佩戴式人体步行状况实时采集和无线监测系统

　　1 引言

　　世界田径径赛的中短跑项目一直倍受关注, 直接影响各国国家田径队的整体水平。各国田径队无不重视对中短跑的训练和研究。短跑项目是周期性动作, 其动作特点是由支撑时的一条腿支撑与对侧上肢后摆, 腾空时一条腿与对侧臂相向摆动所组成的连续与完整的周而复始运动。分析肢体运动学参数与100 米成绩的内在联系发现, 每跑一步所需的时间和力度是影响中短跑成绩的重要因素之一。

　　在径赛中短跑的200 米、400 米、中长跑的800 米比赛过程中都要经过一次或几次弯道, 弯道跑技术的动作要求整个身体应向内倾斜。弯道跑时运动员的身体姿态、用力方向、摆动动作与直道跑时有明显不同,可见弯道跑技术在整个跑的过程中有着重要的作用。有时运动员感觉使不出劲来; 加速到一定速度后再也加不上去了; 跑的动作别扭。这些都需要对动作进行调整, 准确测量运动员跑步每跑一步所需的时间和力度为合理制定中短跑力量训练、提高成绩和完善跑步理论提供帮助。

　　但对运动员跑步姿势、跑步力度和步伐时间间隔的研究还停留在比较古老的阶段。比如: 用高速摄像机拍摄运动员跑步过程, 然后分析慢镜动作。这种数据采集手段精确度较低, 方便性较差, 远远不能满足需要。随着电子技术的迅速发展, 我们可以利用更先进、更便捷的方法实现对运动员每跑一步所需的时间和力度的监测。

　　2 系统介绍

　　本系统以单片机89S52 为控制中心, 使用加速度传感器实时测量运动员跑步的力度和步数, 并使用外部时钟 DS1629 准确计算运动员每跑一步所需的时间, 将测到的信息进行分析和处理, 通过专门设计的无线网络最后将结果定时发送到计算机上。计算机终端上的人体步行状况实时采集、无线监测数据库会详细记录收到的信息, 帮助教练掌握运动员的跑步状况。

　　3 硬件部分

　　图1 所示为数据采集端的主要硬件。另外, 还为计算机设计了一个无线串口, 实现了计算机与数据采集器的无线数据传输。

　　3.1 单片机89S52

　　89S52 是一款功能强劲、价格低廉、应用范围极广的8 位微控制器。数据采集端的 89S52 的作用包括:控制模数转换器, 将智能传感器采集到的模拟量转换数字量; 分析处理数据; 通过P0、P2 口将有用的信息存储于外部RAM(随机存储器), 把最终结果通过无线收发模块发送至控制中心。89S52 同时监听由控制中心传来的反馈信号, 具有主动和被动两种处理机制。

　　3.2 加速度传感器

　　本系统采用一款加速度传感器ADXL105。该传感器具有灵敏度高, 体积小、重量轻、成本低等特点。在实际实验和使用中的主要问题和解决方法是:加速度传感器的灵敏度较高, 易引入干扰信号, 将步数和步强计错。一方面, 要求传感器在测量时的位置固定; 另一方面, 可以在软件中对原始数据进行处理。