CN101058022A - 一种嵌入式数字链球及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式数字链球及其测量方法，链球包括一个单片机信息处理单元和接口，单片机信息处理单元镶嵌在链球球体的内部，单片机信息处理单元内置有相互电连接的单片机、存储器、RS－232串行接口及接口电路、状态指示灯、电池及电源管理电路和三维加速度传感器，三维加速度传感器实时采集、存储运动员训练中链球球体的三维加速度信息；其测量方法包括接收三维加速度传感器的模拟量信息和输出数字量信息，还能够与高速运动分析仪、数字闪频仪、高速摄像机等配合使用；本发明能实时采集链球球体的三维加速度信息，快速、准确的对运动员的投掷技术进行定量分析，实现链球运动的数字化、智能化训练。

Description

一种嵌入式数字链球及其测量方法

所属领域  本发明涉及传感器应用技术领域，特别是涉及体育科研方面的一种嵌入式数字链球及其测量方法。

背景技术  近年来，世界各国更为注重将提高成绩的科技含量作为新世纪竞技体育发展中新的增长点，依靠科学方法和手段对运动员进行训练，提高运动员的技术水平，这已经成为世界竞技体育运动训练的一种趋势。

链球是投掷项目中的重器械项目，在链球运动的日常训练中，需要对运动员的投掷技术进行定量的分析，作为专项技术动作改进和制定科学训练计划的依据。在链球运动的训练中，可以使用高速运动分析仪来对链球运动进行分析，这类分析仪有CR2000、KODA1012等型号；也可以采用便携式数字闪频仪来对链球的运动轨迹进行跟踪，这类产品有美国MOVARCH仪器公司便携式数字闪频仪MOVA-STROBE PB、MOVA-STROBE 230等。2003年中国科学院合肥智能机械研究所申请的实用新型专利CN2593845Y“数字铅球”，该数字铅球的结构是：在全钢上下壳内，安装E形膜片弹性体、上重力补偿块、电路板、下重力补偿块和电池夹，组成一个具有与标准铅球一样外形尺寸和重量的三维测力传感器。该数字铅球可以保证运动员在接近真实训练比赛环境下进行测试，动力学数据采集方便可靠。该实用新型的不足之处在于：该数字铅球只能采集铅球的动力学数据，即训练中铅球的受力情况，而不能获得训练过程中铅球在各个方向的加速度信息，这样也就不能分析铅球的运动学方面的参数。

发明内容  根据现有技术的不足，本发明的目的是：提供一种嵌入式数字链球及其测量方法，该嵌入式链球能准确测得链球球体在每一点的三维加速度信息，用来定量分析运动员训练中链球球体的运动学、动力学参数，科学评价运动员的投掷技术。

本发明的技术方案是：一种嵌入式数字链球，包括由球链连接的球体和把手，其特征在于：该链球还包括一个单片机信息处理单元和接口，所述单片机信息处理单元镶嵌在链球球体的内部，单片机信息处理单元内置有相互电连接的单片机、存储器、RS-232串行接口及接口电路、状态指示灯、电池及电源管理电路和三维加速度传感器，三维加速度传感器实时采集、存储运动员训练中链球球体的三维加速度信息，通过接口将信号输入计算机。

所说的链球球体是一个空心的金属壳体。

所说的单片机信息处理单元体积为8cm³～11cm³。

所说的单片机信号处理单元中的单片机为MSP430F149。

所说的单片机信息处理单元设计成一层方形板或两层方形板，或圆形板。

所说的单片机信息处理单元或用到铅球、铁饼中去，做成嵌入式数字铅球、嵌入式数字铁饼。

一种嵌入式数字链球的测量方法，包括接收三维加速度传感器的模拟量信息和输出数字量信息，其特征在于：

设定所述的单片机信息处理单元的初始状态，所述的三维加速度传感器开始工作；

设定从链球开始旋转直到链球落地，单片机信息处理单元一直处于工作状态，所述的三维加速度传感器采集信息的频率为200次/s；

所述的三维加速度传感器输出的信息为模拟量，所述的单片机对信息进行处理，并把模拟量转换成数字量；

所述的单片机把处理好的数字信息记录到存储器中；

链球落地后，单片机信息处理单元结束工作；

将所述的RS-232串行接口与微机接口相连，把链球球体的三维加速度信息输入计算机，能够分析链球球体的运动学、动力学参数。

所说的嵌入式数字链球或与高速运动分析仪、数字闪频仪、高速摄像机配合使用，在获得链球球体三维加速度的同时，获得链球球体在旋转时和抛掷后的运动轨迹。

所说的一种嵌入式数字链球的测量方法或用到嵌入式数字铅球、嵌入式数字铁饼的测量中去。

作为一种能使链球训练实现数字化、智能化的嵌入式数字链球，所说的单片机信息处理单元内置有相互电连接的单片机、存储器、RS-232串行接口及接口电路、状态指示灯、电池及电源管理电路和三维加速度传感器，单片机采用MSP430系列的MSP430F149，三维加速度传感器由一个二维加速度传感器(ADXL250)和一个一维加速度传感器(ADXL78)叠加而成，存储器采用AT45DB161，接口转换器采用MAX3221。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，现有技术的数字铅球是由上壳与下壳和E形膜片弹性体通过螺纹和紧固螺钉连接成一体，上壳与下壳之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O形密封圈来防尘和避免测量过程中上壳与下壳的接触。由于铅球是投掷项目，对数字铅球结构的抗震性要求很高，而现有技术的这种结构很难保证在运动员的训练过程中，起连接作用的螺钉不出现松动，这样也就不能保证该数字铅球的稳定性和实用性。本发明相对于现有技术而言，链球球体是一个整体的空心金属壳体，结构稳定，抗震性好，能够保证所采集信息的准确性，这就保证了本发明的实用性。

其二，现有技术的数字铅球包含三维力传感器，可以用来分析铅球的动力学参数，本发明相对于现有技术而言，包含三维加速度传感器，能够获得链球球体的三维加速度信息，这样不仅能够分析链球球体的动力学参数，更重要的是还能够分析链球球体的运动学参数。

其三，相对于现有技术而言，本发明的单片机信息处理单元内置有相互电连接的单片机、存储器、RS-232串行接口及接口电路、状态指示灯、电池及电源管理电路和三维加速度传感器，状态指示灯能够实时指示单片机信息处理单元的工作状况。单片机信息处理单元还能够用到铅球或铁饼中去，做成嵌入式数字铅球或嵌入式数字铁饼，嵌入式数字铅球或嵌入式数字铁饼同样能实时采集铅球或铁饼的三维加速度信息，实现铅球或铁饼的数字化、智能化训练。

其四，相对于现有技术而言，一种嵌入式数字链球的测量方法，包括接收传感器的模拟量信息和输出数字量信息，三维加速度传感器采集链球球体的三维加速度信息，其输出为模拟量，单片机对信息进行处理，并把模拟量转换成数字量。因此本发明的链球能同时采集链球球体在三个方向的加速度信息，进而可以计算出链球在旋转时的离心力以及链球的投掷初速度等参数，从而有助于教练员准确获得运动员的各项技术指标，完善训练计划，提高运动员的技术水平。

其五，相对于现有技术而言，首次提出了一种嵌入式数字链球及其测量方法，采用嵌入式的设计思想，集中了传感器技术、嵌入式计算技术和接口技术，实现了链球训练的数字化、智能化。另外，嵌入式数字链球还能够与高速运动分析仪、数字闪频仪、高速摄像机配合使用，使得在获得链球球体三维加速度的同时，获得链球球体在旋转时和抛掷后的运动轨迹。

其六，相对于现有技术而言，一种嵌入式数字链球的测量方法还能够用到嵌入式数字铅球或嵌入式数字铁饼的测量中去，同样能够接收三维加速度传感器的模拟量信息和输出数字量信息，获得铅球或铁饼的三维加速度信息。

附图说明  下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是嵌入式数字链球的结构图；

图2是单片机信息处理单元的电路原理方框图；

图3是单片机信息处理单元的工作流程图。

具体实施方式  参见图1、图2、图3。图1中，1：球体；2：单片机信息处理单元；3：接口；4：球链；5：把手。

图1中，一种嵌入式数字链球包括球体1、单片机信息处理单元2、接口3、球链4以及把手5，其中，球体1、球链4和把手5是普通竞技用链球的组成部分，单片机信息处理单元2镶嵌在链球球体1的内部，单片机信息处理单元2内置有相互电连接的MSP430F149单片机、存储器和三维加速度传感器等，三维加速度传感器实时采集、存储运动员训练中链球球体1的三维加速度信息，通过接口3将信息输入计算机。

本发明采用了嵌入式的设计思想，将单片机信息处理单元2嵌入链球球体1，然后再将链球球体封装起来，RS-232串行接口3和电池及电源管理电路上的电源开关裸露在链球球体的表面，在训练时用盖帽封住。

本发明的装置从外表看来与普通链球无异，但由于用了单片机信息处理单元2，在运动员的日常训练中，可用本发明来实时采集链球球体1的三维加速度信息，通过RS-232串行接口3可将采集的信息输入计算机，利用分析软件就可分析运动员的旋转技术指标、链球的离心力等，使用方便、可靠。

本发明的链球也可与高速运动分析仪等仪器配合使用，在获得链球球体1三维加速度的同时，获得链球球体在旋转时和抛掷后的运动轨迹，这样不仅可以分析链球的加速度、离心力等参数，还可分析链球的加速途径、重心变化及链球运行斜面变化等，实现链球运动的数字化、智能化训练。另外，本发明的测量方法还能够用到嵌入式数字铅球或嵌入式数字铁饼的测量中去，同样能够接收三维加速度传感器的模拟量信息和输出数字量信息，获得铅球或铁饼的三维加速度信息。

图2是单片机信息处理单元2电路原理方框图，包括相互电连接的：用于完成自动控制程序和进行数据处理的MSP430F149单片机，单片机有用于数字量和模拟量转换的AD转换器；用于存储链球三维加速度信息的存储器；用于与微机接口通信，把链球三维加速度信息载入计算机的RS-232串行接口及接口电路；用于标示单片机信息处理单元2工作状态的状态指示灯；用于给单片机信息处理单元2各个模块供电的电池及电源管理电路；用于实时采集链球三维加速度信息的三维加速度传感器。

图3是单片机信息处理单元2的工作流程图，其工作流程如下：打开电池及电源管理电路的电源开关后，状态指示灯亮，MSP430F149单片机给其自有的功能部件和内存中驻有的各个子程序预置初始值，即设定其初始工作状态(步骤110)。接着在步骤120中，MSP430F149单片机判断三维加速度传感器是否感应到有加速度？一旦三维加速度传感器感应到有加速度，这表示运动员已经开始旋转链球，三维加速度传感器就会立即开始工作，实时采集链球球体1的三维加速度信息(步骤130)，通过软件设定三维加速度传感器采集信息的频率为200次/s。接着，在步骤140中，MSP430F149单片机对从三维加速度传感器输出的模拟信息进行处理，并把模拟量转换为数字量。之后，在步骤150中，存储器存储MSP430F149单片机处理好的信息。当链球落地后，单片机信息处理单元2结束工作(步骤160)。

在单片机信息处理单元2工作期间，状态指示灯一直处于闪烁的状态。单片机信息处理单元2结束工作后，可以将RS-232串行接口及接口电路上的RS-232串行接口3与计算机接口相连，存储器就将记录的信息输入MSP430F149单片机，MSP430F149单片机再将信息经RS-232串行接口3载入计算机，同时亦可将计算机中的信息经RS-232串行接口3输入MSP430F149单片机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的嵌入式数字链球及其测量方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1、一种嵌入式数字链球，包括由球链(4)连接的球体(1)和把手(5)，其特征在于：该链球还包括一个单片机信息处理单元(2)和接口(3)，所述单片机信息处理单元(2)镶嵌在链球球体(1)的内部，单片机信息处理单元(2)内置有相互电连接的单片机、存储器、RS-232串行接口及接口电路、状态指示灯、电池及电源管理电路和三维加速度传感器，三维加速度传感器实时采集、存储运动员训练中链球球体(1)的三维加速度信息，通过接口(3)将信息输入计算机。

2、根据权利要求1所述的一种嵌入式数字链球，其特征是所说的链球球体(1)是一个空心的金属壳体。

3、根据权利要求1所述的一种嵌入式数字链球，其特征是所说的单片机信息处理单元(2)体积为8cm³～11cm³。

4、根据权利要求1所述的一种嵌入式数字链球，其特征是所说的单片机信号处理单元(2)中的单片机为MSP430F149。

5、根据权利要求1所述的一种嵌入式数字链球，其特征是所说的单片机信息处理单元(2)设计成一层方形板或两层方形板，或圆形板。

6、根据权利要求1所述的一种嵌入式数字链球，其特征是所说的单片机信息处理单元(2)或用到铅球、铁饼中去，做成嵌入式数字铅球、嵌入式数字铁饼。

7、一种使用权利要求1所述的一种嵌入式数字链球的测量方法，包括接收三维加速度传感器的模拟量信息和输出数字量信息，其特征在于：

设定所述的单片机信息处理单元(2)的初始状态，所述的三维加速度传感器开始工作；

设定从链球开始旋转直到链球落地，单片机信息处理单元(2)一直处于工作状态，所述的三维加速度传感器采集信息的频率为200次/s；

所述的三维加速度传感器输出的信息为模拟量，所述的单片机对信息进行处理，并把模拟量转换成数字量；

所述的单片机把处理好的数字信息记录到存储器中；

链球球体(1)落地后，单片机信息处理单元(2)结束工作；

将所述的RS-232串行接口(3)与微机接口相连，把链球球体(1)的三维加速度信息输入计算机，能够分析链球球体(1)的运动学、动力学参数。

8、根据权利要求7所述的一种嵌入式数字链球的测量方法，其特征是所说的嵌入式数字链球或与高速运动分析仪、数字闪频仪、高速摄像机配合使用，在获得链球球体(1)三维加速度的同时，获得链球球体(1)在旋转时和抛掷后的运动轨迹。

9、根据权利要求7所述的一种嵌入式数字链球的测量方法，其特征是所说的一种嵌入式数字链球的测量方法或用到嵌入式数字铅球、嵌入式数字铁饼的测量中。

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