專利名稱：基于uwb移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種競技體育比賽項目中的監(jiān)測系統(tǒng)，特別涉及一種競走犯規(guī)的監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
競走比賽是一項對動作規(guī)范要求非常高的田徑運動項目，有兩個針對下肢運動的核心規(guī)則首先，一個競走運動員必須始終保持至少有一只腳落在地面上，即不能有“騰空” 動作；其次，從前進腳落地的一刻起直到腿部達到垂直的姿勢，腿部必須保持直線，膝蓋不能彎曲。違反這兩項規(guī)則就視為犯規(guī)，前者稱為“騰空犯規(guī)”，后者稱為“屈膝犯規(guī)”。目前， 國內國際上競走比賽的犯規(guī)裁定仍然采用以目測為主，攝像記錄為輔的方法。該方法存在的弊端有二 一是為保證裁定的公正性，一項比賽不得不采用較多數(shù)量的裁判，從而造成人員的浪費。二是由于競走比賽賽程一般較遠，運動員的動作不大但很快，通過目測的方法不可能做到對每個運動員全程的每一步觀察到位。因此，不可避免地出現(xiàn)裁判漏判、錯判以及裁判員與運動員之間發(fā)生爭執(zhí)的情況，從而使競走犯規(guī)成為所有競技體育比賽項目中最難裁定，且裁判最有爭議的項目之一，廣大體育工作者迫切要求解決這一問題。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明設計了一套智能無線監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)對運動員競走過程中“騰空犯規(guī)”和“屈膝犯規(guī)”的實時、準確、有效地檢測與記錄。本發(fā)明的技術方案基于UWB移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征包括運動員裝置、數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機；運動員裝置負責采集運動員的動作數(shù)據(jù)和進行犯規(guī)判決，并將運動員的犯規(guī)信息通過無線形式傳送給數(shù)據(jù)匯聚器；數(shù)據(jù)匯聚器通過 USB接口與裁判PC機相連，并把接收到的運動員犯規(guī)信息實時地上傳給裁判PC機；裁判PC 機負責存儲和顯示運動員是否犯規(guī)、犯規(guī)類型和犯規(guī)次數(shù)等信息運動員裝置實際上是一個無線子系統(tǒng)，主要包括負責檢測犯規(guī)數(shù)據(jù)的無線檢測器和與負責數(shù)據(jù)匯聚器通信的無線判決器兩部分。無線檢測器又分為“騰空犯規(guī)”檢測器和“屈膝犯規(guī)”檢測器兩種。“騰空犯規(guī)”檢測器裝配在運動鞋的鞋底，采用壓力傳感器作為動作檢測器件；“屈膝犯規(guī)”檢測器裝配在運動護膝的內部，采用應變傳感器作為動作檢測器件。無線檢測器主要包括傳感器、處理器、UffB芯片和紐扣電池四個部分。傳感器負責采集所屬運動員的動作信息；處理器選用具有模數(shù)轉換功能和一定存儲容量的嵌入式芯片，負責控制整個無線檢測器的操作、存儲和處理采集到的數(shù)據(jù)；UWB芯片負責與無線判決器通信，接收控制命令和發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)；紐扣電池為整個無線檢測器供電。無線判決器可以佩戴在運動員的腰部，負責接收無線檢測器檢測到的數(shù)據(jù)并依此進行犯規(guī)判決，然后把判決結果發(fā)送給數(shù)據(jù)匯聚器。無線判決器主要包括處理器、存儲器、 下行UWB芯片、上行UWB芯片和紐扣電池五個部分。下行UWB主要負責接收來自無線檢測器的數(shù)據(jù)；處理器負責整體操作控制和犯規(guī)判決；上行UWB主要負責將判決結果上傳給數(shù)據(jù)匯聚器。由于要接收來自身體腳部和膝部的4個無線檢測器的數(shù)據(jù)，而且要執(zhí)行犯規(guī)判決算法，所以必須為處理器配置足夠容量的外部存儲器。紐扣電池為整個無線判決器供電。數(shù)據(jù)匯聚器主要包括處理器、存儲器、UffB芯片和USB接口芯片四個部分。UWB芯片負責無線接收無線判決器發(fā)來的犯規(guī)數(shù)據(jù)；存儲器負責暫時存儲接收到的犯規(guī)數(shù)據(jù)；處理器負責數(shù)據(jù)匯聚器各部分協(xié)調一致地工作；USB接口芯片負責數(shù)據(jù)匯聚器與裁判PC機的連接，以及利用裁判PC機給整個數(shù)據(jù)匯聚器供電。本發(fā)明的技術方案基于UWB移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征還包括以移動自組織網(wǎng)絡(MANET)作為系統(tǒng)組網(wǎng)方式。從組網(wǎng)角度來看，數(shù)據(jù)匯聚器和運動員裝置中的無線檢測器、無線判決器構成了一個移動自組織網(wǎng)絡(MANET)。整個網(wǎng)絡采用的是三層的分層體系結構。最高層即層1為數(shù)據(jù)匯聚器構成的一個節(jié)點。中間層即層2是由無線判決器作為骨干節(jié)點構成的移動骨干網(wǎng)。最底層即層3是由無線檢測器作為普通節(jié)點構成的普通節(jié)點子網(wǎng)。同一域內的普通節(jié)點只與本域的骨干節(jié)點通信，由于距離很近而且位置相對固定，所以無需采用多跳技術而且相對實現(xiàn)簡單。骨干節(jié)點隨著運動員位置的改變，可能會離數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機很遠，超出無線通信的范圍，因此必須采用多跳通信技術。即每個骨干節(jié)點除具有系統(tǒng)功能外，還要具有網(wǎng)絡中繼功能，既可以直接同數(shù)據(jù)匯聚器通信，又可以通過其他鄰近骨干節(jié)點的轉接將數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)匯聚器。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是(1)以壓力傳感器作為騰空動作的檢測元件，以應變傳感器作為屈膝動作的檢測元件，由每個運動員攜帶的無線判決器根據(jù)接收到的兩個壓力傳感器和兩個應變傳感器的檢測數(shù)據(jù)綜合地進行犯規(guī)判決，能夠同時檢測出“騰空犯規(guī)”和“屈膝犯規(guī)”，判決結果準確可靠。(2)以UWB作為物理層無線傳輸技術，具有抗干擾能力強、傳輸速率高、耗能小、不易被截獲等優(yōu)點。系統(tǒng)選用UWB單芯片，同時具有物理層、MAC層和無線收發(fā)的功能，縮小了系統(tǒng)中設備的體積，大大增加了系統(tǒng)集成度。(3)以移動自組織網(wǎng)絡作為系統(tǒng)組網(wǎng)方式，具有自發(fā)現(xiàn)、自動配置、自組織、自愈的特性，其中的多跳技術更是克服了一般無線通信傳輸距離有限的問題。(4)本發(fā)明技術先進、功能完備、智能化程度高，是輔助運動員日常訓練和消除競走比賽裁判紛爭的有力工具。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明圖1是本發(fā)明的整體結構圖；圖2是本發(fā)明中無線檢測器的組成結構圖；圖3是本發(fā)明中的無線判決器的組成結構圖；圖4是本發(fā)明中的“騰空犯規(guī)”判決情況分析表；圖5 是本發(fā)明中的“屈膝犯規(guī)”判決情況分析表；圖6是本發(fā)明中的數(shù)據(jù)匯聚器的組成結構圖； 圖7是本發(fā)明的整體網(wǎng)絡分層體系結構圖。
具體實施例方式實施例1 如圖1所示，整個系統(tǒng)由運動員裝置、數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機三部分構成；運動員裝置負責采集運動員的動作數(shù)據(jù)和進行犯規(guī)判決，并將運動員的犯規(guī)信息通過無線形式傳送給數(shù)據(jù)匯聚器；數(shù)據(jù)匯聚器通過USB接口與裁判PC機相連，并把接收到的運動員犯規(guī)信息實時地上傳給裁判PC機；裁判PC機負責存儲和顯示運動員是否犯規(guī)、犯規(guī)類型和犯規(guī)次數(shù)等信息。如圖2所示，無線檢測器由傳感器(壓力傳感器或應變傳感器)、處理器、UWB芯片和紐扣電池四個部分。傳感器負責采集所屬運動員的動作信息；處理器選用具有模數(shù)轉換功能和一定存儲容量的嵌入式芯片，負責控制整個無線檢測器的操作、存儲和處理采集到的數(shù)據(jù)；UWB芯片負責與無線判決器通信，接收控制命令和發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)；紐扣電池為整個無線檢測器供電。如圖3所示，無線判決器由處理器、存儲器、下行UWB芯片、上行UWB芯片和紐扣電池五個部分組成。下行UWB主要負責接收來自無線檢測器的數(shù)據(jù)；處理器負責整體操作控制和犯規(guī)判決；上行UWB主要負責將判決結果上傳給數(shù)據(jù)匯聚器；外部存儲器負責數(shù)據(jù)的存儲；紐扣電池為整個無線判決器供電。犯規(guī)判決的情況分析如圖4和圖5所示。圖4中的情況4為左右腳鞋底的壓力傳感器檢測到的數(shù)據(jù)均比標準壓力值小，此種情況則認定為運動員“騰空犯規(guī)”。圖5中兩個壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)作比較是為了確定哪一條腿是支撐腿，支撐腿上檢測的壓力數(shù)據(jù)必然要比非支撐腿上檢測到的壓力數(shù)據(jù)要大。根據(jù)支撐腿不能彎曲的規(guī)定，情況1和情況3時會認定運動員為“屈膝犯規(guī)”。如圖6所示，數(shù)據(jù)匯聚器主要包括處理器、存儲器、UffB芯片和USB接口芯片四個部分。UWB芯片負責無線接收無線判決器發(fā)來的犯規(guī)數(shù)據(jù)；存儲器負責暫時存儲接收到的犯規(guī)數(shù)據(jù)；處理器負責數(shù)據(jù)匯聚器各部分協(xié)調一致地工作；USB接口芯片負責數(shù)據(jù)匯聚器與裁判PC機的連接，以及利用裁判PC機給整個數(shù)據(jù)匯聚器供電。如圖7所示，系統(tǒng)中的移動自組織網(wǎng)絡構成了一個三層的體系結構。最高層即層 1為數(shù)據(jù)匯聚器構成的一個節(jié)點。中間層即層2是由無線判決器作為骨干節(jié)點構成的移動骨干網(wǎng)。最底層即層3是由無線檢測器作為普通節(jié)點構成的普通節(jié)點子網(wǎng)。同一域內的普通節(jié)點只與本域的骨干節(jié)點通信，由于距離很近而且位置相對固定，所以無需采用多跳技術而且相對實現(xiàn)簡單。骨干節(jié)點隨著運動員位置的改變，可能會離數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機很遠，超出無線通信的范圍，因此必須采用多跳通信技術。即每個骨干節(jié)點除具有系統(tǒng)功能夕卜，還要具有網(wǎng)絡中繼功能，既可以直接同數(shù)據(jù)匯聚器通信，又可以通過其他鄰近骨干節(jié)點的轉接將數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)匯聚器。
權利要求
1.一種基于UWB移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征包括運動員裝置、 數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機；運動員裝置負責采集運動員的動作數(shù)據(jù)和進行犯規(guī)判決，并將運動員的犯規(guī)信息通過無線形式傳送給數(shù)據(jù)匯聚器；數(shù)據(jù)匯聚器通過USB接口與裁判PC機相連，并把接收到的運動員犯規(guī)信息實時地上傳給裁判PC機；裁判PC機負責存儲和顯示運動員是否犯規(guī)、犯規(guī)類型和犯規(guī)次數(shù)等信息運動員裝置實際上是一個無線子系統(tǒng)，主要包括負責檢測犯規(guī)數(shù)據(jù)的無線檢測器和與負責數(shù)據(jù)匯聚器通信的無線判決器兩部分。無線檢測器又分為“騰空犯規(guī)”檢測器和“屈膝犯規(guī)”檢測器兩種。“騰空犯規(guī)”檢測器裝配在運動鞋的鞋底，采用壓力傳感器作為動作檢測器件；“屈膝犯規(guī)”檢測器裝配在運動護膝的內部，采用應變傳感器作為動作檢測器件。無線檢測器主要包括傳感器、處理器、UWB 芯片和紐扣電池四個部分。傳感器負責采集所屬運動員的動作信息；處理器選用具有模數(shù)轉換功能和一定存儲容量的嵌入式芯片，負責控制整個無線檢測器的操作、存儲和處理采集到的數(shù)據(jù)；UWB芯片負責與無線判決器通信，接收控制命令和發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)；紐扣電池為整個無線檢測器供電。無線判決器可以佩戴在運動員的腰部，負責接收無線檢測器檢測到的數(shù)據(jù)并依此進行犯規(guī)判決，然后把判決結果發(fā)送給數(shù)據(jù)匯聚器。無線判決器主要包括處理器、存儲器、下行 UffB芯片、上行UWB芯片和紐扣電池五個部分。下行UWB主要負責接收來自無線檢測器的數(shù)據(jù)；處理器負責整體操作控制和犯規(guī)判決；上行UWB主要負責將判決結果上傳給數(shù)據(jù)匯聚器。由于要接收來自身體腳部和膝部的4個無線檢測器的數(shù)據(jù)，而且要執(zhí)行犯規(guī)判決算法， 所以必須為處理器配置足夠容量的外部存儲器。紐扣電池為整個無線判決器供電。數(shù)據(jù)匯聚器主要包括處理器、存儲器、UWB芯片和USB接口芯片四個部分。UWB芯片負責無線接收無線判決器發(fā)來的犯規(guī)數(shù)據(jù)；存儲器負責暫時存儲接收到的犯規(guī)數(shù)據(jù)；處理器負責數(shù)據(jù)匯聚器各部分協(xié)調一致地工作；USB接口芯片負責數(shù)據(jù)匯聚器與裁判PC機的連接， 以及利用裁判PC機給整個數(shù)據(jù)匯聚器供電。
2.一種基于UWB移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征還包括以移動自組織網(wǎng)絡(MANET)作為系統(tǒng)組網(wǎng)方式。從組網(wǎng)角度來看，數(shù)據(jù)匯聚器和運動員裝置中的無線檢測器、無線判決器構成了一個移動自組織網(wǎng)絡(MANET)。整個網(wǎng)絡采用的是三層的分層體系結構。最高層即層1為數(shù)據(jù)匯聚器構成的一個節(jié)點。中間層即層2是由無線判決器作為骨干節(jié)點構成的移動骨干網(wǎng)。最底層即層3是由無線檢測器作為普通節(jié)點構成的普通節(jié)點子網(wǎng)。同一域內的普通節(jié)點只與本域的骨干節(jié)點通信，由于距離很近而且位置相對固定，所以無需采用多跳技術而且相對實現(xiàn)簡單。骨干節(jié)點隨著運動員位置的改變，可能會離數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機很遠，超出無線通信的范圍，因此必須采用多跳通信技術。即每個骨干節(jié)點除具有系統(tǒng)功能外，還要具有網(wǎng)絡中繼功能，既可以直接同數(shù)據(jù)匯聚器通信，又可以通過其他鄰近骨干節(jié)點的轉接將數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)匯聚器。
3.一種基于UWB移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征還包括犯規(guī)的綜合判決方法當左右腳鞋底的壓力傳感器檢測到的數(shù)據(jù)均比標準壓力值小，此種情況則認定為運動員“騰空犯規(guī)”。用比較兩個壓力傳感器檢測數(shù)據(jù)大小的方法來確定哪一條腿是支撐腿，支撐腿上的應變傳感器檢測數(shù)據(jù)若比標準應變值大，則認定為“屈膝犯規(guī)”。
全文摘要
本發(fā)明專利公開了一種基于UWB移動傳感器網(wǎng)絡的競走犯規(guī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效地解決競走比賽中因人為裁定而經常出現(xiàn)的錯判、漏判等問題。系統(tǒng)組成包括運動員裝置、數(shù)據(jù)匯聚器和裁判PC機。運動員裝置負責采集數(shù)據(jù)和犯規(guī)判決；數(shù)據(jù)匯聚器負責收集犯規(guī)信息并上傳給裁判PC機；裁判PC機負責存儲和顯示。本系統(tǒng)以壓力傳感器和應變傳感器作為運動員動作檢測器件，以移動自組織網(wǎng)絡(MANET)作為系統(tǒng)組網(wǎng)方式，以UWB作為無線通信技術，能夠實時檢測運動員的“騰空犯規(guī)”和“屈膝犯規(guī)”動作并通過無線方式傳輸?shù)讲门刑幍腜C機上。系統(tǒng)技術先進、功能完備、智能化程度高，是輔助運動員日常訓練和消除競走比賽裁判紛爭的有力工具。
文檔編號H04W84/18GK102553201SQ20101059892
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權日2010年12月21日
發(fā)明者崔雁松 申請人:天津市職業(yè)大學, 崔雁松