CN104619051A - 移动无线基站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种移动无线基站，包括Zigbee模块、Zigbee天线、WiFi模块和WiFi天线，Zigbee天线连接在Zigbee模块上，WiFi天线连接在WiFi模块上，Zigbee模块与WiFi模块通过串口转USB接口进行通讯。本发明提供的移动无线基站，成本低、功耗低，可用于划船专项训练实时监测系统，将采集的运动员划船过程中的心率、速度、加速度、滑行角度、桨频、桨效、位移等数据通过移动无线基站传输给PAD，查看和导出运动员各项指标的报表、曲线图和柱状图，量化运动员训练强度负荷、实时监控运动员的专项强度负荷指标，帮助教练员更客观地评价训练效果、有针对性的制定训练计划，以提高训练效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动无线基站，具体涉及一种双模式的移动无线基站。
背景技术
划船运动水上项目历来是奥运会的金牌产生大户，是国家体委“119”工程的重点攻关项目，具体包括：赛艇、皮艇、划艇、帆船、帆板等，这些全部为奥运比赛项目，在民间还有龙舟、划水等项目。
划船运动员在水中划行的效果，是教练员检验训练质量的核心，它通过艇只在水中的运行速度、运动员划桨的频率、划行次数、划行距离、划行直线度、耗费时间等相关指标得以反映。长期以来，由于水域的阻隔，对这些参数的现场监测造成了极大的困难，特别是水上即时训练数据的获取，对教练员的判断与指导效果有着重大的影响。
目前的训练仍停留在教练员开着摩托艇在水上“人盯人”训练，这种方式下，教练员全凭经验和个人感觉对运动员训练状况进行评估，不仅训练效率低下，训练结果无法量化，不可避免会产生人为误差，而且大大增加了训练费用。
为了解决上述问题，可在船艇上放置数据采集终端采集划船运动员在水中划行的相关数据，并将采集到的数据发送至PC终端分析艇只在水中的运行速度、运动员划桨的频率、划行次数、划行距离、划行直线度、耗费时间等相关指标。而数据采集终端与PC终端之间的传输方式可以以无线传输的方式，比如WiFi。WiFi是基于IEEE802.11标准的无线传输技术，无线数据传输速率高，目前广泛应用于个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端上。但是WiFi成本较高且功耗较大，传输距离近。
发明内容
有鉴于此，提供一种移动无线基站，用于划船专项训练实时监测系统，将数据采集终端采集的运动员划船过程中的心率、速度、加速度、滑行角度、桨频、桨效、位移等数据通过移动无线基站传输给PAD，查看和导出运动员各项指标的报表、曲线图和柱状图，量化运动员训练强度负荷、实时监控运动员的专项强度负荷指标，帮助教练员更客观地评价训练效果、有针对性的制定训练计划，以提高训练效果。
根据本发明，提供一种移动无线基站，包括Zigbee模块、Zigbee天线、WiFi模块和WiFi天线，Zigbee天线连接在Zigbee模块上，WiFi天线连接在WiFi模块上，Zigbee模块与模块通过串口转USB接口进行通讯。
优选地，所述移动无线基站还包括可扩展USB-HUB模块，与WiFi模块通过USB接口连接，用于根据不同的传输协议扩展成相应的接口模块。
优选地，所述移动无线基站还包括485接口模块，用于接收外接设备发送的信息，并通过可扩展USB-HUB模块传输给WiFi模块。
优选地，所述串口转USB接口将Zigbee模块发送的串行信号转换成USB差分信号发送至所述WiFi模块。
优选地，所述WiFi模块内部集成有基带处理器，用于接收所述USB差分信号并将所述USB差分信号转换成标准的TCP/IP网络协议的信号。
优选地，所述基带处理器用于将标准的TCP/IP网络协议的信号转换成USB差分信号并发送至串口转USB接口。
优选地，所述串口转USB接口将所述WiFi模块发送的USB差分信号转换成串口信号发送至所述Zigbee模块。
本发明提供的移动无线基站，成本低、功耗低，可以用于划船专项训练实时监测系统，将数据采集终端采集的运动员划船过程中的心率、速度、加速度、滑行角度、桨频、桨效、位移等数据通过移动无线基站传输给PAD，查看和导出运动员各项指标的报表、曲线图和柱状图，量化运动员训练强度负荷、实时监控运动员的专项强度负荷指标，帮助教练员更客观地评价训练效果、有针对性的制定训练计划，以提高训练效果。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为本发明实施例的划船专项训练实时监测系统的结构示意图。
图2为本发明实施例的数据采集终端的结构示意图；
图3为本发明实施例的移动无线基站的结构示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，划船专项训练实时监测系统包括：心率传感器10、数据采集终端20、移动无线基站30、平板电脑40。
所述心率传感器10由运动员佩戴，通过蓝牙方式与数据采集终端20连接；所述数据采集终端20以Zigbee方式与移动无线基站30相连接，进行数据传输；所述移动无线基站30以WiFi方式与平板电脑40连接。
优选地，所述划船专项训练实时监测系统还包括风速风向仪50，与移动无线基站30通过有线的方式连接，用于获取环境的风速风向信息并发送给所述移动无线基站30。
所述心率传感器10由运动员佩戴，以无线方式与数据采集终端20相连接；心率传感器10与数据采集终端20之间采用的是无线蓝牙4.0协议传输数据。运动员佩戴的心率传感器和数据采集终端是通过蓝牙配对连接的，只需配对1次，不同运动员的设备之间是不会相互串扰和影响的。心率传感器10至少包括心率胸带传感器和心率臂带传感器中的一种，心率胸带传感器可佩戴在胸前，通过心率带两侧的电极测量皮肤中的心动电流或者电势的周期变化，然后计算出精确地心率值。心率臂带传感器可佩戴在手腕处，通过光学技术监测血流量及心率值。
如图2所示，所述数据采集终端由CPU处理单元201、GPS模块202、GPS天线203、蓝牙模块204、9轴传感器205、Zigbee模块206、Zigbee天线207、FLASH存储模块208、显示模块209和电池管理模块210组成，其中，GPS模块202、蓝牙模块204、9轴传感器205、Zigbee模块206、FLASH存储模块208、显示模块209、电池管理模块210分别与CPU处理单元201相连，GPS天线203连接在GPS模块上，Zigbee天线207连接在Zigbee模块206上。
数据采集终端20安装在比赛或训练的船艇上，GPS模块202用于定位船艇的实时经度和纬度并发送给CPU处理单元201进行处理。经度和纬度信息定位船艇的实时位置，通过初始位置经纬度和当前位置经纬度，可计算船艇滑行的距离。GPS模块的定位精度为2米，更新速率为10Hz。依据GPS时间进行校时，所有设备的时间误差为2微秒。GPS模块202与CPU处理单元201的接口为I2C接口。
蓝牙模块204采用蓝牙V4.0BLE(Bluetooth Low Energy)协议，和运动员佩戴的心率传感器10配对成功后，实时接收运动员的心率值和心率传感器的电池电量信息，蓝牙模块204把信息转发给CPU处理单元201。本实施例中的蓝牙模块204可以采用TI CC2540芯片，配置256Kb空间，支持AT指令，用户可根据需要更改角色(主、从模式)以及串口波特率、设备名称、配对密码等参数，使用灵活。主从一体的设计，透明传输，无需单片机控制。自带串口与单片机的收发没有字节限制，工作频率为2.4GHz。2.4GHz是一个全球性的频段，开发的产品具有全球通用性，具有带宽高、功耗低等特点。
9轴传感器205包括三轴陀螺仪、三轴加速传感器和三轴磁感应传感器。其中，三轴陀螺仪用于获取船艇的角速度，以判别船艇的运动状态，所以也称为运动传感器；三轴加速度传感器用于获取船艇空间矢量的加速度，所述加速度用于计算运动员的桨频等信息；三轴磁感应传感器用于获取船艇的运动方向，进而计算船艇的运动方向。9轴传感器205将测量到的数据发送给CPU处理单元201，CPU处理单元201接收测量到的数据并进行滤波、分析处理得到船艇的运动方向、运动加速度、船艇的各种姿态以及运动员的桨频和桨效等信息。其中，桨频为1分钟内划船运动员划桨的次数。
Zigbee模块206采用Zigbee协议，Zigbee协议是一种低功耗、短距离、可组网的无线通讯协议。Zigbee无线通讯网络技术是全球通用的2.4GHz的免执照频率。一个主节点可以组网管理254个子节点，一般划船运动一个团队不会超过20人，Zigbee能方便的把运动员的信息组网管理。划船运动比赛和训练时一般都会有教练船跟随，教练船和运动员的船只一般不会超过500米，而Zigbee的传输距离能达到1-3Km。Zigbee天线207连接在Zigbee模块206上。CPU处理单元201把所有采集和处理后的数据通过Zigbee模块206和Zigbee天线207发送到移动无线基站30。
Zigbee协议为半双工通讯协议，移动无线基站30和数据采集终端20之间不能同时进行收发数据。整个系统数据采集终端为12台或更多，每台数据采集终端20和移动无线基站30的通讯也都是分时通讯的，每台数据采集终端20和移动无线基站30的通讯时长为50毫秒。数据采集终端20的时间都是源于GPS卫星，整个系统设备之间的时间误差在2微秒，这样就保证了多台数据采集终端和移动无线基站之间数据通讯没有碰撞，保证了数据传发的有效性，更加充分的利用了带宽，避免了带宽的浪费。
Zigbee数据传输采用透明传输的方式，透传的好处在于用户不需要考虑模块中程序如何运行的，用户只需要将自己的数据通过串口发送到Zigbee模块里，然后模块自动把数据用无线传输出去，并按照预先配置好的网络结构，和网络中的目的地址节点进行收发通讯，接收模块会进行数据校验，如数据无误即通过串口送出。Zigbee天线207连接在Zigbee模块206上，延长传输距离。
FLASH存储模块208用于存储运动员训练过程中的原始数据和设置参数等信息。FLASH存储模块可保存记录运动员在比赛和训练过程中的所有数据，以备份运动员在比赛和训练过程中的数据，当无线网络出现故障无法连接移动无线建站时，比赛或训练结束后，可通过USB接口把数据导出到电脑PC。
显示模块209用于显示上述采集的数据和处理后的数据。显示屏可以是液晶显示屏，能在强光下很好的被运动员看清显示的内容。显示项可根据训练的侧重点不同进行设置，显示内容可在速度、加速度、心率、位移、桨频、桨效、成绩预估等任选两项。显示的语言根据国家或地区进行设置，语言有中文、英文等。运动员根据数据采集终端显示的内容可了解自身的不足和改进之处，以更好的达到训练和比赛的目的，例如：当桨频数低于预期的桨频时，运动员可以加快其划桨的速度；当位移接近比赛的距离时，运动员可以进行冲刺，达到更好的成绩。
电池管理模块210用于为上述模块供电。当电池电量低于预警值时，电池管理模块210自动报警并提醒用户充电，当低于极限值时，可自动断电，数据采集终端20关机。
优选地，所述数据采集终端还包括声光报警模块211，用于根据电池电量进行报警。即电量过低时，红色led指示灯闪烁，蜂鸣器发出“滴滴”声。在正常充电时，红色Led指示灯闪烁，当充满电时，红色LED指示灯常亮。
如图3所示，移动无线基站30包括Zigbee模块301、Zigbee天线302、WiFi模块303和WiFi天线304。Zigbee天线302连接在Zigbee模块301上，WiFi天线304连接在WiFi模块303上。Zigbee模块301与WiFi模块303通过串口转USB接口307进行通讯。Zigbee模块301通过Zigbee无线2.4GHz协议，接收数据采集终端20的数据，然后通过串口转USB接口转发到WiFi模块303，平板电脑40从WiFi模块303接收数据并以图形界面显示。
优选地，所述移动无线基站还包括可扩展USB-HUB模块305，与WiFi模块通过USB接口连接，用于根据不同的传输协议扩展成相应的接口模块。
优选地，Zigbee模块301通过串口转USB接口307与WiFi模块303内部的基带处理器3031(图中未示出)相连。
具体地，Zigbee信号到WiFi信号的转换过程：Zigbee模块出来的串口TTL电平信号经过串口转USB接口转成USB差分信号，WiFi模块把接收到的USB差分信号，WiFi模块303内部的基带处理器3031将USB差分信号经过算法处理转化为标准的TCP/IP网络协议，然后通过WiFi天线发出。WiFi信号到Zigbee信号的转换过程：WiFi天线接收到的标准网络TCP/IP协议包经过WiFi模块303内部的基带处理器3031转换为USB差分信号，并传送给串口转USB接口转换为TTL电平信号，Zigbee模块接收到的TTL串口信号经过打包通过Zigbee天线发出。
优选地，所述移动无线基站还包括485接口模块306，与可扩展USB-HUB模块和风速风向仪连接，用于接收所述风速风向仪发送的风速风向信息，并通过可扩展USB-HUB模块305传输给WiFi模块306。
移动无线基站30在教练员乘船跟踪时可以安装在教练员船艇上，当教练员不乘船跟踪时，移动无线基站30也可以利用三脚架固定在岸边。
PAD(平板电脑)40终端是一种小型、方便携带的个人电脑，以触摸屏作为基本的输入设备。由于其携带方便，配置资源丰富，可作为划船运动专项训练的手持终端使用。PAD接收各个数据采集终端的数据，并以曲线和柱状图的形式实时显示，以便教练员查看每位运动员和船艇的状态。
本发明实施例提供的移动无线基站，成本低、功耗低，可用于划船专项训练实时监测系统，将数据采集终端采集的运动员划船过程中的心率、速度、加速度、滑行角度、桨频、桨效、位移等数据通过移动无线基站传输给PAD，查看和导出运动员各项指标的报表、曲线图和柱状图，量化运动员训练强度负荷、实时监控运动员的专项强度负荷指标，帮助教练员更客观地评价训练效果、有针对性的制定训练计划，以提高训练效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种移动无线基站，包括Zigbee模块、Zigbee天线、WiFi模块和WiFi天线，Zigbee天线连接在Zigbee模块上，WiFi天线连接在WiFi模块上，Zigbee模块与WiFi模块通过串口转USB接口进行通讯。
2.根据权利要求1所述的移动无线基站，其中，所述移动无线基站还包括可扩展USB-HUB模块，与WiFi模块通过USB接口连接，用于根据不同的传输协议扩展成相应的接口模块。
3.根据权利要求2所述的移动无线基站，其中，所述移动无线基站还包括485接口模块，用于接收外接设备发送的信息，并通过可扩展USB-HUB模块传输给WiFi模块。
4.根据权利要求1所述的移动无线基站，其中，所述串口转USB接口将Zigbee模块发送的串行信号转换成USB差分信号发送至所述WiFi模块。
5.根据权利要求4所述的移动无线基站，其中，所述WiFi模块内部集成有基带处理器，用于接收所述USB差分信号并将所述USB差分信号转换成标准的TCP/IP网络协议的信号。
6.根据权利要求4所述的移动无线基站，其中，所述基带处理器用于将标准的TCP/IP网络协议的信号转换成USB差分信号并发送至串口转USB接口。
7.根据权利要求6所述的移动无线基站，其中，所述串口转USB接口将所述WiFi模块发送的USB差分信号转换成串口信号发送至所述Zigbee模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150513 |