中小学生中长跑信息采集分析方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明为提高教练员和学生的训练效率，改进训练方法，提高训练效果提供了完整的解决方案。中小学生中长跑信息采集分析系统包括以下步骤：1)在数据库管理模块，录入传感器信息和学生信息；2)在登录模块完成传感器的分配，并打开串口；3)在中国气象模块，查看今日气象，天气污染情况，决定是否训练；4)在环境信息采集模块，点击开始采集，获得大气参数；5)在运动信息监测模块，点击起跑，监测运动员运动情况；6)在体能监测模块，点击开始监测，监测运动员体能参数变化情况；7)在运动成绩分析模块，按照学生姓名，日期检索学生的历史运动信息，并显示。本发明的中小学生中长跑信息采集分析系统，解决了日常中学生运动中教练员难以实时动态监测中学生运动信息与体能信息的问题，为提高教练员和学生的训练效率，改进训练方法，提高训练效果提供了完整的解决方案。
【专利说明】
中小学生中长跑信息采集分析方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及通信领域，尤其涉及中小学生中长跑信息采集分析通信领域。
【背景技术】
[0002] 传感器监测技术是获得实时数据的基本手段，在工业生产、环境保护、危险区域信 号采集、医学诊断等领域具有重要的应用价值。WPF(Windows Presentation Foundation) 是微软推出的基于Windows Vista的用户界面框架，属于· NET Framework 3· 0的一部分， 在后续的.NET Framework版本中均支持。它提供了统一的编程模型、语言和框架，真正做到 了分离界面设计人员与开发人员的工作；同时它提供了全新的多媒体交互用户图形界面。
[0003] 随着社会的发展，生活质量的不断提高，健康、运动越来越受到人们的重视。尤其 是在地球环境污染加剧的情况下，中学生健康的运动显得尤为的重要。但是市场上仅有单 一的参数采集器，如果日常中学教学中体能测试中需要同时采集多种参数，来分析大气状 况是否适合运动，以及跑步过程中学生的体能参数信息，则需要携带大量笨重的设备，且分 析起来繁琐复杂，给教练员增加了大量的工作，训练效率低，训练效果差。因此急需一套集 大气参数实时采集分析、天气预报、体能信息实时采集监测分析及运动信息实时采集分析 于一体的综合性设备及系统，为提高教练员和学生的训练效率，改进训练方法，提高训练效 果提供了完整的解决方案。
【发明内容】
[0004] 针对目前市场上传感器单一存在，同时采集分析多种参数笨重不便，给教练员增 加了大量的工作，训练效率低，训练效果差的问题，本发明的目的在于提供一套集大气参数 实时采集分析、天气预报、体能信息实时采集监测分析及运动信息实时采集分析于一体的 中小学生中长跑信息采集分析系统；为提高教练员和学生的训练效率，改进训练方法，提高 训练效果提供了完整的解决方案。
[0005] 本发明提供一种中小学生中长跑信息采集分析系统方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤：
[0006] 1)将各个传感器模块连接到大气参数采集器主体，按照各自的方式开机，自动组 网；
[0007] 2) PC机通过USB无线收发器向各个传感器发出信息采集命令；
[0008] 3)地理位置采集模块采集卫星信号，转发给距离最近的路由模块，路由模块转发 给USB无线收发器；
[0009] 4)各个传感器将采集到的信号经由大气参数采集器主体转发给USB无线收发器； [0010] 5)系统读取USB无线收发器接收到的数据，按照各自的命令格式，进行解析、分 类，大气参数存入数据库，将分出的地理位置信息按照NEMA0183协议进行进一步的解析， 转化为具体的地理位置参数存入数据库；
[0011] 6)将经过处理的大气参数信息，录入系统，对温度、湿度、气压、照度、风速、风向进 行实时的动态窗口监控；
[0012] 7)将经过处理的地理位置信息，录入系统，可在Bingmaps地图等服务上，动态的 显示学生运动轨迹，同时可在监控窗口呈现监控窗口动态绘制时间-速度图像、时间-距离 图像、距离-速度图像；
[0013] 8)读取存储历史训练数据，回顾分析学生历史运动成绩。
[0014] 优选的，其中，大气参数采集器主体和各个传感器通过无线网路自组网。
[0015] 优选的，其中，所述地理位置采集模块采用北斗+GPS双模导航模块ATGM331C1，采 用双通道射频芯片的双模定位模块，采用28pin邮票封装，全面升级ATGM330B，支持BD2、 GPS、GL0NASS的单系统定位和双系统联合定位，并在采集到信号后，自动按照能量均衡无线 传感器网络短路径路由算法EB-SPR寻找路由节点，转发采集到的信息。
[0016] 优选的，所述USB无线收发器模块采用ZigBee网络，基于IEEE802. 15. 4标准的低 功耗局域网协议，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。
[0017] 优选的，进行数据初步分类，然后依据NEMA0183协议进行地理位置信息解析。
[0018] 优选的，将获取到的地理位置信号根据经炜度值动态的显示在Bingmaps地图服 务上，形成运动轨迹。
[0019] 本发明还提供一种中小学生中长跑信息采集分析系统，其特征在于，系统包括大 气参数采集器主体、USB无线收发模块、发射路由模块、体能信息监测模块和数据可视化操 作系统，所述大气参数采集器主体由环境参数传感器组成，所述大气参数采集器主体及所 述发射路由模块能接收由所述环境参数传感器实时采集的信号，并发送给所述USB无线收 发模块；通过所述USB无线收发模块完成对所需参数的采集，并传回到PC机。
[0020] 优选的，其中，所述环境参数传感器由温度采集传感器、湿度传感器、气压传感器、 照度传感器、风速风向仪中的一种或以上传感器组成。
[0021] 优选的，其中，大气参数采集器主体采集精度达到5米以下，信号发射距离大于1 公里。
[0022] 优选的，其中，温度采集传感器量程为40_80°C，分辨力0· 1°C，精度±0. 4°C ;湿 度传感器的量程为0-100 % RH，分辨力0. 1% RH，精度±3.0% RH;气压传感器的量程为 300-1100hPa，分辨力0.0 lhPa，最大误差±4hPa，标准误差±0. 5hPa ;照度传感器的量程为 0-200000LX，分辨力：lLx ;风速风向仪的风速量程为0-30m/s，分辨力0· lm/s，角度的量程 为0-360度，分辨力5°。
[0023] 优选的，其中，所述体能信息监测模块由体温传感器、血压传感器、脉搏传感器、心 跳传感器中的一种或以上传感器组成。
[0024] 本发明的中小学生中长跑信息采集分析系统，解决了市场上传感器单一存在，同 时采集分析多种参数笨重不方便的问题，根据大气参数采集传感器，地理位置采集模块，实 时采集并传回PC机进行分析处理，大大方便了体育教学中体育老师分析环境的污染情况， 是否适合运动；学生的体能实时变化情况，以进行适应化的训练；学生中长跑中参数采集， 成绩的分析对比。与现有的单一传感器，方法相比，具有轻巧，便捷，信息直观化等优点，为 提高教练员和学生的训练效率，改进训练方法，提高训练效果提供了完整的解决方案。
【附图说明】
[0025] 图1为系统网络组织结构图；
[0026] 图2为系统框架结构图；
[0027] 图3A、图3B为产品配件图；
[0028] 图4为大气参数采集器组装图；
[0029] 图5为地理位置采集器组装图；
[0030] 图6为USB无线收发器组装图；
[0031 ] 图7为大气参数采集器状态指示灯示意图；
[0032] 图8为地理位置采集器状态指示灯示意图；
【具体实施方式】
[0033] 本发明提供一种中小学生中长跑信息采集分析系统方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤：
[0034] 1)将各个传感器模块连接到大气参数采集器主体，按照各自的方式开机，自动组 网；
[0035] 2) PC机通过USB无线收发器向各个传感器发出信息采集命令；
[0036] 3)地理位置采集模块采集卫星信号，转发给距离最近的路由模块，路由模块转发 给USB无线收发器；
[0037] 4)各个传感器将采集到的信号经由大气参数采集器主体转发给USB无线收发器；
[0038] 5)系统读取USB无线收发器接收到的数据，按照各自的命令格式，进行解析、分 类，大气参数存入数据库，将分出的地理位置信息按照NEMA0183协议进行进一步的解析， 转化为具体的地理位置参数存入数据库；
[0039] 6)将经过处理的大气参数信息，录入系统，对温度、湿度、气压、照度、风速、风向进 行实时的动态窗口监控；
[0040] 7)将经过处理的地理位置信息，录入系统，在Bingmaps地图服务上，动态显示学 生运动轨迹，监控窗口动态绘制时间-速度图像、时间-距离图像、距离-速度图像；
[0041] 8)读取数据库存储历史数据，回顾分析学生历史运动成绩。
[0042] 优选的，其中，大气参数采集器主体和各个传感器通过无线网路自组网。
[0043] 优选的，其中，所述地理位置采集模块采用北斗+GPS双模导航模块ATGM331C1，采 用双通道射频芯片的双模定位模块，采用28pin邮票封装，全面升级ATGM330B，支持BD2、 GPS、GL0NASS的单系统定位和双系统联合定位，并在采集到信号后，自动按照能量均衡无线 传感器网络短路径路由算法EB-SPR寻找路由节点，转发采集到的信息。
[0044] 优选的，所述USB无线收发器模块采用ZigBee网络，基于IEEE802. 15. 4标准的低 功耗局域网协议，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。
[0045] 优选的，进行数据初步分类，然后依据NEMA0183协议进行地理位置信息解析。
[0046] 优选的，将获取到的地理位置信号根据经炜度值动态的显示在Bingmap地图服务 上，形成运动轨迹。
[0047] 具体的，本方法包括以下步骤：
[0048] 1)对USB无线收发模块收到地理位置采集模块数据、各种大气参数采集模块数据 进行数据剥离，得到各种具体的数据；
[0049] 2)对剥离出来的数据依照NEMA0183协议进行解析，得出解析数据；3)其中，剥离 出来的大气参数信息，实时存入数据库并实时存入链表供系统随时调用。进一步，以动态变 化图的形式建立监控窗口，并以罗盘的形式实时展示；其中，动态变化图可以是温度动态变 化图，湿度动态变化图，压强动态变化图，照度动态变化图，风速动态变化图，风向动态变化 图的任一种或一种以上的组合；
[0050] 4)解析出来的地理位置信息，实时存入数据库并实时存入链表供系统随时调用。 进一步，通过加载BingMaps地图，根据经炜度信息，实时显示中学生的运动轨迹。并建立时 间-速度动态监控窗口，时间-距离动态监控窗口，距离-速度动态监控窗口。
[0051] 5)解析体能参数信息，实时存入数据库并实时存入链表供系统随时使用。进一步， 以动态变化图的形式建立监控窗口：体温动态变化图，血压动态变化图，脉搏动态变化图， 心跳动态变化图；
[0052] 6)对存入到数据库中的数据进行管理；
[0053] 7)根据数据库存入的数据，提供分析界面，供查询学生的历史运动信息，并对比展 示分析。
[0054] 8)通过中央气象台发布的气象信息API接口，获取实时天气信息，污染信息，提供 给体育老师参考，以决策是否运动。
[0055] 本发明还提供一种中小学生中长跑信息采集分析系统，其特征在于，系统包括大 气参数采集器主体、USB无线收发模块、发射路由模块、体能信息监测模块和数据可视化操 作系统，所述大气参数采集器主体由环境参数传感器组成，所述大气参数采集器主体及所 述发射路由模块能接收由所述环境参数传感器实时采集的信号，并发送给所述USB无线收 发模块；通过所述USB无线收发模块完成对所需参数的采集，并传回到PC机。
[0056] 优选的，其中，所述环境参数传感器由温度采集传感器、湿度传感器、气压传感器、 照度传感器、风速风向仪中的一种或以上传感器组成。
[0057] 优选的，其中，大气参数采集器主体采集精度达到5米以下，信号发射距离大于1 公里。
[0058] 优选的，其中，温度采集传感器量程为40-80°C，分辨力0· 1°C，精度±0. 4°C ;湿 度传感器的量程为0-100 % RH，分辨力0. 1% RH，精度±3.0% RH;气压传感器的量程为 300-1100hPa，分辨力0.0 lhPa，最大误差±4hPa，标准误差±0. 5hPa ;照度传感器的量程为 0-200000LX，分辨力：lLx ;风速风向仪的风速量程为0-30m/s，分辨力0· lm/s，角度的量程 为0-360度，分辨力5°。
[0059] 优选的，其中，所述体能信息监测模块由体温传感器、血压传感器、脉搏传感器、心 跳传感器中的一种或以上传感器组成。
[0060] 具体的，本系统包括以下模块：
[0061] 1)大气参数采集器主体，采集精度达到5m以下，信号发射距离达到1公里以上，灵 敏度高，重捕时间短，功耗低；
[0062] 2)温度采集传感器：量程-40-80°C，分辨力0· 1°C，精度±0. 4°C，响应时间短， 功耗低；湿度传感器：量程0-100 % RH，分辨力0. 1% RH，精度±3.0% RH，响应时间短， 功耗低；气压传感器：量程300_1100hPa，分辨力0.0 lhPa，最大误差±4hPa，标准误差 ±0. 5hPa，响应时间短，功耗低；照度传感器：量程0-200000LX，分辨力：lLx ;风速风向仪： 量程：风速：0-30m/s，分辨力，0· lm/s。角度：0-360度，分辨力，5° ;
[0063] 3)USB无线收发模块，具备高灵敏度的信号收发天线，具备Windows7操作系 统、.net4. 0框架的PC机。
[0064] 4)其中大气参数采集器主体、发射路由模块能接收温度传感器、湿度传感器、气压 传感器、风速风向仪、光照传感器实时采集的信号，并发送给USB无线收发模块；
[0065] 5)体能信息监测模块，至少由体温传感器、血压传感器、脉搏传感器、心跳传感器 中的一种或以上传感器组成。
[0066] 6)通过USB无线收发模块完成对所需参数的采集，并传回到PC机。7)数据可视 化操作系统，系统框架结构图如图2所示。
[0067] 更具体的，本发明的中小学生中长跑信息采集分析系统，为提高教练员和学生的 训练效率，改进训练方法，提高训练效果提供了完整的解决方案。采取的具体措施为：1)采 用北斗+GPS双模导航模块ATGM331C1，采用双通道射频芯片的高灵敏度双模定位模块，采 用28pin邮票封装，全面升级ATGM330B，更小的尺寸、更小的功耗。支持BD2、GPS、GL0NASS 的单系统定位和双系统联合定位，高灵敏度：-160dBm，功耗：200mW(双模连续跟踪并且定 位），支持抗干扰模式，具备抗干扰能力。
[0068] 技术指标：
[0069] 表1地理位置采集模块
[0070]
[0071] 2)大气参数采集器主体。技术指标：
[0072] 表2大气参数采集模块
[0073]
[0074] 3)大气参数传感器模块。技术指标：
[0075] 表3大气参数传感器模块
[0076]
[0077]
[0078] 4)数据采集：使用AT+UCAST命令，向采集器发送发送请求，并接收采集器的回复 信息。
[0079] 当〈DSA16〉= 0000 (即大气参数采集器）时，〈DATA〉可以为以下值：
[0080] 1、获取温度数值：T
[0081] 回复命令〈DATA〉：Τ =〈温度值Λ〇
[0082] 〈温度值〉单位：°C
[0083] 2、获取湿度数值：Η
[0084] 回复命令〈DATA〉：Η =〈湿度值Λ〇
[0085] 〈湿度值〉单位：％ RH
[0086] 3、获取气压数值：Ρ
[0087] 回复命令〈DATA〉：Ρ =〈气压值Λ〇
[0088] 〈气压值〉单位：Pa
[0089] 4、获取照度数值：I
[0090] 回复命令〈DATA〉：1 =〈照度值Λ〇
[0091] 〈照度值〉单位：lx
[0092] 5、获取风速风向：W
[0093] 回复命令〈DATA〉：W =〈风速值〉，〈方向〉，〈偏向角Λ〇
[0094] 〈风速值〉单位：m/s
[0095] 〈方向 >:E/S/W/N
[0096] 〈偏向角〉单位：°
[0097] 当<DSA16> = 1000(即地理位置采集器）时，〈DATA〉可以为以下值：
[0098] 1、获取导航?目息：N
[0099] 回复命令〈DATA〉：Ν =〈炜度〉，〈N/S〉，〈经度〉，〈E/W〉，〈数据有效Λ〇 [0100]〈数据有效> :Α (数据有效）/V (数据无效）
[0101] 2、获取日期：D
[0102] 回复命令〈DATA〉：Ν =〈秒分时〉，〈日月年Λ〇
[0103] *返回值为0时区时间
[0104] 5)硬件的组装：
[0105] 产品配件如图3Α、Β所示；
[0106] 产品组装：采集网络由大气参数采集器主体、地理位置采集器、USB无线收发器三 部分组成。参考图4组装各产品器材。
[0107] 如需配合三脚架使用，可先将采集器主体固定于三脚架上，主体的螺孔适用5/8 英寸（M16)的中心螺丝。
[0108] 将M16拉环穿过光照传感器支架中心的圆孔，旋入大气参数采集器中心的螺孔 内；将风速风向仪插入支架上的凹槽；连接棒状天线；连接温湿度传感器、气压传感器、风 速风向仪、光照传感器的插头。即完成大气参数采集器的组装。
[0109] 如图5所示的地理位置采集器组装，将GPS有源天线连接至地理位置采集模块的 天线接口。即完成地理位置采集器的组装。
[0110] 如图6所示USB无线收发器组装，将棒状天线连接至USB无线模块的天线接口，即 完成了地理位置采集器的组装。USB无线收发器连接至提供USB Host接口主机设备。根据 主机操作系统选择安装相对应的驱动程序。
[0111] 使用说明：大气参数采集器、地理位置采集器和USB无线收发器采用无线网络的 连接方式实现相互之间的通信。设备上电后，会主动搜索其他网络设备，实现自组网。在不 同的电磁环境下，组网所需时间会有一定的差异。建议按照大气参数采集器、USB无线收发 器、地理位置采集器的顺序开启设备电源。用户经由主机向USB无线收发器发送命令，从而 获得哦无线收发器的工作状态或者访问无线网络中接入的大气参数采集器和地理位置采 集器。各采集器会根据命令读取不同的传感器并将数据回发给USB无线收发器。由此用户 可以在主机上得到实时的采集数据。
[0112] 大气参数采集器有3个状态指示灯，在使用过程中释义图7所示。
[0113] 其中，
[0114] 状态指示灯：
[0115] 闪烁频率2s/次：电量正常
[0116] 闪烁频率Is/次：电量低
[0117] 长期闪烁：正在联网
[0118] 短亮闪烁：已联网
[0119] 通信指示灯：
[0120] 闪烁：收到无线网络命令
[0121] 采集指示灯：
[0122] 闪烁：正在读取传感器数据
[0123] 地理位置采集器有2个状态指示灯，在使用过程中释义如图8所示。
[0124] 其中，
[0125] 状态指示灯：
[0126] 闪烁频率2s/次：电量正常
[0127] 闪烁频率Is/次：电量低
[0128] 长期闪烁：正在联网
[0129] 短亮闪烁：已联网
[0130] 通信指示灯：
[0131] 闪烁：收到无线网络命令
[0132] 充电：大气参数采集器和地理位置采集器均采用内置4. 2V锂聚合物电池。设备充 电时必须采用配套的锂电池充电电源。将锂电池充电电源连接至220V交流电源，其绿色指 示灯点亮。将其输出端接入设备的充电输入接口，指示灯变为红色即正在充电。当指示灯 恢复绿色时，充电已完成。大气参数采集器的完整充电周期约在8-10小时。地理位置采集 器的完整充电周期约在2-3小时。对地理位置采集器充电时，应使用充电转接线适配充电 输入接口。建议充电时保持设备电源开关处于关闭状态。6)软件编写：在Windows X64 PC 机上，安装Microsoft Visual Studio2010,使用.Net4.0框架，使用界面表现力比较强的 WPF技术编写软件。
[0133] 以上示例，仅为说明本发明的技术特征和可实施例，其目的是在于使该领域的技 术人员能够了解本发明的内容并具体实施。由此，凡根据本发明的构思作出的变换和修饰， 均包含在本发明的权利要求范围内，依专利法提出申请。
【主权项】
1. 一种中小学生中长跑信息采集分析系统方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 1) 将各个传感器模块连接到大气参数采集器主体，按照各自的方式开机，自动组网； 2. PC机通过USB无线收发器向各个传感器发出信息采集命令； 3) 地理位置采集模块采集卫星信号，转发给距离最近的路由模块，路由模块转发给 USB无线收发器； 4) 各个传感器将采集到的信号经由大气参数采集器主体转发给USB无线收发器； 5) 系统读取USB无线收发器接收到的数据，按照各自的命令格式，进行解析、分类，大 气参数存入数据库，将分出的地理位置信息按照NEMA0183协议进行进一步的解析，转化为 具体的地理位置参数存入数据库； 6) 将经过处理的大气参数信息，录入系统，对温度、湿度、气压、照度、风速、风向进行实 时的动态窗口监控； 7) 将经过处理的地理位置信息，录入系统，在Bingmaps地图服务上，动态显示学生运 动轨迹，监控窗口动态绘制时间-速度图像、时间-距离图像、距离-速度图像； 8) 读取数据库存储历史数据，回顾分析学生历史运动成绩。2. 如权利要求1所述的方法，其中，大气参数采集器主体和各个传感器通过无线网路 自组网。3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述地理位置采集模块采用北斗+GPS双模导航 模块ATGM331C1，采用双通道射频芯片的双模定位模块，采用28pin邮票封装，全面升级 ATGM330B，支持BD2、GPS、GLONASS的单系统定位和双系统联合定位，并在采集到信号后，自 动按照能量均衡无线传感器网络短路径路由算法EB-SPR寻找路由节点，转发采集到的信 息。4. 如权利要求1-3所述的方法，所述USB无线收发器模块采用ZigBee网络，基于 IEEE802. 15. 4标准的低功耗局域网协议，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。5. 如权利要求1所述的方法，进行数据初步分类，然后依据GPS0183协议进行地理位置 信息解析。6. 如权利要求1所述的方法，将获取到的地理位置信号根据经炜度值动态的显示在 Bingmap地图服务上，形成运动轨迹。7. -种中小学生中长跑信息采集分析系统，其特征在于，系统包括大气参数采集器主 体、USB无线收发模块、发射路由模块、体能信息监测模块和数据可视化操作系统，所述大气 参数采集器主体由环境参数传感器组成，所述大气参数采集器主体及所述发射路由模块能 接收由所述环境参数传感器实时采集的信号，并发送给所述USB无线收发模块；通过所述 USB无线收发模块完成对所需参数的采集，并传回到PC机。8. 如权利要求7所述的系统，其中，所述环境参数传感器由温度采集传感器、湿度传感 器、气压传感器、照度传感器、风速风向仪中的一种或以上传感器组成。9. 如权利要求8所述的系统，其中，温度采集传感器量程为40-80°C，分辨力0. 1°C，精 度±0. 4°C;湿度传感器的量程为0-100% RH，分辨力0. 1% RH，精度±3. 0% RH ;气压传感 器的量程为300-1100hPa，分辨力0.0 lhPa，最大误差±4hPa，标准误差±0. 5hPa ;照度传感 器的量程为0-200000LX，分辨力：lLx ;风速风向仪的风速量程为0-30m/s，分辨力0· lm/s， 角度的量程为0-360度，分辨力5°。10.如权利要求7或8所述的系统，其中，所述体能信息监测模块由体温传感器、血压传 感器、脉搏传感器、心跳传感器中的一种或以上传感器组成。
【文档编号】G01D21/02GK105973294SQ201510105555
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】高翊恒, 余嘉翔
【申请人】高翊恒, 余嘉翔