运动员测速装置设计漫谈

      这是一种测量运动员在跑步过程中瞬时速度的智能硬件。它使用无线射频（2.4G免授权如24L01）收发机将运动员瞬时速度，姿态，环境状态实时传输给主机，能够同时测量1-20名运动员的运动状态，并通过串口将主机中储存的信息发送给电脑，能够实时显示各运动员的运动状态，分析各运动员的运动状态。

                                                 ——摘要

装置要求

1.测量运动员瞬时速度是通过三轴加速度传感器采集3轴方向加速度，通过一定的算法，得到运动方向速度。

2.配置在运动员腰部的测速装置（从机）既可以将测量的速度，姿态，环境状态分时分段传递给主控制机，也可以传送给配置在运动员手腕的接收机，显示相关参数，起到提醒的作用。

3.主机负责给各个测速装置编码，规定相应的通信协议，自动识别新添入/移除的测速装置，能够在一定时间内将从机发送的数据储存并可以通过串口发送给电脑。

4.电脑上串口程序可以将收集的数据制表或画图，并可以通过相应的算法得到各运动员运动状态，以供教练分析参考。

目前，运动员测速采用的是激光，摄影，多普勒雷达测速，光电管分段测速。激光测速只能运用于直线测量，测量距离有限，很容易受环境影响。摄影测速成本高，测量结果不实时，运营成本大。多普勒雷达虽然性价比高，但对于多人分时分段测量有些困难。光电管测量虽然成本高，但实际测量中需要摆放大量基站，占用跑道空间，且精度也不是很高，费时费力，不适用在非训练场地适用。

本测速装置结构简单，成本相对低廉，可以再一般运动场地适用。精度不如摄影，激光测速，但在日常训练中有着一个辅导校正作用。有很大的市场需求。

装置说明

1结构图

注：测速装置含运动员手腕显示器

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                    (gx,gy,gz)

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       X

测速原理图：

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2016-3-30 23:40 上传

通过对三轴加速度积分就可以得到速度，通过与测速表校正，可以得到实际测速与内部三轴加速度测速之间的关系，进而可以分段测速。

3无线协议

目前市场上无线通信主要有蓝牙，WiFi，ZigBee，GPRS,2.4G射频.蓝牙功耗大，通信距离短。WiFi成本高，且只适合在有局域网的环境下使用，不适合在操场野外等环境下使用。ZigBee功耗低，可以进行组网，但其协议并未开放，市场还没开拓，开发有一定难度。GPRS可以在大部分区域内使用，但需要交纳相应的流量费，并不经济。而2.4G射频运用在无线键盘，鼠标，遥控飞机，适合低成本短距离通信，且可以通过添加外置天线实现1-3km无线通信。

因为无线传输装置只需要传输运动员基本运动参数，故不需要太大储存空间，主机需要一张sd卡或u盘储存信息。基于ZigBee通信原理，测试开始时，主机需要向从机发送同步信号，设定此时各从机的定时时间与主机的一致，主机给每个从机匹配一定的序号，从机按序号分时段传输信息，这样保证主机不会在同时受到几条信息而无法处理。每个从机按API格式给主机发送信息，保证信息的完整与不掉包。主机将接收后的信息经过处理后按照一定的格式发送给电脑串口。

4     PC串口程序

      由于储存的信息查看不便，我们需要将其显示在电脑上。电脑上的串口程序将主机接受的信息按照约定的编码格式解码到电脑上，用图表的方式显示出来，也可以根据一定的经验公式，求出每个运动员的实际成绩，以供参考。