专利名称：射箭运动训练多参数实时检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子类，特别是涉及一种以射箭运动训练中的瞬时心率、动作视频、靶视频、弓应变、 箭初速、撒放时间、风速、气温等若干关键参数作为实时同步检测对象的系统或者设备。
背景技术：
射箭运动是运动员借助弓的弹力、有控制地瞄准一定方向或目标，在一定距离内比赛准确性或比赛远 度的竞技体育运动项目。在具有悠久射箭历史的中国，现代射箭运动得到了长足的发展，特别是中国女子 射箭队己跨入世界先进射箭队伍行列。如今，中国射箭运动员已经瞄向了奥运会金牌。为获得成功，必须 注重科学训练、在精度上下功夫。检测监控手段是科学训练中的"眼睛"，是发现、调控与提高的关键。 检测己经成为射箭运动训练中急需研究的重要课题。
欧美国家在射箭运动训练中使用检测技术较早，涉及的种类也比较多，形成了一批论文、论著、专利 和产品。在国内，清华大学、北京体育大学、成都体育学院等高等院校和国家队、北京队、山东队、四川 队等专业射箭运动队先后进行了视频、心率、自动报靶、肌电与脑电的检测、瞄点追踪和弓的振动检测等 方面的研究与应用，取得了有益的数据和经验，加深了对射箭运动规律的认识，对射箭运动训练具有相当 的启发作用。但在实际使用中常常感到一些制约。主要体现在以下几个方面检测设备功能简单，参数单 一或较少，不能反映众多相关参数的互相作用；参数检测不能同步进行，所测参数无法关联；由于系统架 构设计的原因，不能便捷地对其扩充以增强系统功能；检测设备庞杂、连线杂乱，不便于在训练现场使用； 实时性差，不能准确反映参数的动态变化情况自动化程度不高，操作繁琐。
当前，射箭运动训练检测技术正朝着多参数、同步、实时、无线、网络化、架构开放、轻便的方向发 展，以适应在射箭运动训练中研究与应用的需要。
在射准射箭运动中，运动员瞄准目标拉弓放箭，其着靶点的准确性主要与以下三个方面的因素有关 运动员的技术动作水平、生理因素、心理因素等；弓的弹性、平衡性、稳定性、动态特性；箭的平衡性、 稳定性和一致性；靶子的规范性等；场地上的风速、风向、温度、湿度、能见度、光照度、大气压、空气 粘度、地磁等。这些因素彼此关联、交互作用，影响着运动员的判断与动作、箭飞行姿态与轨迹，从而影 响着箭的着靶点及其分布，最终决定了运动成绩。在奥林匹克运动会的赛场上，高手林立，竞争激烈，一 丝一毫的影响都可能导致排名的显著变化。因此，采用电子检测技术获得射箭运动训练中的各种因素的定 量描述——即参数，对于深入研究其对射箭成绩的交互影响、揭示射箭运动规律、为教练员和运动员科学 训练提供实证依据具有重要的理论意义和现实意义。
由于实际存在着多种影响射箭运动成绩的因素，而且各种因素有相互作用、运动员对不同影响因素的 适应能力因人而异，为了对各影响因素进行解耦，让运动员高效地习得适合个体自身的反馈控制模式与调 节灵敏度，必须在训练中对多个参数进行同步检测。
实用新型内容
为了定量研究影响射箭运动训练成绩的若干因素及其相互作用关系，通过査阅文献与实地考察等调研 方法，本实用新型确定了以射箭运动训练中的瞬时心率、动作视频、靶视频、弓应变、箭初速、撒放时间、 风速、气温等若干关键参数作为实时同步检测对象，设计制作了相应的检测电路、处理电路与通讯电路， 构建了适合于射箭运动训练现场使用的轻便式开放架构的无线检测系统。
本实用新型的射箭运动训练多参数实时检测系统，在中国射箭运动队、北京射箭运动队和山东射箭运动队进行了实地检测。检测结果表明，系统成功地检测了教练员、运动员普遍关心的撒放时间、箭速度、 中靶点与成绩等多个参数并定义推算了拉弓功率、"力时积"和细化环数等若干导出参数。通过软件对这 些数据作统计分析，发现了一些参数的特殊性质，如中靶点在水平方向和垂直方向上偏差分布不对称等等， 还发现了一些参数之间的相互作用关系及其定量解析式，如撒放时间对中靶点与成绩的影响等等。
此射箭运动训练多参数实时检测系统，能够对训练过程进行定量实时监控与记录，为深化认识训练过 程和情景再现研究提供科学技术保障。在大量数据采集的基础上，经过计算机统计分析，可以找出诸多因 素交叉促进和制约作用的一般规律，为科学训练提供实证依据。系统提交的检测数据与分析结果有助于量 化反映训练状况、个体特征和阶段特征，便于协助教练员、运动员找出射箭训练中的潜在突破点。
本实用新型的特点是 一，多种参数的采集与计算处理，涉及到电子技术、传感技术、单片机技术、 通讯技术、计算机编程技术、图像处理技术、计算机图形学、信号处理技术和统计分析技术等多个学科门 类。二，系统检测参数多、内容丰富。在初期实验、架构设计、电路制作、程序编制和数据分析等方面是 许多前人未有检测过的参数及未尝试过的检测方法。三，要对众多参数检测而不妨碍训练，则要求系统集 成度高，得以轻便；带宽大，得以高速传输大量信息，保障实时同步的需要；可靠性高，得以克服互相串 扰。
本实用新型功能模块包括以下几个部分信息采集部分，针对着靶位置、射手的动作、瞬时心率、箭 速、弓应变、风向、风、速、温度等信息，选用适当的传感器并设计相应电子电路；信息传输部分，将各传 感器的电信号进行适当转换再传输给计算机；信息处理部分，主要是处理所采集的信息——技术动作、靶 面成绩、心率、拉力、箭速、风速等，计算、分析统计规律、整合、保存；信息管理部分，主要是射手基 本信息管理、训练信息管理、比赛信息管理；软件界面部分，编程实现面向教练员与运动员的、易操作人 机交互界面，如身份识别、操作授权管理等，按照训练学原理析出教练员与运动员实际需要的信息并以合 适的形式输出，供教练员和运动员在改进训练以提高运动水平时作为客观的参考依据。
本实用新型的硬件包括微型计算机，摄像头，视频切换电路，字符视频叠加电路，视频采集卡，无 线心率接收，应变测量电路，风速测量电路，箭速测量电路，撒放时间测量电路，单片机电路1，单片机 电路2，无线数传电路，其连接关系如图1所示。视频采集卡采用PCMCIA接口，单片机1采用uPD6450' 芯片，单片机2采用51单片机核，以及基于nRF9E5的无线数据传输模块，如图2、 4所示。
本实用新型利用视频图像和计算机软件、硬件实现了准实时的半自动报靶(分辨率达0.05环以上精 度)，并记录下了每一支箭的中靶位置(中靶位置在迪卡尔坐标系中标定，以靶心为原点，水平方向为X 轴，靶面垂直线为Y轴，记录环数和X、 Y坐标)，继而运用数学的方法，对每一支中靶的箭进行位置分 解，可以描述出运动员的动作技术的稳定程度，为有目的的改进技术动作提供依据。运用这一方法定期跟 踪测试，还可以对运动员技术提高和改进的程度进行精确的评价和认定。
图1系统基本硬件框架
图2视频采集系统的原理框图
图3应变片式位移传感器 -图4弓应变、撒放时间与箭初速检测电路框图
具体实施方式
在心电探测头内，心电电极把采集到的心脏搏动的微弱电信号进行处理，包括对接收到的心电信号进 行放大、滤波、R波处理、脉冲整形和调制，然后把处理后的信号发送到无线信号转发器。它对接收到的信号进行计时，得到脉冲间期，再通过由nRF9E5组成的无线发射模块发送出去。弓应变、速度、撒放时 间的数据从弓上无线传送至PC侧。
在弓片内侧根部贴装电阻应变片，经导线连接至检测电路，电阻应变片外封胶保护。射箭时，推弓勾 弦将使弓片产生应变，从而引起电阻应变片阻值发生相应变化，在桥路上产生相应变化的电压，等时间间 隔对此电压进行放大采集，即可描记弓片应变曲线。事实上，根据运动员放箭过程用时和其变化率情况， 本系统每秒采集10次。在弓的响片下部和响片外侧各安放一个传感器，响片下落时，位于响片下端的传 感器被触发并记录此时刻；撒放后箭头通过响片外侧传感器时被触发且记取第二时刻，两个时刻之差即为 从响片触发到撒放的时间(实际上，撒放时间会略小于这个测试结果，因为撒放后箭头到检测传感器有大 约2厘米的距离也包括在内)。在弓的前端安放了一个传感器，撒放后箭头箭尾依次通过该传感器，分别 检测出箭前端和末端到达传感器的时刻，由于箭的长度是已知的，通过数学运算就得到了这一段行程上的 平均速度。这个参数表示箭通过传感器的平均速度，不代表箭离弓时的初速度，但和初速度有一定的关联。 确切数据可以在定标后获得，或使用雷达测得。
在箭靶前安放一个摄像传感器，箭射出后，摄像传感器将箭靶的图像传送至计算机并在屏幕上显示， 此时由操作者用鼠标点击图像上的中靶点，即可自动计算出中靶点的坐标和成绩及细化成绩，并可以在计 算机上重构画面。在运动员的侧面安放一个小型摄像传感器，在射箭过程中，摄像传感器将运动员的动作 图像传送至计算机上进行显示和视频压縮保存。
权利要求1. 一种射箭运动训练多参数实时检测系统，是以射箭运动训练中的瞬时心率、动作视频、靶视频、弓应变、箭初速、撒放时间、风速、气温共八个参数作为实时同步检测对象的系统，它的特征是动作视频摄像头和靶视频摄像头通过视频切换电路、AV端子连接到单片机电路1上，单片机电路1整合字符视频叠加电路以及无线信号经单片机电路2处理后传送过来的数据，然后连接视频采集卡，通过PCMCIA接口连接到微型计算机上。
2. 按照权利要求1所述的射箭运动训练多参数实时检测系统，它的特征是视频采集卡采用PCMCIA接 口，单片机电路1采用uPD6450芯片，单片机电路2采用51单片机核，以及基于nRF9E5的无线数据 传输模块。
专利摘要一种以射箭运动训练中的瞬时心率、动作视频、靶视频、弓应变、箭初速、撒放时间、风速、气温共八个参数作为实时同步检测对象的系统，包括微型计算机、摄像头、视频切换电路、字符视频叠加电路、视频采集卡、无线心率采集、应变测量电路、风速测量电路、箭速测量电路、撒放时间测量电路、单片机电路1、单片机电路2、无线数传电路，它们的连接关系如说明书附图之图1所示。视频采集卡采用PCMCIA接口，单片机1采用uPD6450芯片，单片机2采用8051芯片，以及基于nRF9E5的无线数据传输模块。可以描述出运动员的动作技术的稳定程度，还可以对运动员技术提高和改进的程度进行精确的评价和认定。
文档编号G01D21/02GK201269764SQ20082011861
公开日2009年7月8日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者王培勇 申请人:王培勇