劉宗梅++李克蕾

摘 要： 為了提高體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息化的管理效能，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的優(yōu)化開發(fā)設(shè)計(jì)，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)方法。首先進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述，構(gòu)建系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和軟件平臺(tái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括信息統(tǒng)計(jì)模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和信息訪問及輸出模塊等，結(jié)合多線程技術(shù)進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，在系統(tǒng)的集成度和可靠性方面進(jìn)行優(yōu)化。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練； 信息管理系統(tǒng)； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 信息處理

中圖分類號(hào)： TN02?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）09?0054?04

Abstract： In order to improve the information management efficiency of sports training， the optimal development and design of the sports training information management system was performed. The Internet of Things （IOT） technology and embedded system design based development and design method of the sports training information management system is put forward. The overall design of the information management system is described to construct the system development environment and software platform. The information statistics module， information processing module， data storage module， and information access and output module of the system were designed. The multithreading technology is combined to control the IOT access of the information management system. The integration and reliability of the system were optimized. The system test results show that the system is reliable and stable.

Keywords： sports training； information management system； system design； information processing

在大數(shù)據(jù)信息條件下對(duì)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的信息管理可以有效進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的生理指標(biāo)特征分析，結(jié)合科學(xué)的訓(xùn)練管理方法，進(jìn)行一對(duì)一的訓(xùn)練指導(dǎo)，提高運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練針對(duì)性和面向?qū)ο笮訹1]。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，通過構(gòu)建運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)進(jìn)行軟件開發(fā)，提高信息管理能力。當(dāng)前，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的信息管理多建立在人工統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子表格等傳統(tǒng)工具進(jìn)行訓(xùn)練效果評(píng)估，但是隨著數(shù)據(jù)信息規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致信息管理的集成度不高，信息處理的時(shí)效性不好，需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文針對(duì)這一問題進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。

1 系統(tǒng)總體邏輯設(shè)計(jì)

1.1 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的開發(fā)流程

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)方法，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，保障運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的有效統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)評(píng)估[2?3]，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)建立在嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過移植后可以運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)上，結(jié)合控制算法和前期的硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的多線程控制，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的集成智能控制與開發(fā)。系統(tǒng)運(yùn)行在ARM，PowerPC等多種硬件平臺(tái)上，保障控制系統(tǒng)的軟件程序具有較好的移植性和人機(jī)交互性，研究在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)[4]，根據(jù)上述開發(fā)環(huán)境分析，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)軟件開發(fā)的基本處理流程如下：

（1） 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的采集過程。通過體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的采集，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理提供數(shù)據(jù)輸入基礎(chǔ)。采用嵌入式統(tǒng)計(jì)信息系統(tǒng)輸入運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)信息，包括運(yùn)動(dòng)成績、身體健康狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)擅長項(xiàng)目等，通過A/D信息采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行信息的統(tǒng)計(jì)分析和濾波，結(jié)合FIR濾波器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的抗干擾抑制，為運(yùn)動(dòng)信息管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)輸入[5]。

（2） 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息數(shù)據(jù)處理過程。在Linux內(nèi)核下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息加載和PID控制程序引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練管理信息處理，采用PCI橋接芯片與上位機(jī)通信，在MVB總線控制環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)收發(fā)，包括控制信息的存儲(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)的控制時(shí)鐘設(shè)計(jì)[6?7]。

（3） 統(tǒng)計(jì)信息輸出和人機(jī)交互過程。采用交叉編譯環(huán)境進(jìn)行控制信號(hào)輸出和人機(jī)交互，利用計(jì)算機(jī)輔助GUI人機(jī)的交互系統(tǒng)，采用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理的可視化多線程遠(yuǎn)程控制。

根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的開發(fā)流程設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理和流程介紹進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其功能模塊主要包括信息統(tǒng)計(jì)模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和信息訪問及輸出模塊等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1分析，進(jìn)行系統(tǒng)的功能模塊和總體結(jié)構(gòu)描述。本文設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)建立在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的嵌入式Linux系統(tǒng)基礎(chǔ)上[8]，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分為四個(gè)層次，分別為：

（1） 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的引導(dǎo)加載程序（Boot loader）。通過引導(dǎo)加載程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理的PID模糊控制和加載，同時(shí)對(duì)時(shí)鐘、存儲(chǔ)器、串口、網(wǎng)口等硬件進(jìn)行初始化操作，將不同文件系統(tǒng)的操作和控制納入到加載程序模塊中，建立Linux的根文件系統(tǒng)進(jìn)行主控模塊的程序?qū)懭牒妥x取。

（2） 嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行嵌入式網(wǎng)格設(shè)計(jì)，以及信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制和數(shù)據(jù)共享。Linux內(nèi)核用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的特定功能，在嵌入式設(shè)備上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的交叉編譯，把編譯器路徑加入系統(tǒng)環(huán)境變量，修改最上層的Makefile文件，在文件系統(tǒng)加載安裝根文件系統(tǒng)，并執(zhí)行init進(jìn)程進(jìn)行文件配置。采用以ARM920T為核心的32位RISC微處理器執(zhí)行網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，將訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)接入以太網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)硬件原理如圖2所示。

圖2中，S3C2440是韓國三星公司生產(chǎn)的以32位RISC ARM920T 為內(nèi)核的一種網(wǎng)絡(luò)微控制器，RS 232接口在調(diào)試過程中與PC進(jìn)行通信，作為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的控制臺(tái)，輸入調(diào)試指令，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連，其中，接口支持網(wǎng)關(guān)以10 Mb/s，100 Mb/s 自適應(yīng)的速率接入物聯(lián)網(wǎng)的以太網(wǎng)，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。

（3） 文件系統(tǒng)（File System）。文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)度，在交叉編譯環(huán)境編輯.Bashrc文件，運(yùn)行代碼如下：

export PATH=$PATH：/Kernel_rtrtgfjrn /cofdghgion/ maadfile 920t?esfgvi/bin

（4） 用戶應(yīng)用程序（Application）。用戶應(yīng)用程序模塊是實(shí)現(xiàn)內(nèi)核配置、編譯的總體控制模塊。Linux內(nèi)核需要在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的輸入層實(shí)現(xiàn)用戶應(yīng)用程序?qū)懭耄捎秒p路16位電流輸出進(jìn)行控制信號(hào)激勵(lì)，讓有許可權(quán)的數(shù)據(jù)包傳輸通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息傳遞和數(shù)據(jù)共享，提高運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練管理系統(tǒng)的用戶應(yīng)用能力和面向?qū)ο笮浴?/p>

2 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的信息統(tǒng)計(jì)模塊設(shè)計(jì)中，采用S3C2440與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的接口程序及RS 485網(wǎng)絡(luò)，用來連接PC機(jī)，UART1和UART2的是TTL接口，采用嵌入式RAM作為主控芯片進(jìn)行信息統(tǒng)計(jì)和控制，K9F1208和2片SDRAM芯片HY57V561620并聯(lián)構(gòu)建32 位的SDRAM存儲(chǔ)器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理操作系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的緩存[9?10]，信息管理系統(tǒng)的RAM緩存芯片接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

結(jié)合多線程技術(shù)進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，分別運(yùn)行make以及make install進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的文件系統(tǒng)編譯，新建一目錄filesystem，在Busybox中實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的嵌入式Linux應(yīng)用。在RAM緩存中，設(shè)置相應(yīng)波特率后進(jìn)行RS 485網(wǎng)絡(luò)接口控制，在配置完成JTAG接口后，分別運(yùn)行make以及make install進(jìn)行編譯和安裝，編譯程序?yàn)椋?/p>

event void Timer as Check；.startDrtggre（esfdvfr_t ok） {

if （ok == SUsfv vS） {

call DissesdfvgnConhgthjl.stsdt（）；

call ColsdfvConsdfrol.start（）；

call LowPdfLisfvfdbng.setLocalWvfdgrervedal（512）；

call Checksvvfdodic（DEsdffdvbT_sfdbK_INTERVAL）；

}

else {

call Ragfdggg.start（）；

errorLed（）；

}

}

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的信息處理模塊的主頻為533 MHz，采用雙16位MAC，雙40位ALU的緩存設(shè)計(jì)，核心處理芯片具有16位DSP和32位DSP兩種類型，采用8位A/D芯片進(jìn)行運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練狀態(tài)分析模型的特征信息采樣，其中DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊主要包括電源供電模塊、程序加載電路、復(fù)位電路、A/D電路、功率放大器等。LEEP幀的估計(jì)通過LEEP幀的信息來估計(jì)EETX值，尾部存放的是本節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量表，得到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息系統(tǒng)的LEEP幀的估計(jì)過程如圖4所示。

RTC模塊作為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息脈沖分析輸出特征的復(fù)位電路，調(diào)用 addLinkfregggderAnd?Fosdfr（）執(zhí)行DSP復(fù)位后，得到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息系統(tǒng)的信息處理模塊的主控電路，如圖5所示。

圖中MCP6002為運(yùn)算放大器，采用A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序，DSP內(nèi)核電壓決定PLL的鎖定周期，設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器，創(chuàng)建嵌入式圖形用戶界面，采用Qt/Embedded 4.6創(chuàng)建控制系統(tǒng)在嵌入式設(shè)備上的圖形用戶接口，通過電位器RP1和RP2調(diào)節(jié)放大器的倍數(shù)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理的數(shù)據(jù)經(jīng)過放大后通過輸出腳S_OUT輸出。

在信息處理模塊的主控電路配置完成后，在telosB節(jié)點(diǎn)中采用FT232作為USB與UART的橋接芯片，控制A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序等工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)，在telosB中使用M25P80存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)可視化控制， M25P80存儲(chǔ)開發(fā)環(huán)境建立在X86上，執(zhí)行存儲(chǔ)器的初始化操作：

Root file systemTuning ???>

[*] rootfs.yaffs /etcDevice driver

[*] Generate bin， SBIN folder commands

[*] deprecated：aliased

[*] Copy new root file system

[*] Script server configuration file

Shells ???>

??? Ash Shell Options //服務(wù)器配置文件

[*] Check for echo Root File System //復(fù)制到新建根文件系統(tǒng)

直接從地址0x20000000執(zhí)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的耦合調(diào)制，從外部的8位或16位存儲(chǔ)器引導(dǎo)程序加載，通過JTAG接口訪問CPU的內(nèi)部寄存器，接口代碼為：

interface DirtgtrhnValue as Settsfvfald；

interface Send as Alefedgbfot； //外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

interface Invfdgrthh rgthhjit；

//外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和PCI9054之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信

interface Stddergrol as Senfdegrgntrol； //外接FLASH存儲(chǔ)器

interface Stdsdfrgol as Colleegrhghrbtrol； //地址線相連

interface Stefrghghtrol as DissfrhyCofrhgol；

//FLASH的數(shù)據(jù)線控制

interface SsfvrgitCdewfol as Rasdfrgyyntrol； //輸出方位控制

interface LowsfergtytwerLiarh6jsferng；

//5409A的硬件接口控制

interface Modegfnt； >> Pdafeg stofdage //外接FLASH

interface Cgfrg5yrage； //數(shù)據(jù)線初始化

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信息訪問及輸出模塊設(shè)計(jì)，通過pwm_ioctl控制指令監(jiān)測(cè)信息訪問模塊，采用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，構(gòu)建信息輸出模塊，輸出接口程序設(shè)計(jì)為：

event void Brtggd（） {

call Sefgfevefit.init BUSY→/IINT0 （）； // Init高速A/D轉(zhuǎn)換

call Moffetghgt（）；

//Mount FLASH利用信號(hào)作讀數(shù)標(biāo)志信號(hào)

}

3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試與性能分析

在LabWindows/CVI平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)集成軟件開發(fā)和聯(lián)調(diào)測(cè)試，結(jié)合多線程技術(shù)進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，通過“瀏覽”選擇運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)文件，在用戶管理層中實(shí)現(xiàn)程序加載和自動(dòng)配置，得到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測(cè)試界面如圖6所示。

圖6中，輸入數(shù)據(jù)在窗口的上半部分，輸出數(shù)據(jù)在窗口的下半部分，分析圖6得知，采用本文方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加載和傳輸測(cè)試對(duì)數(shù)據(jù)信息的輸入和輸出具有一致性，說明在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理中數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的準(zhǔn)確性較好。

4 結(jié) 語

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)方法。通過運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息管理系統(tǒng)的優(yōu)化開發(fā)設(shè)計(jì)，提高了體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練信息的智能化管理能力。結(jié)合多線程技術(shù)進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，在系統(tǒng)的集成度和可靠性方面進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，具有可行性。

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