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无线传感器网络下的体育运动训练系统设计研究

范文

张斌

摘要：以现代体育训练使用需求为基础，通过无线传感网络技术实现体育运动训练系统的设计，系统主要包括硬件系统及软件系统。在硬件系统中实现传感器节点及基站的设计，能够实现运动收集人员运动参数的实时收集。在软件系统中实现基站控制、节点控制及运动数据库软件的设计，能够有效实现运动参数的收集、存储和分析。最后对设计的基于无线传感器网络体育运动训练系统进行测试，通过测试结果表示，该文所设计的系统能够满足体育运动训练使用需求。

关键词：无线传感器网络；体育；运动训练系统

中图分类号： TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）04-0012-02

在现代信息技术不断发展的过程中，对于竞争较为激烈的现代竞技体育具有一定的影响，使用信息技术能够实现运动人员训练的科学性。在传统体育运动训练过程中，其都是通过教练人员对运动员运动的数据进行记录和观察，根据自身的经验对运动的合理性进行判断。此种定性的分析方法具有较强的主观性，并且误差较大，而且容易受到干扰。将现代信息技术和传统训练方式及经验相互结合，能够对运动员在运动过程中的量化参数相互结合，从而实现运动员运动参数的及时获取，并且使计算机对其有效统计处理，以此为运动人员提供精准的运动分析结果。基于此，本文就对无线传感器网络中体育运动训练系统的设计进行全面的分析。

1 无线传感器网络和体育运动训练系统的需求

无线传感器网络属于计算机、传感器和通信相互结合的网络，其能够通过传感器技术和嵌入式计算技术实现数据收集、感知和处理。在实际工作过程中，无线传感器网络主要包括大量集成传感器及数据处理单元，并且还具有无线通信模块构成的多个细小的节点，节点能够利用自组织的方式创建通信网络，提高信息传输过程中的效率。无线传感器网络中具有多种现代化技术的集成，使用此网络能够实现数据的实时收集感知和处理，并且还能够将相应的信息发送给观察人员，并且其在使用过程中还具有一定的优势[1]。

基于无线传感器网络实现体育运动训练系统的设计，要保证其中的所有传感器节点数据能够相互的组合，从而有效提高系统传感器网络效率，并且还要保证系统设计过程中的信息传递、用户隐私、接口及网络状态方面得到基本的保障，从而提高在设计和使用过程中的安全性。在体育运动训练管理过程中，保证系统能够具备体育管理人员的思维模式，通过客观运动训练规律，从而有效提高运动训练效率，实现体育运动训练过程中的组织性、计划性、创新性及协调性。并且在实现体育运动训练系统设计过程中要能够全面保证体育运动训练管理系统满足运动训练管理人员及对象的需求，实现系统信息的优化，保证使用此系统能够对体育运动训练指标进行全面的衡量，以此有效提高系统实用性，使系统能够有效满足用户需求[2]。

2 基于无线传感器网络体育运动训练系统的设计

2.1 体育运动训练系统的设计框架

图1为运动系统设计的总体框架，运动系统主要是通过无线通信方式实现运动员生理及运动参数的设计，比如心电、加速度、速度及血压等。实现不同类型传感器节点的设计，就能够在运动人员身体及运动场地中安装，并且实现运动及生理参数的收集。然后将收集的参数到基站中发送，其利用内部管理软件实现数据收集和处理，之后通过LCD屏进行实时的展现。基站中手机的运动数据能够在数据库系统中长期的存储，并且对优秀运动员数据资料进行积累，创建专家系统[3]。

图1 运动系统设计的總体框架

2.2 系统硬件设计

2.2.1 传感器节点

传感器节点硬件结构主要包括传感器、处理器、电源及射频模块，图2属于本文所设计系统的传感器节点结构框架，其中电源模块能够为节点提供精准及稳定的能源也是节点是否能够工作的先决条件。本文所设计的节点电压在2.6-3.6v之间[4]。

使用AT65854单片机作为节点的核心处理器，其在工作过程中的功耗较低。传感器模块使用低功耗三轴电容加速度传感器，其主要使用温度补偿、单机低通滤波器、信号调理等技术。在处于休眠模式中的时候，其电流能够有效满足节点的低功耗需求。传感器模块中还具有扩展接口，能够以不同需求实现不同类型传感器的安装。

2.2.2 基站

基站属于系统控制及处理的核心内容，其具有数据处理、路由维护、网络唤醒、操作管理等功能。和节点进行对比，要求基站的处理能力及运行速度较高，并且要全面考虑系统的性能扩展，在设计过程中要使用具有较高性价比而且丰富的资源，实现外部存储控制器的集成，从而使其能够在功耗敏感场合中使用。

其中的射频模块使用CC2541型号，其能够实现传输协议的统一，从而使传输可靠性得到保证。其中的LCD屏使用3.5英寸，通过CUI实现图形界面的开发，从而使基站能够成为手持设备实现教练员指令的接收，对传感器网络的工作进行控制，从而在室内和室外都能够实现训练任务[5]。

2.3 软件设计

以无线传感器网络为基础，实现体育运动训练系统的优化，在此系统中要具备多方面的功能，从而使其能够满足用户的使用需求。系统软件主要包括用户管理、数据库、无线通信、传感器数据收集及运动训练决策。

用户管理的主要功能为实现系统用户信息的查询，还能够保证用户能够以不同的权限、角色在系统中实现不同功能的操作，系统中具备多用户信息安全的预防及保护，保证系统在使用过程中的安全性。

数据库的主要功能就是实现体育运动训练数据的有效管理。

无线传感器数据的功能就是利用无线传感器实现数据信息的传播，从而保证体育运动训练管理信息能够完整。

训练决策的主要目的就是使用系统实现运动项目的合理布局、管理和立项，从而使体育运动管理人员的训练能够协调[6]。

2.4 无线传感器网络的创建

无线传感器网络中的传感器节点能够实现本地数据的传输，还能够实现无线网络邻节点数据的传输，其具备双重无线传播的功能。而且，在实现无线传感器网络设计的过程中要能够基于后台管理软件进行控制，收集传感器网络中节点数据，将数据通过路由器对体育训练系统进行传输。

无线通信的主要目的就是实现控制信息、收集信息和运动训练的能量检测信息传递，利用无线射频实现发送模块的接收，还能够将自身信息对其他节点进行发送，实现无线通信模块功能的拆解。

在实现体育运动训练系统设计的过程中，在无线传感器网络的节点硬件主要包括无线传输及信息处理等单元内容。其中处理单元的主要目的能够实现操作传感器节点的控制，对系统数据存储问题进行处理。对于其中的传感器收集单元，能够实现系统管理区域的有效负责，实现运动信息的收集，并且无线传感还能够实现无线节点信息通信，保证此系统能够实现体育运动训练。

2.5 数据库管理系统的设计

运动数据库管理系统中的功能模块主要包括数据收集、系统配置、网络监测及数据管理。其中系统配置参数主要包括用户、数据库连接及系统等参数的配置，比如运动人员编号、测试方式和测试节点数量的设置，从而满足不同训练及测试的需求。

数据收集属于数据库管理系统的核心内容，数据库中心和基站通过USB接口实现连接，在保证基站连接请求之后，会以自定义的数据包协议实现数据的分析，然后以数据收集的顺序和运动人员的编号实现数据库的存储。

网络检测模块能够将运动数据库的管理系统在无线传感网络中的监控作用充分的展现出来，比如实现无线传感器网络节点的状态等。

数据显示的主要目的就是将实时数据、运动员及历史数据充分的显示出来[7]。

3 系统的测试

对本文所设计的体育运动训练系统进行测试，包括功率、电流的消耗和丢包率及碰撞率，通信实验的统计数据结果详见表1。之后对不同发射功率中电流消耗进行测试，测试的结果详见表2。通过测试和使用结果表示，本文所研究的系统能够在使用过程中的能耗较低，并且能够缩小节点体积，具备良好的扩展性及灵活性[8-9]。

表1 通信实验统计的结果数据

4 结束语

无线传感网络被广泛应用到现代社会各个行业中，本文就基于无线传感网络，实现无线传感器网络中体育运动训练系统

的设计。使用无线传感器网络技术实现运动训练系统的设计，能够有效提高系统性能。不仅能够对训练过程及模式进行自动的控制，还能够支持室外运动场地的训練使用，其组网较为灵活。在现代社会中，使用无线传感器网络的使用属于必然趋势，其成本较低，并且操作较为简单，具有良好的实时性，使用前景较为良好。

参考文献：

[1] 秦勇. 无线传感器网络下的体育运动训练系统设计[J]. 自动化与仪器仪表， 2016（5）：122-124.

[2] 尹倩. 无线传感器网络应用于田径运动的策略研究[J]. 科学技术创新， 2017（28）.

[3] 王学泰. 基于ZigBee无线传感器网络的井下人员定位系统研究与设计[D]. 太原理工大学， 2013.

[4] 杨晓婧. 基于无线传感器网络的人体运动能耗检测系统的设计[D]. 武汉工程大学， 2014.

[5] 胡璞，易名农，刘嘉. 基于多传感器数据融合技术的水上训练监控系统的研制与应用[J]. 武汉体育学院学报， 2015， 49（3）：96-100.

[6] 马勇，郑勤振，刘林，等. 基于无线传感技术的体育场馆室内空气环境监控系统设计[J]. 武汉体育学院学报， 2017， 51（3）：70-76.

[7] 何伟，陈骐，史鸿范，等. 步法移动训练及监测技术手段的研究[C]// 2011全国体育科学大会. 2011.

[8] 叶强. 柔性力敏传感在人体运动信息获取和反馈训练中的应用研究[D].合肥：中国科学技术大学， 2017.

[9] 张栋. 基于Zigbee技术的足球跑位监控系统设计[J]. 自动化与仪器仪表， 2015（10）：186-187.

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