蹦床实时监测系统开发设计

宋雅伟， 刘园园， 张曦元

(1.南京体育学院 a.科研处; b.奥林匹克学院，江苏 南京 210014； 2.瓶窑镇第一小学，浙江 杭州 311115)



蹦床实时监测系统开发设计

宋雅伟1a， 刘园园2， 张曦元1b

(1.南京体育学院 a.科研处; b.奥林匹克学院，江苏 南京 210014； 2.瓶窑镇第一小学，浙江 杭州 311115)

通过在现有蹦床器械上加装光电传感器，并研发相应的数据实时采集与诊断分析系统，以监测训练过程中运动员在蹦床时的压网时间、腾空时间、着网速度、起网速度、压网总时间、腾空总时间、运动总时间、运动次数、左右前后越线违例等状态参数，同时以图表和数字的方式将这些参数进行显示，提供准确可靠的科学数据，全面准确地反映了蹦床运动中的运动过程，实时反馈给使用者，实现了蹦床监测的数字化和智能化。为科学地测试和评价运动员的训练负荷和强度提供量化的依据，减少训练过程中伤害的发生，特别是为对少年儿童运动员的有效长期监控、选材和管理提供依据。

蹦床； 监测系统； 传感器

0 引 言

蹦床监测系统以蹦床训练和比赛技术要求为基础而开发设计。该系统可以实时监测运动员在蹦床运动中的压网时间、腾空时间、着网速度、起网速度、压网总时间、腾空总时间、运动总时间、运动次数、左右前后越线违例等状态参数，同时以图表和数字的方式将这些参数进行显示，提供了准确可靠的科学数据，全面准确地反映了蹦床运动中的运动过程，方便了教练和裁判对运动员运动状态的掌握、控制和分析，是一种为蹦床运动而开发设计的便捷、可靠和科学的教学辅助系统[1]。

1 系统总体框架

在蹦床运动中运动的时间和速度对运动的结果有直接的影响，同时蹦床运动时运动员在网上的着力点会随着运动状态的改变而改变，监测运动员的运动时间和运动区域是系统的首要目标。运动时间中以腾空时间更加重要，它直接决定了运动员完成规定动作的质量[2]。根据蹦床运动的特点，选用光电传感的原理，监测运动员的运行时间、速度和边界违例可以完成上述任务。光电传感器的信号可以监测运动员的运动状态，状态信号被转化为电信号，这些电信号经过信号处理后传输给数据采集装置，经采集装置的转化后送给计算机进行处理。这种在软件的控制下进行数据的采集、存储、显示和分析，为蹦床运动的控制和分析提供帮助[3-5]。

图1 蹦床监测系统总体构成图

2 系统硬件组成

系统硬件主要包括光电传感器、数据处理卡、信号调理模块和支架等。根据蹦床运动时间的要求，光电传感器选用日本欧姆龙公司生产的E3Z-T61型传感器，该传感器的主要特性如表1所示。

数据处理卡采用ICP-DAS公司的PCI接口高速IO卡，型号为PISO-730，具有可以独立输入的IO口和标准的数字IO口，测试频率最高可达1.4 MHz，完全可以满足信号采集的需要。

数据调理模块主要对光电传感器的输出信号进行整形滤波，将该传感器的输出信号变成计算机可以识别的数字信号，便于计算机进行分析和处理。

数据处理中心采用商用台式计算机，要求CPU主频达到2.8 GB以上，或采用双核1.4 B以上，有独立显卡，内存打512 MB以上，具备windows2000以上操作系统即可。

3 软件设计

本系统选用LabVIEW作为开发软件平台。

表1 光电传感器主要技术参数一览表

LabVIEW可以广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实时监控、实验室系统仿真等各个领域[6-10]。

该环境包含包括3个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接端口。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制(Controls)，为虚拟仪器的框图程序提供数据；输出量被称为显示(Indicators)，显示虚拟仪器流程图中获得或产生的数据。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易懂[11]。

系统软件设计程序框图如图2所示。系统软软件界面如图3所示。

系统软件根据功能可以分为7个模块，分别是：姓名输入模块、时间显示模块、图形显示模块、越界判定模块、过程数据显示模块、数据存储模块和程序控制模块等。

3.1 姓名输入模块

该模块的作用是输入将要进行蹦床训练或比赛的运动员的姓名，系统会以该姓名为文件头将运动过程中的数据保存下来，供以后分析使用。软件运行时，在按下“开始”键后，系统会自动弹出姓名输入模块，在输入姓名后，按“确定按钮”，会立即进行运动过程的各项监测动作。

3.2 时间显示模块

该模块的作用是记录运动过程的总时间、压网的总时间和腾空的总时间。这三个时间以数字的方式显示，同时压网时间和腾空总时间还以柱状图的方式显示，清晰明了，便于教练或裁判直观判定。

3.3 图形显示模块

该模块将运动过程中每一次压网时间、腾空时间以及着网、起网的速度以直观的图形方式显示出来，便于观察和分析。其中压网时间和腾空时间是以柱形显示，便于横向比较，速度图以折线的方式显示，便于分析变化规律。同时所有图形的横坐标一一对应，便于不同参数时间的比较和分析，形象直观，它是运动过程的形象化的再现。

图2 系统软件设计程序框图

图3 程序面板图

3.4 越界判定模块

该模块将运动员在运动中踩压红色界线的过程和次数记录下来，作为评判的真实依据。在出现越界时，相应的LED灯变成红色，同时记录一次越界记录。

3.5 过程数据显示模块

该模块将运动过程中的压网时间、腾空时间、着网速度和起网速度以数据的方式集中在一个表格中显示，数据直接明了，便于分析和判断，同时还可以显示监测的次数。注意监测的次数是两次腾空之间的次数，在计数时要注意区分。如某次需要测试10次技术腾空，在运动员某次腾空时按下姓名输入模块的“确定”按钮，此时即进入到顺序监测，可以进行口头计数(也是以腾空时为准)，在进行到第11次腾空时按下“结束”按钮，此时监测的就是10次腾空的技术次数。过程数据显示模块[12-15]。

3.6 数据存储模块

数据存储模块的作用是将运动过程中的各项有效数据保存，为数据显示和分析提供依据。

3.7 程序控制模块

程序控制模块控制程序的有序进行和推出。程序执行时，首先按下“开始”按钮，之后会出现输入姓名对话框，在正确的输入姓名并且按下该对话框的“确定”按钮后，程序即进入监测过程，如果要结束本次监测，只要按下“结束”按钮即可，此时会显示本次监测的所有数据和信息；如果还要进行另外一次监测，只要按下“重复”按钮，会进行又一次全面的监测，如需结束也必须按下“结束”按钮。如果要彻底结束本次监测，只要按下“退出”按钮后程序会完全退出，结束本次监测，测试结束。

4 结 语

通过研制基于光电传感器的蹦床训练监控系统，实现了训练过程数据的自动采集、传输、处理、存储、显示和综合分析等功能，为科学地测试和评价运动员的训练负荷和强度提供量化的依据，减少训练过程中伤害的发生，特别是为对少年儿童运动员的有效长期监控、选材和管理提供依据[8]。

[1] 郑伟涛,叶国雄.体育训练中的可视化[J].中国高校科学,1996(2):142-145.

[2] 王 琨,许建辉.三维测力台数据采集和处理自动化系统的研制[J].西安体育学院学报,1995,12(7):5-8.

[3] 苟 明.运动训练模糊控制模型研究[J].武汉体育学院学报,2006,40(1):105.

[4] Rahmani A. Validity and reliability of kinematic device for measuring the force developed during squatting[J].Journal of Applied Biomechanics,2000(16):26-35.

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[6] Komi P V.Basic Definitions for Exercise.Strength and Power in Sport[M].Oxford:Blackwell Scientific Publications.1992:3-6.

[7] Smith M A. Sport and Fitness Equipment Design[M].Champaign,IL:Human Kinetics,1995:185-189.

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[10] 马利华,沈步乙.膝关节损伤运动员屈、伸肌力矩比值的研究[J].中国运动医学杂志,1992,11(4):205-208.

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[14] 余竹生,李福轩,凌子华,等.男子优秀摔跤运动员的踝关节肌力特征[J].上海体育学院学报,1998,22(1):65-69.

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Development and Design of Trampoline Real-time Monitoring System

SONGYa-wei1a,LIUYuan-yuan2,ZHANGXi-yuan1b

(1. a.Department of Scientific Research, b.Olympic Academy, Nanjing Sports Institute, Nanjing 210014, China;2. The first Primary School of Pingyao Town, Hangzhou 311115, China)

The installation of photoelectric sensors on the trampoline equipment and the development of corresponding real-time data acquisition and diagnostic analysis system, the data of training process of trampoline athletes can be monitored and collected. The data contain network time, flight time, the speed of network, the speed from network, the total time of pressing network, the total vacated time, total time for exercise, exercise frequency, number of crossing the line before and after the offense and other state parameters. Charts and digital plots display these parameters to provide athletes accurate reliable and scientific data. These data fully and accurately reflect the a trampoline movement during exercise, real-time feedback to the user, and achieve a trampoline monitoring of digital and intelligent. The monitoring system provides a quantitative basis for the training load and intensity of scientific testing, and evaluation of athletes. It also reduces the occurrence of injuries during training. Especially for children athletes, the effective long-term monitor can provide a basis for the selection and management.

trampoline; monitoring system; sensor

2014-08-01

江苏省科技厅项目(BK2012885)

宋雅伟(1970-)，男，江苏连云港人，博士，教授，研究方向：运动生物力学。

Tel.:18951759150,025-84755175;E-mail:syw0008@163.com

G 838

A

1006-7167(2015)03-0126-04