长30米的数字跑道，经过调试后已交付给国家跳远运动队使用，得到了教练员和运动员的一致好评。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.1.1课题来源

1.1.2研制目的与意义

1.1.3使用效果与评价

1.2现有技术

1.2.1美国Tekscan公司

1.2.2德国Novel公司

1.2.3比利时Rsscan公司

1.2.4美国Amti公司

1.2.5美国Vicon公司

1.2.6瑞典Qualisys公司

1.3本文的主要研究内容

1.4创新点

第2章总体设计

2.1系统需求分析

2.2总体方案设计

2.2.1安装结构设计

2.2.2系统架构

2.2.3柔性阵列传感器子系统

2.2.4信号采集子系统

2.2.5通讯模块总体设计

2.2.6无线实时反馈单元

2.2.7测试与分析系统软件

2.3本章小结

第3章运动学信息采集及分析

3.1底层控制系统概述

3.1.1硬件设计

3.1.2软件设计

3.2中央处理器选型

3.2.1 CIP-51内核

3.2.2 JTAG调试和边界扫描

3.2.3可编程数字I/O和交叉开关

3.2.4串行端口

3.2.5 CAN总线控制器

3.3中心控制单元硬件设计

3.3.1 CPU模块

3.3.2振荡器

3.3.3 JTAG接口电路设计

3.3.4可编程数字I/O

3.3.5 CAN通讯

3.3.6电源

3.3.7地址扩展译码单元

3.3.8扫描电路

3.4中心控制单元软件设计

3.4.1控制系统软件设计

3.4.2 CAN总线通讯软件设计

3.5数据分析

3.5.1腾空和着地判断分析

3.5.2运动学参数计算

3.5.3数据的实时保存

3.6分析软件设计

3.6.1实时监测

3.6.2数据分析

3.6.3运动员档案管理

3.6.4数据报表

3.7本章小结

第4章动力学信息采集及分析

4.1扫描驱动与测量原理分析

4.1.1开关按键扫描测量

4.1.2二次测量法

4.2数据处理

4.2.1数据平滑滤波

4.2.2压力参数计算

4.3本章小结

第5章实时反馈

5.1参数提取与标准建立

5.1.1参数计算

5.1.2标准建立

5.2实时反馈

5.3本章小结

第6章总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

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附录