籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀研制

高 俊,黃 濱,張笑昆

(1.遼寧師范大學(xué) 體育學(xué)院，遼寧 大連 116029；2.哈爾濱師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

籃球比賽技術(shù)統(tǒng)計(jì)作為客觀評價運(yùn)動員和運(yùn)動隊(duì)比賽能力的第一手資料，具有詳實(shí)、準(zhǔn)確、客觀的特點(diǎn)，是教練員制定比賽策略、合理用人、安排打法、爭取比賽勝利的重要依據(jù)[1]。但現(xiàn)代籃球比賽是在高速度、高強(qiáng)度、高對抗的運(yùn)動節(jié)奏下進(jìn)行的，其攻防快速轉(zhuǎn)換、人員更替迅速、各種技術(shù)的綜合運(yùn)用，使其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的類別和量日益增多，這對教練員客觀、準(zhǔn)確地記錄運(yùn)動員和隊(duì)伍的臨場表現(xiàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地評價其運(yùn)動特征帶來了困難。且目前，教練員獲得運(yùn)動員和運(yùn)動隊(duì)比賽技術(shù)數(shù)據(jù)的方式主要是通過賽事的官方網(wǎng)站和在觀看比賽時進(jìn)行的數(shù)理統(tǒng)計(jì)。該方法的缺點(diǎn)表現(xiàn)為：(1)官方公布的比賽統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)雖然準(zhǔn)確可靠，但統(tǒng)計(jì)指標(biāo)較少，不利于對運(yùn)動員和運(yùn)動隊(duì)的比賽特點(diǎn)進(jìn)行全面評價；(2)教練員統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)雖然全面，但統(tǒng)計(jì)過程較為繁雜，誤差率較高。因此，研制一種適合于教練員需求的能對籃球比賽中的多種技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確記錄的儀器，就成為推進(jìn)我國籃球運(yùn)動發(fā)展、完善訓(xùn)練、提高運(yùn)動員運(yùn)動能力和運(yùn)動隊(duì)比賽成績的重要手段之一。

1 籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀的設(shè)計(jì)思路

籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀，是對籃球比賽中運(yùn)動員和運(yùn)動隊(duì)所表現(xiàn)的諸如得分、搶斷、籃板、犯規(guī)等技戰(zhàn)術(shù)特征進(jìn)行數(shù)據(jù)化統(tǒng)計(jì)、分析的儀器。目前，國內(nèi)外籃球比賽一般采用的是基于Excel + VBA內(nèi)核的(JSLQTJ-V3)型籃球技戰(zhàn)術(shù)信息管理儀[2]。該型儀器雖然使用準(zhǔn)確可靠，但存在著無法對大量籃球技戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的邏輯處理、不能大量存儲數(shù)據(jù)、運(yùn)算速度較低等問題；而且儀器體積較大、價格不菲，既不方便教練員使用，也無法廣泛普及[3]。基于此，本文設(shè)計(jì)的新型籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀要以功能強(qiáng)、價格低、小型化、操作簡便為特點(diǎn)。首先，處理器要選擇單片機(jī)中應(yīng)用廣泛、具有高效處理能力的芯片，其具有的外圍模塊、RAM和I/O端口，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理與傳輸[4]；其次，構(gòu)建一種基于嵌入式操作系統(tǒng)WINCE，是集數(shù)據(jù)的采集、處理、圖形顯示、SD卡存儲于一身的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，能滿足對多類型、大量的籃球比賽技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜邏輯處理功能的需求[5]；然后，選擇一種具有良好人機(jī)界面控制的觸摸屏系統(tǒng)，使儀器的控制更加直觀、簡單、方便[6]；最后以EDA平臺設(shè)計(jì)數(shù)字集成電路，實(shí)現(xiàn)儀器數(shù)字集成電路系統(tǒng)的最優(yōu)化與快速成型[7]。

2 籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀的技術(shù)方案與工作原理

該新型籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀設(shè)計(jì)方案見圖1。中央處理器的電路輸入端與電源管理電路連接，中央處理器的電路輸出端分別與只讀存儲器模塊、快速存儲器模塊、USB插口模塊和液晶顯示器觸摸屏控制模塊的電路連接，技術(shù)指標(biāo)液晶顯示器和比賽場地液晶顯示器的電路分別與液晶顯示器觸摸屏控制模塊的電路連接[8]，SD卡插口模塊的電路與快速存儲器模塊的電路輸入端連接。

圖1 新型籃球比較技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀設(shè)計(jì)方案

由電源管理電路為整個系統(tǒng)供電；技術(shù)指標(biāo)液晶顯示器顯示雙方運(yùn)動員和運(yùn)動隊(duì)的得分、搶斷、籃板、助攻、失誤等不同信息；比賽場地液晶顯示器顯示比賽場地全圖和球員的運(yùn)動軌跡。本實(shí)用新型技術(shù)指標(biāo)液晶顯示器和比賽場地液晶顯示器都是有觸屏功能的顯示器，教練員可以通過顯示器屏幕上的按鈕記錄球員的得分、搶斷、籃板、運(yùn)球速度、傳球速度等信息。這些信息通過液晶顯示器觸摸屏控制模塊處理后傳導(dǎo)到中央處理器，中央處理器通過對不同數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯計(jì)算(計(jì)算過程中產(chǎn)生的臨時信息儲存到只讀存儲器模塊中)，待數(shù)據(jù)處理完畢后輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。信息結(jié)果被分析歸類并存儲到快速存儲器模塊中，教練員既可以通過技術(shù)指標(biāo)顯示器查看統(tǒng)計(jì)結(jié)果，也可以通過USB插口模塊和SD卡插口模塊將數(shù)據(jù)寫入存儲卡內(nèi)導(dǎo)出用以進(jìn)一步的研究。

3 籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀電路的研制

3.1 電源管理電路

電源管理電路(見圖2)由LM3224和PAM3101芯片及相應(yīng)的附屬器件組成，為整個系統(tǒng)提供電源。LM3224為DC/DC升壓模塊，可以將鋰電池提供的3.2～4.2 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V輸出，為電路中工作電壓為5 V的設(shè)備供電。PAM3101為LDO元件，可以將鋰電池的電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V，為中央處理單元等工作電壓為3.3 V的設(shè)備供電。LM3224最大輸出電流為870 mA，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到85%以上；PAM3101的最大輸出電流為300 mA，為低壓線性穩(wěn)壓器件。該方案綜合了控制系統(tǒng)、驅(qū)動電路、環(huán)路補(bǔ)償調(diào)節(jié)、故障保護(hù)電路等電源輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[9]，在滿足系統(tǒng)工作的同時，保證了較高的轉(zhuǎn)換效率，適合便攜設(shè)備的使用。

3.2 中央處理器電路

中央處理器電路(見圖3)以STM32F103ZE型芯片為基礎(chǔ)。該芯片使用高性能的ARM Cortex M3 內(nèi)核，處理器位寬32位，工作電壓為2.0～3.6 V，工作頻率為40 MHz，內(nèi)置高速存儲器，具有增強(qiáng)型I/O端口和兩條APB總線外設(shè)，內(nèi)置12位的ADC、通用16位定時器[10]和PWM定時器，內(nèi)置USB、I2C、SPI、I2S、SDIO、USART以及CAN總線處理器，并且可以通過I/O口擴(kuò)展外設(shè)，以滿足不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求。本設(shè)備對于人機(jī)界面的要求較高，需要觸摸屏和LCD屏共同工作，并且要保證設(shè)備的快速反應(yīng)和信息的快速記錄，故對處理器要求較高。該處理器豐富的外設(shè)配置，滿足了籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀研制的應(yīng)用需求。

3.3 液晶顯示器觸控模塊的電路

液晶顯示器觸摸屏控制模塊的電路(見圖4)由一塊TFT彩色液晶面板、電阻式觸摸屏以及相應(yīng)的驅(qū)動芯片ILI9320和TSC2046芯片組成。液晶面板的尺寸可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇，其驅(qū)動芯片支持最高26萬色RGB、240像素×320像素的液晶面板。芯片內(nèi)置720通道源極驅(qū)動器和320通道柵極驅(qū)動器，并提供了172 800字節(jié)RAM緩存用于圖像臨時存儲。

TSC2046是電阻式觸摸屏驅(qū)動芯片，可以將觸摸屏的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字坐標(biāo)，提供給中央處理單元，其核心是一個具有采樣和保持功能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器[11]。當(dāng)有觸摸事件發(fā)生時，PENIRQ筆中斷引腳產(chǎn)生一個低電平信號，向中央處理單元申請中斷服務(wù)。TSC2046通過SPI接口和中央處理單元進(jìn)行通信，在正常轉(zhuǎn)換時，X+、Y+、X-、Y-、VBAT、AUXIN 6路模擬輸入信號經(jīng)過片內(nèi)的6通道選擇器選擇后，可進(jìn)入模擬量輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換[12]。TSC2046工作方式可設(shè)為8位或12位模式，輸入方式有差分輸入和單端輸入，可以實(shí)現(xiàn)在占用較少資源的情況下實(shí)現(xiàn)精確的觸摸屏定位。

圖2 電源管理電路

圖3 中央處理電路

4 結(jié)束語

該新型籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀的優(yōu)點(diǎn)是：操作簡單，記錄信息和數(shù)據(jù)的處理及時、迅速、準(zhǔn)確，能對比賽中的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的記錄。目前，經(jīng)國家知識產(chǎn)權(quán)局審批，該儀器已經(jīng)獲得國家專利[13](專利號:CN201120202785.2)。與傳統(tǒng)籃球比賽技術(shù)信息統(tǒng)計(jì)儀器相比：本文研制的統(tǒng)計(jì)儀存儲數(shù)據(jù)類型更多、數(shù)據(jù)存儲量更大、輸入簡便、分析功能強(qiáng)大；而且價格較低、使用方便，能夠滿足籃球教練員對技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的需求，具有廣泛推廣的價值與意義。

圖4 液晶顯示器觸控模塊電路

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