無線傳感器網絡下的體育運動訓練系統設計研究

張斌

摘要：以現代體育訓練使用需求為基礎，通過無線傳感網絡技術實現體育運動訓練系統的設計，系統主要包括硬件系統及軟件系統。在硬件系統中實現傳感器節點及基站的設計，能夠實現運動收集人員運動參數的實時收集。在軟件系統中實現基站控制、節點控制及運動數據庫軟件的設計，能夠有效實現運動參數的收集、存儲和分析。最后對設計的基于無線傳感器網絡體育運動訓練系統進行測試，通過測試結果表示，該文所設計的系統能夠滿足體育運動訓練使用需求。

關鍵詞：無線傳感器網絡；體育；運動訓練系統

中圖分類號： TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）04-0012-02

在現代信息技術不斷發展的過程中，對于競爭較為激烈的現代競技體育具有一定的影響，使用信息技術能夠實現運動人員訓練的科學性。在傳統體育運動訓練過程中，其都是通過教練人員對運動員運動的數據進行記錄和觀察，根據自身的經驗對運動的合理性進行判斷。此種定性的分析方法具有較強的主觀性，并且誤差較大，而且容易受到干擾。將現代信息技術和傳統訓練方式及經驗相互結合，能夠對運動員在運動過程中的量化參數相互結合，從而實現運動員運動參數的及時獲取，并且使計算機對其有效統計處理，以此為運動人員提供精準的運動分析結果。基于此，本文就對無線傳感器網絡中體育運動訓練系統的設計進行全面的分析。

1 無線傳感器網絡和體育運動訓練系統的需求

無線傳感器網絡屬于計算機、傳感器和通信相互結合的網絡，其能夠通過傳感器技術和嵌入式計算技術實現數據收集、感知和處理。在實際工作過程中，無線傳感器網絡主要包括大量集成傳感器及數據處理單元，并且還具有無線通信模塊構成的多個細小的節點，節點能夠利用自組織的方式創建通信網絡，提高信息傳輸過程中的效率。無線傳感器網絡中具有多種現代化技術的集成，使用此網絡能夠實現數據的實時收集感知和處理，并且還能夠將相應的信息發送給觀察人員，并且其在使用過程中還具有一定的優勢[1]。

基于無線傳感器網絡實現體育運動訓練系統的設計，要保證其中的所有傳感器節點數據能夠相互的組合，從而有效提高系統傳感器網絡效率，并且還要保證系統設計過程中的信息傳遞、用戶隱私、接口及網絡狀態方面得到基本的保障，從而提高在設計和使用過程中的安全性。在體育運動訓練管理過程中，保證系統能夠具備體育管理人員的思維模式，通過客觀運動訓練規律，從而有效提高運動訓練效率，實現體育運動訓練過程中的組織性、計劃性、創新性及協調性。并且在實現體育運動訓練系統設計過程中要能夠全面保證體育運動訓練管理系統滿足運動訓練管理人員及對象的需求，實現系統信息的優化，保證使用此系統能夠對體育運動訓練指標進行全面的衡量，以此有效提高系統實用性，使系統能夠有效滿足用戶需求[2]。

2 基于無線傳感器網絡體育運動訓練系統的設計

2.1 體育運動訓練系統的設計框架

圖1為運動系統設計的總體框架，運動系統主要是通過無線通信方式實現運動員生理及運動參數的設計，比如心電、加速度、速度及血壓等。實現不同類型傳感器節點的設計，就能夠在運動人員身體及運動場地中安裝，并且實現運動及生理參數的收集。然后將收集的參數到基站中發送，其利用內部管理軟件實現數據收集和處理，之后通過LCD屏進行實時的展現。基站中手機的運動數據能夠在數據庫系統中長期的存儲，并且對優秀運動員數據資料進行積累，創建專家系統[3]。

圖1 運動系統設計的總體框架

2.2 系統硬件設計

2.2.1 傳感器節點

傳感器節點硬件結構主要包括傳感器、處理器、電源及射頻模塊，圖2屬于本文所設計系統的傳感器節點結構框架，其中電源模塊能夠為節點提供精準及穩定的能源也是節點是否能夠工作的先決條件。本文所設計的節點電壓在2.6-3.6v之間[4]。

使用AT65854單片機作為節點的核心處理器，其在工作過程中的功耗較低。傳感器模塊使用低功耗三軸電容加速度傳感器，其主要使用溫度補償、單機低通濾波器、信號調理等技術。在處于休眠模式中的時候，其電流能夠有效滿足節點的低功耗需求。傳感器模塊中還具有擴展接口，能夠以不同需求實現不同類型傳感器的安裝。

2.2.2 基站

基站屬于系統控制及處理的核心內容，其具有數據處理、路由維護、網絡喚醒、操作管理等功能。和節點進行對比，要求基站的處理能力及運行速度較高，并且要全面考慮系統的性能擴展，在設計過程中要使用具有較高性價比而且豐富的資源，實現外部存儲控制器的集成，從而使其能夠在功耗敏感場合中使用。

其中的射頻模塊使用CC2541型號，其能夠實現傳輸協議的統一，從而使傳輸可靠性得到保證。其中的LCD屏使用3.5英寸，通過CUI實現圖形界面的開發，從而使基站能夠成為手持設備實現教練員指令的接收，對傳感器網絡的工作進行控制，從而在室內和室外都能夠實現訓練任務[5]。

2.3 軟件設計

以無線傳感器網絡為基礎，實現體育運動訓練系統的優化，在此系統中要具備多方面的功能，從而使其能夠滿足用戶的使用需求。系統軟件主要包括用戶管理、數據庫、無線通信、傳感器數據收集及運動訓練決策。

用戶管理的主要功能為實現系統用戶信息的查詢，還能夠保證用戶能夠以不同的權限、角色在系統中實現不同功能的操作，系統中具備多用戶信息安全的預防及保護，保證系統在使用過程中的安全性。

數據庫的主要功能就是實現體育運動訓練數據的有效管理。

無線傳感器數據的功能就是利用無線傳感器實現數據信息的傳播，從而保證體育運動訓練管理信息能夠完整。

訓練決策的主要目的就是使用系統實現運動項目的合理布局、管理和立項，從而使體育運動管理人員的訓練能夠協調[6]。

2.4 無線傳感器網絡的創建

無線傳感器網絡中的傳感器節點能夠實現本地數據的傳輸，還能夠實現無線網絡鄰節點數據的傳輸，其具備雙重無線傳播的功能。而且，在實現無線傳感器網絡設計的過程中要能夠 基于后臺管理軟件進行控制，收集傳感器網絡中節點數據，將數據通過路由器對體育訓練系統進行傳輸。

無線通信的主要目的就是實現控制信息、收集信息和運動訓練的能量檢測信息傳遞，利用無線射頻實現發送模塊的接收，還能夠將自身信息對其他節點進行發送，實現無線通信模塊功能的拆解。

在實現體育運動訓練系統設計的過程中，在無線傳感器網絡的節點硬件主要包括無線傳輸及信息處理等單元內容。其中處理單元的主要目的能夠實現操作傳感器節點的控制，對系統數據存儲問題進行處理。對于其中的傳感器收集單元，能夠實現系統管理區域的有效負責，實現運動信息的收集，并且無線傳感還能夠實現無線節點信息通信，保證此系統能夠實現體育運動訓練。

2.5 數據庫管理系統的設計

運動數據庫管理系統中的功能模塊主要包括數據收集、系統配置、網絡監測及數據管理。其中系統配置參數主要包括用戶、數據庫連接及系統等參數的配置，比如運動人員編號、測試方式和測試節點數量的設置，從而滿足不同訓練及測試的需求。

數據收集屬于數據庫管理系統的核心內容，數據庫中心和基站通過USB接口實現連接，在保證基站連接請求之后，會以自定義的數據包協議實現數據的分析，然后以數據收集的順序和運動人員的編號實現數據庫的存儲。

網絡檢測模塊能夠將運動數據庫的管理系統在無線傳感網絡中的監控作用充分的展現出來，比如實現無線傳感器網絡節點的狀態等。

數據顯示的主要目的就是將實時數據、運動員及歷史數據充分的顯示出來[7]。

3 系統的測試

對本文所設計的體育運動訓練系統進行測試，包括功率、電流的消耗和丟包率及碰撞率，通信實驗的統計數據結果詳見表1。之后對不同發射功率中電流消耗進行測試，測試的結果詳見表2。通過測試和使用結果表示，本文所研究的系統能夠在使用過程中的能耗較低，并且能夠縮小節點體積，具備良好的擴展性及靈活性[8-9]。

表1 通信實驗統計的結果數據

4 結束語

無線傳感網絡被廣泛應用到現代社會各個行業中，本文就基于無線傳感網絡，實現無線傳感器網絡中體育運動訓練系統

的設計。使用無線傳感器網絡技術實現運動訓練系統的設計，能夠有效提高系統性能。不僅能夠對訓練過程及模式進行自動的控制，還能夠支持室外運動場地的訓練使用，其組網較為靈活。在現代社會中，使用無線傳感器網絡的使用屬于必然趨勢，其成本較低，并且操作較為簡單，具有良好的實時性，使用前景較為良好。

參考文獻：

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