宋雅偉， 劉園園， 張曦元

(1.南京體育學(xué)院 a.科研處; b.奧林匹克學(xué)院，江蘇 南京 210014； 2.瓶窯鎮(zhèn)第一小學(xué)，浙江 杭州 311115)

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蹦床實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

宋雅偉1a， 劉園園2， 張曦元1b

(1.南京體育學(xué)院 a.科研處; b.奧林匹克學(xué)院，江蘇 南京 210014； 2.瓶窯鎮(zhèn)第一小學(xué)，浙江 杭州 311115)

通過在現(xiàn)有蹦床器械上加裝光電傳感器，并研發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與診斷分析系統(tǒng)，以監(jiān)測(cè)訓(xùn)練過程中運(yùn)動(dòng)員在蹦床時(shí)的壓網(wǎng)時(shí)間、騰空時(shí)間、著網(wǎng)速度、起網(wǎng)速度、壓網(wǎng)總時(shí)間、騰空總時(shí)間、運(yùn)動(dòng)總時(shí)間、運(yùn)動(dòng)次數(shù)、左右前后越線違例等狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)以圖表和數(shù)字的方式將這些參數(shù)進(jìn)行顯示，提供準(zhǔn)確可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)，全面準(zhǔn)確地反映了蹦床運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)過程，實(shí)時(shí)反饋給使用者，實(shí)現(xiàn)了蹦床監(jiān)測(cè)的數(shù)字化和智能化。為科學(xué)地測(cè)試和評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練負(fù)荷和強(qiáng)度提供量化的依據(jù)，減少訓(xùn)練過程中傷害的發(fā)生，特別是為對(duì)少年兒童運(yùn)動(dòng)員的有效長(zhǎng)期監(jiān)控、選材和管理提供依據(jù)。

蹦床； 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 傳感器

0 引 言

蹦床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以蹦床訓(xùn)練和比賽技術(shù)要求為基礎(chǔ)而開發(fā)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員在蹦床運(yùn)動(dòng)中的壓網(wǎng)時(shí)間、騰空時(shí)間、著網(wǎng)速度、起網(wǎng)速度、壓網(wǎng)總時(shí)間、騰空總時(shí)間、運(yùn)動(dòng)總時(shí)間、運(yùn)動(dòng)次數(shù)、左右前后越線違例等狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)以圖表和數(shù)字的方式將這些參數(shù)進(jìn)行顯示，提供了準(zhǔn)確可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)，全面準(zhǔn)確地反映了蹦床運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)過程，方便了教練和裁判對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的掌握、控制和分析，是一種為蹦床運(yùn)動(dòng)而開發(fā)設(shè)計(jì)的便捷、可靠和科學(xué)的教學(xué)輔助系統(tǒng)[1]。

1 系統(tǒng)總體框架

在蹦床運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和速度對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果有直接的影響，同時(shí)蹦床運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員在網(wǎng)上的著力點(diǎn)會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變，監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)區(qū)域是系統(tǒng)的首要目標(biāo)。運(yùn)動(dòng)時(shí)間中以騰空時(shí)間更加重要，它直接決定了運(yùn)動(dòng)員完成規(guī)定動(dòng)作的質(zhì)量[2]。根據(jù)蹦床運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，選用光電傳感的原理，監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)行時(shí)間、速度和邊界違例可以完成上述任務(wù)。光電傳感器的信號(hào)可以監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，狀態(tài)信號(hào)被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理后傳輸給數(shù)據(jù)采集裝置，經(jīng)采集裝置的轉(zhuǎn)化后送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這種在軟件的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示和分析，為蹦床運(yùn)動(dòng)的控制和分析提供幫助[3-5]。

圖1 蹦床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)成圖

2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件主要包括光電傳感器、數(shù)據(jù)處理卡、信號(hào)調(diào)理模塊和支架等。根據(jù)蹦床運(yùn)動(dòng)時(shí)間的要求，光電傳感器選用日本歐姆龍公司生產(chǎn)的E3Z-T61型傳感器，該傳感器的主要特性如表1所示。

數(shù)據(jù)處理卡采用ICP-DAS公司的PCI接口高速IO卡，型號(hào)為PISO-730，具有可以獨(dú)立輸入的IO口和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字IO口，測(cè)試頻率最高可達(dá)1.4 MHz，完全可以滿足信號(hào)采集的需要。

數(shù)據(jù)調(diào)理模塊主要對(duì)光電傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形濾波，將該傳感器的輸出信號(hào)變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理。

數(shù)據(jù)處理中心采用商用臺(tái)式計(jì)算機(jī)，要求CPU主頻達(dá)到2.8 GB以上，或采用雙核1.4 B以上，有獨(dú)立顯卡，內(nèi)存打512 MB以上，具備windows2000以上操作系統(tǒng)即可。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用LabVIEW作為開發(fā)軟件平臺(tái)。

表1 光電傳感器主要技術(shù)參數(shù)一覽表

LabVIEW可以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、工業(yè)過程自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真等各個(gè)領(lǐng)域[6-10]。

該環(huán)境包含包括3個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接端口。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制(Controls)，為虛擬儀器的框圖程序提供數(shù)據(jù)；輸出量被稱為顯示(Indicators)，顯示虛擬儀器流程圖中獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。控制和顯示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂[11]。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序框圖如圖2所示。系統(tǒng)軟軟件界面如圖3所示。

系統(tǒng)軟件根據(jù)功能可以分為7個(gè)模塊，分別是：姓名輸入模塊、時(shí)間顯示模塊、圖形顯示模塊、越界判定模塊、過程數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和程序控制模塊等。

3.1 姓名輸入模塊

該模塊的作用是輸入將要進(jìn)行蹦床訓(xùn)練或比賽的運(yùn)動(dòng)員的姓名，系統(tǒng)會(huì)以該姓名為文件頭將運(yùn)動(dòng)過程中的數(shù)據(jù)保存下來，供以后分析使用。軟件運(yùn)行時(shí)，在按下“開始”鍵后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出姓名輸入模塊，在輸入姓名后，按“確定按鈕”，會(huì)立即進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)動(dòng)作。

3.2 時(shí)間顯示模塊

該模塊的作用是記錄運(yùn)動(dòng)過程的總時(shí)間、壓網(wǎng)的總時(shí)間和騰空的總時(shí)間。這三個(gè)時(shí)間以數(shù)字的方式顯示，同時(shí)壓網(wǎng)時(shí)間和騰空總時(shí)間還以柱狀圖的方式顯示，清晰明了，便于教練或裁判直觀判定。

3.3 圖形顯示模塊

該模塊將運(yùn)動(dòng)過程中每一次壓網(wǎng)時(shí)間、騰空時(shí)間以及著網(wǎng)、起網(wǎng)的速度以直觀的圖形方式顯示出來，便于觀察和分析。其中壓網(wǎng)時(shí)間和騰空時(shí)間是以柱形顯示，便于橫向比較，速度圖以折線的方式顯示，便于分析變化規(guī)律。同時(shí)所有圖形的橫坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，便于不同參數(shù)時(shí)間的比較和分析，形象直觀，它是運(yùn)動(dòng)過程的形象化的再現(xiàn)。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序框圖

圖3 程序面板圖

3.4 越界判定模塊

該模塊將運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中踩壓紅色界線的過程和次數(shù)記錄下來，作為評(píng)判的真實(shí)依據(jù)。在出現(xiàn)越界時(shí)，相應(yīng)的LED燈變成紅色，同時(shí)記錄一次越界記錄。

3.5 過程數(shù)據(jù)顯示模塊

該模塊將運(yùn)動(dòng)過程中的壓網(wǎng)時(shí)間、騰空時(shí)間、著網(wǎng)速度和起網(wǎng)速度以數(shù)據(jù)的方式集中在一個(gè)表格中顯示，數(shù)據(jù)直接明了，便于分析和判斷，同時(shí)還可以顯示監(jiān)測(cè)的次數(shù)。注意監(jiān)測(cè)的次數(shù)是兩次騰空之間的次數(shù)，在計(jì)數(shù)時(shí)要注意區(qū)分。如某次需要測(cè)試10次技術(shù)騰空，在運(yùn)動(dòng)員某次騰空時(shí)按下姓名輸入模塊的“確定”按鈕，此時(shí)即進(jìn)入到順序監(jiān)測(cè)，可以進(jìn)行口頭計(jì)數(shù)(也是以騰空時(shí)為準(zhǔn))，在進(jìn)行到第11次騰空時(shí)按下“結(jié)束”按鈕，此時(shí)監(jiān)測(cè)的就是10次騰空的技術(shù)次數(shù)。過程數(shù)據(jù)顯示模塊[12-15]。

3.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的作用是將運(yùn)動(dòng)過程中的各項(xiàng)有效數(shù)據(jù)保存，為數(shù)據(jù)顯示和分析提供依據(jù)。

3.7 程序控制模塊

程序控制模塊控制程序的有序進(jìn)行和推出。程序執(zhí)行時(shí)，首先按下“開始”按鈕，之后會(huì)出現(xiàn)輸入姓名對(duì)話框，在正確的輸入姓名并且按下該對(duì)話框的“確定”按鈕后，程序即進(jìn)入監(jiān)測(cè)過程，如果要結(jié)束本次監(jiān)測(cè)，只要按下“結(jié)束”按鈕即可，此時(shí)會(huì)顯示本次監(jiān)測(cè)的所有數(shù)據(jù)和信息；如果還要進(jìn)行另外一次監(jiān)測(cè)，只要按下“重復(fù)”按鈕，會(huì)進(jìn)行又一次全面的監(jiān)測(cè)，如需結(jié)束也必須按下“結(jié)束”按鈕。如果要徹底結(jié)束本次監(jiān)測(cè)，只要按下“退出”按鈕后程序會(huì)完全退出，結(jié)束本次監(jiān)測(cè)，測(cè)試結(jié)束。

4 結(jié) 語

通過研制基于光電傳感器的蹦床訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示和綜合分析等功能，為科學(xué)地測(cè)試和評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練負(fù)荷和強(qiáng)度提供量化的依據(jù)，減少訓(xùn)練過程中傷害的發(fā)生，特別是為對(duì)少年兒童運(yùn)動(dòng)員的有效長(zhǎng)期監(jiān)控、選材和管理提供依據(jù)[8]。

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Development and Design of Trampoline Real-time Monitoring System

SONGYa-wei1a,LIUYuan-yuan2,ZHANGXi-yuan1b

(1. a.Department of Scientific Research, b.Olympic Academy, Nanjing Sports Institute, Nanjing 210014, China;2. The first Primary School of Pingyao Town, Hangzhou 311115, China)

The installation of photoelectric sensors on the trampoline equipment and the development of corresponding real-time data acquisition and diagnostic analysis system, the data of training process of trampoline athletes can be monitored and collected. The data contain network time, flight time, the speed of network, the speed from network, the total time of pressing network, the total vacated time, total time for exercise, exercise frequency, number of crossing the line before and after the offense and other state parameters. Charts and digital plots display these parameters to provide athletes accurate reliable and scientific data. These data fully and accurately reflect the a trampoline movement during exercise, real-time feedback to the user, and achieve a trampoline monitoring of digital and intelligent. The monitoring system provides a quantitative basis for the training load and intensity of scientific testing, and evaluation of athletes. It also reduces the occurrence of injuries during training. Especially for children athletes, the effective long-term monitor can provide a basis for the selection and management.

trampoline; monitoring system; sensor

2014-08-01

江蘇省科技廳項(xiàng)目(BK2012885)

宋雅偉(1970-)，男，江蘇連云港人，博士，教授，研究方向：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)。

Tel.:18951759150,025-84755175;E-mail:syw0008@163.com

G 838

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1006-7167(2015)03-0126-04