基于Android的體能測試數據管理系統

馬元，高偉杰，周文倩，賈旭楠

（天津科技大學 電子信息與自動化學院，天津， 300222）

0 引言

近年來各地中學每學年需要對學生進行體質測試，畢業時測試成績不合格者按肄業處理；各地中考也逐漸增加體育成績的比重，過硬的身體素質對于升學尤為關鍵。市場上現有的體能測試設備，其中最常見且亟待解決的問題是系統的數據存儲容量、傳輸速度和處理數據的能力問題[1]。因此迫切需要一款功能完善、操作可行性高的體育運動項目監測管理系統來填補市場空白。

1 系統功能設計

■1.1 系統需求分析

(1) 識別測試者身份：在體能測試開始之前需要明確測試者的身份。

(2) 自動計時：計時是一套智能設備應該具備的最基本的功能，系統需要在測試時對所測試項目進行自動計時。

(3) 顯示測試成績：測試成績等內容需要在顯示屏上顯示出來，并且為了提高智能化程度，可以通過觸摸來進行操作。

(4) 無線傳輸：系統在任何情況和不同環境下都能實現數據的傳輸。

(5) 成績統計與管理：系統應設置包括體質測試、數據查詢、數據處理、儀器設置和用戶管理五個子模塊的數據管理界面，可方便地實現對于系統各參數的設置。

(6) 便捷一體化：系統應具有操作簡單方便、成本低、易便攜和低功耗等功能特點。

■1.2 系統的整體設計方案

本文選用運行高效的瑞芯微RK-3128主控芯片，依托Android系統作為開發環境[2]，同時采用SQL Server開發數據庫管理平臺，保證其能夠適應大量的數據處理和存儲的工作；采用RFID技術來實現對測試人員基本信息的錄入[3]，同時也預留了多余的串口，后期可以增加面部識別和指紋識別錄入基本信息的方式；采用液晶高清晰顯示屏來顯示成績及有關數據；依托紅外傳感器模塊完成數據的采集和傳輸；采用WiFi通信和433MHz通信兩種通信方式實現各計時點與主控制器之間、數據庫與主控制器之間的通信[4]；采用SQL Server數據庫設計了包括體質測試、數據查詢、數據處理、儀器設置和用戶管理在內的五個模塊以實現對于數據的存儲和管理。最后對于產品外觀設計考慮了輕便、小巧、靈活以及不受外界環境的影響等因素，將產品主體設計成了一個便攜式手提箱的形狀。

系統總體設計圖如圖1所示。

圖1 系統總體設計圖

2 硬件設計

■2.1 主控芯片

對于主機而言，由于要適應大量的數據處理工作，裸機設計已經不能滿足現實需求，所以此設計采用的是以市場上較為高效的瑞芯微RK-3128為主控芯片。Firefly-RK3128是基于Cortex-A7架構4核1.3MHz處理器，集成Mail-400MP2 GPU圖形處理器，支持OpenGL ES1.1/2.0，內嵌高性能2D硬件加速，并能實現1080P的H.265視頻編碼，擁有優秀的運算和圖形處理能力，板載千兆以太網口、2.4MHzWiFi和藍牙4.0。

圖2是本設計中所使用的RK-3128開發板接口示意圖。

圖2 RK-3128接口示意圖

■2.2 RFID射頻讀卡模塊

RFID射頻讀卡模塊是用來讀取被測試者的基本信息的模塊，常見的讀卡芯片是頻率為13.56MHz的IC卡。本系統設計時選用的是MFRC522射頻讀卡模塊。發送模塊利用調制和解調的原理，并將其完全集成到各種非接觸式通信方法和協議中。MFRC522發送模塊支持如下的工作模式：讀寫器，支持ISO14443A/MIFARE。

MFRC522的框圖如圖3所示。

圖3 MFRC522框圖

■2.3 液晶顯示電路

顯示屏型號為B101EW05，是一款采用a-Si TFT LCD技術的10.1英寸液晶模組產品。該液晶顯示屏的接口是40pin 的LVDS-40P1C6B-060D，而此系統所選用的開發板外圍電路設計中的顯示接口也是LVDS，因此，只需要使用一個LVDS轉接口，將開發板的顯示引腳與液晶顯示屏連接起來即可。

■2.4 紅外計數模塊

紅外計數模塊是此系統的重要模塊之一，即實現對被測試者的測試項目進行計數的功能，該功能的實現依托了紅外對管的計數原理。紅外光電管有兩種，一種是無色透明的LED，此為發射管，它通電后能夠產生人眼不可見的紅外光，另一部分為黑色的接收管，它內部的電阻會隨著接收到紅外光的多少變化。當有物體通過時光會被遮擋住，接收模塊輸出一個高電平脈沖，對此脈沖進行計數，從而實現對測試項目個數的統計。

■2.5 無線傳輸模塊

本文設計了兩種通信方式，即WiFi通信和433MHz通信，保證了系統在任何情況和不同環境下都可以實現通信。

2.5.1 WiFi模塊的設計

WiFi模塊選用的是市場上最常見的集成模塊，其主要芯片是Realtek RTL8188ETV，該芯片支持Linux/MAC OS/Android等系統。WiFi模塊主要電路連接圖如圖4所示。

圖4 WiFi模塊電路連接圖

2.5.2 433MHz通信模塊的設計

此系統所選用的433MHz無線通信模塊是深圳易達訊科技推出的一款微功率（＜10MW），短距離的無線數據傳輸產品EWRF3022UT，此模塊體積小、功耗低、穩定性好、使用方便、能為用戶提供雙向數據信號傳輸、檢測和控制。

EWRF3022UT模塊與此系統中主機之間的電路連接圖如圖5所示，其中CS引腳在此設計中置空，即不連接任何引腳。

圖5 無線模塊與主機電路連接圖

3 軟件設計

■3.1 RFID讀卡程序設計

RFID射頻讀卡軟件部分的設計主要包括兩部分，即PC機對讀卡器的操作、數據的讀寫、密碼的管理、功能的測試等；讀卡器對卡的實時監控，顯示并將數據實時發送給PC機。簡單地說就是包括讀卡與寫卡兩部分的程序設計。讀寫卡過程是一個很復雜的程序執行過程，要執行一系列的操作指令，調用多個函數，包括裝載密碼，詢卡，防沖突，選卡，驗證密碼，讀寫卡和停卡。

3.1.1 寫（設置）RFID卡

第一部分功能為上位機對讀卡器的操作，讀卡器對卡進行數據的讀寫，密碼的管理和功能的測試，通過上位機發送的命令可以進行詢卡，防沖突，選擇和終止等功能。程序流程圖如圖6所示。

圖6 設置卡程序流程圖

3.1.2 讀RFID卡

第二部分功能為對卡的實時監控并將數據以無線的方式發給PC機。讀RFID卡的流程主要包括首先尋卡，進入IC卡處理程序，緊接著要防沖撞，成功之后加載密碼，之后便可對IC卡進行數據的讀取和操作。完成之后等待卡的拿開，確保每次只讀一次數據，同時將數據發送給PC機。程序流程如圖7所示。

圖7 讀RFID卡流程圖

■3.2 數據庫管理系統軟件設計

數據庫管理系統的設計由SQL Server作為后臺的數據支撐[5]，主要包括兩部分，即前臺與后臺兩大部分。數據庫管理系統總體設計如圖8所示。

圖8 數據庫管理系統總體設計結構

在此系統中，數據庫系統的前臺部分主要是由被測試者使用的，可以為測試者提供豐富的頁面展示平臺，包括體能測試方面的信息，同時也可以確保測試者隨時查看自己的測試成績與分析報告，還可以實現數據的傳輸；后臺部分主要由管理員使用，主要包括對數據的處理，對儀器設備參數的設置以及對于用戶的管理等。

在此系統中，運用SQL Server數據庫工具，該數據庫的引擎中可以提供XML支持，并且還具備強大的安全性與可伸縮性，能夠構成Web站點，其進行數據存儲的組件也具有可用性。在系統設計中，可以在SQL Server中應用SQL語句，設計實現體能測試數據庫系統的基本功能，不僅可以實現對數據庫內可測試數據的查詢，處理，還可以對于測試者的成績，信息進行刪除，以保證系統的可用性。

4 結束語

本文采用瑞芯微RK-3128作為系統的主控芯片、結合SQL Server進行系統的數據庫開發，設計了一款基于Android體能達標測試數據管理系統，所設計的系統使得體能測試更加智能化，極大地提高了運動測試的效率，避免了因人多而造成的測試緩慢，測試數據記錄混亂的現象。