可穿戴篮球专项评测系统

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可穿戴篮球专项评测系统智慧测评——可穿戴篮球专项评测系统，本团队创新创意，着眼于大中小学生体育能力测试，为体育器械发展做一份贡献。随着国家相关健康政策的实施，体育健康标准测试在学生的综合素质测评里占的比重越来越大，同时学校也更加注重学生的智体两面同时发展。在信息技术发达的当今时代，团队大胆提出将信息技术与体测相结合的创新方案，可穿戴篮球专项评测系统应运而生。

目录

研究目的

篮球专项评测设备研究的主要目的在于解放人力，提高体测速度的同时，设备能够根据收集学生的各项运动动作数据以及体征变化情况建立其运动模型，帮助老师对学生进行姿态校准，提高授课效率。在同一时刻对使用者的心率等体征状况进行实时监测，帮助老师及时掌握学生身体状况，防止意外状况对学生造成的伤害。

项目内容

该系统结合传感器、嵌入式技术、无线通信技术等多种前沿学科技术。该系统为可穿戴式设备，通过多个穿戴模块将运动员的运动轨迹等数据传回控制端。跑位子系统可实时传送回运动者的相对位置，并可绘制运动者的运动轨迹，及停留点的驻留时间；姿态子系统可对学生动作进行捕捉；生理子系统，通过穿戴心率检测、体温等相关传感器，对运动者的生理变化进行评估；数据融合系统在基于前面系统的数据下综合建立模型，对学生进行自动打分。

项目意义及前景

该系统能在体育测评时提高测评成绩的准确性和测评速度，通过建立起综合模型，对学生的技能学习情况进行全方位的分析，做到因材施教、细致入微。与此同时，在完成体测项目的过程中通过对使用者生命体征的监测保障学生的安全，将心率等数据实时传送回终端，让老师及时了解学生身体机能变化情况，让学生的安全有所保证。在市场方面，市面上所流通的智能体育器材功能单一且具有局限性，而在专项的球类运动领域，智能器材市场更是一片空白。本产品的研究不仅保证了所需的功能性同时也填补了市场空缺。

二、技术方案与指标

问题分析

如今，越来越多的学校已经重视起体育成绩在学生综合测评里所占比重，同时球类项目也大力在学生体育课堂上普及，篮球正是球类运动的重要一项。 截止目前，我国的体育测试项目仍然采用老师当面验收方式的传统的测试方式，由评测老师主观决定，受评测者的情绪、生理状态、注意力、关系等影响，具有一定的随意性，缺少客观性及公正性，尤其当接受篮测的人数较多时，对老师的体力与精力是极大的考验，评测的结果将更为不可靠。

关键技术

本产品主要包括跑位子系统、姿态子系统、生理子系统、数据融合子系统：

（1）跑位子系统

篮球跑位子系统是对运动员的跑位路径进行检测和轨迹复现的一个分模块。该系统由检测部分，通信部分，数据处理等多模块组成。整个系统的工作机制建立在 UWB 对距离的精确传输的基础上，将检测到的数据进行处理，绘制出运动员跑位的整个轨迹，对运动员在比赛中的跑动距离做出一个总体评价，给出切实中肯的建议。硬件设计部分融合了 UWB通信模块，基于 STM32 主控的系统电路与精细到每个运动员身上穿戴的分模块，主控与分模块的配合使得整场比赛的运动员跑位数据完整呈现。软件设计部分，旨在将数据即时传回主控，对位置坐标进行处理后，显示为路线轨迹，以及后续对运动员的场上表现给出切实的评价。

2）姿态子系统

现实生活中，各种物体的运动都可能会导致物体本身的姿态发生改变。在许多重要的场合，准确测量物体的姿态对于使用者来说尤为重要，而姿态检测系统正是利用惯性传感器来实时的测量运动物体的姿态的设备。在军事领域，姿态检测设备则被用来实时的获取导弹的姿态而确定导弹的弹道是否正确；在工控领域，姿态检测设备则用于对机器人运动姿态的检测；随着科学技术的不断发展，姿态测量设备不再局限于传统行业，而慢慢的走向了民用和消费电子领域。

a.惯性传感器节点模块

惯性传感器包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，用于实时采集人体肢体运动时产生的三轴加速度、角速度。传感器节点通过无线传输模块以无线的方式，将采集到的数据发送给接收模块（信息整合节点）。

b.信息整合节点

信息接收模块实现无线惯性传感器节点与计算机之间通信。信息接收模块用串口与计算机连接，惯性传感器节点发送的信息通过无线通信模块传输，信息接收模块接收节点信息并将接收的信息通过串口发送给计算机，数据在计算机中进行处理。信息接收模块主要由 USB 转串口通信模块和无线通信模块组成。

（3）生理子系统

篮球专项评测系统生理子系统是篮测评价系统的重要组成部分，主要对测评对象进行生理状态的监测，包括但不限于体温、心率、能量消耗等，系统主要由蓝牙手环监测终端、蓝牙接收终端以及调试设备等组成。通过调试设备的开发，使蓝牙手环具备监测测评对象相关信息的功能，测评过程中，由手环实时监测测评对象的各项相关信息，并将数据发送至接收端，接收端接收到数据后进行数据的保存与处理，并将测试数据上传至测评系统，作为测评对象最终测评结果的重要依据。

该部分设计基于开源蓝牙手环，可实时监测测评对象的体温、心率、步数以及能量消耗等信息，并将监测到的体征信息实时发送给上位机进行数据分析。

手环操作说明

a) 手环由两个触摸片组成，手环只识别滑动或者长按这两个动作；

b) 监测功能在切换至功能界面时自动开始监测；

c) 心率和血压检测时间为 30 至 60 秒左右，体温检测时间为 1 秒左右；

d) 长按心率进入悬挂模式（显示+号），再长按即可退出。

4）数据融合子系统

数据融合中心对来自多个传感器的信息进行融合，也可以将来自多个传感器的信息和人机界面的观测事实进行信息融合(这种融合通常是决策级融合)．提取征兆信息，在推理机作用下．将征兆与知识库中的知识匹配，做出故障诊断决策，提供给用户。在基于信息融合的故障诊断系统中可以加入自学习模块．故障决策经自学习模块反馈给知识库．并对相应的置信度因子进行修改，更新知识库．同时．自学习模块能根据知识库中的知识和用户对系统提问的动态应答进行推理。以获得新知识．总结新经验，不断扩充知识库，实现专家系统的自学习功能。

通过蓝牙收到其他子系统发回的数据，进行数据融合分析，带入评价的模型，进行综合打分。

创新设计

（1）专项的测评系统：

经过调查研究发现，目前市面上不乏有智能体育器材以及体测相关的智能器械，但是市面上大部分都为智能器械工具，并没有针对某种运动而带来具有特定功能的专项器械。本产品针对篮球运动专项设计，符合当今市场需求，弥补市场空白。

(2)准确的数据采集：

该系统使用多个惯性传感器对使用者姿态及动作进行实时捕捉，相比于其他传感器，在运动中的数据采集更加的精准有效，保证采集数据的准确性。

（3）可靠的数据传输：

体测中的数据传输使用 UWB 通信模块，同时基于 STM32 主控的系统电路与精细到每个运动员身上穿戴的分模块，主控与分模块的配合使得整场比赛的运动员跑位数据完整呈现，保证数据的可靠有效。使最后的测评结果真实，让学生贴切的了解自己。

（4）体征的实时监测

近年来，青少年猝死案件频发，在新闻上屡屡可以见到正值大好年华的青年在体育锻炼中忽然逝去的消息，令人心痛又惋惜。社会各界也开始对当代青少年的身体情况越来越重视。而我们的设备可以对学生的心率等身体机能情况进行实时监测，让老师能及时了解学生的身体情况，在意外来临前采取有效措施，防止对学生的伤害。

（5）专用模型的建立：

建立了篮测专用模型，结合了空间跑位、姿态变化等因素，从而统一的评估规范，并通过动作完成的匹配度能迅速给出综合分数，同时，也为动作的纠正，训练给出了明确的方向，可有效加快训练进程。

(6)多源的数据融合：

模型数据有效融合了空间信息、多元姿态信息、生理特征信息，通过关键节点时间段面与空间段面的参数采集与分析对动作的细致变化进行还原和评估。

（7）系统可多元化推广：

系统可为大规模的篮测提供支持，并大大提高效率，同时，设计思想也可推广到其它文体结合领域，如排球、跳高等。

（8）复杂传感网的设计实现：

系统所检测的参数有十几个，且需同步采集，并且要很好的控制功率，节省连线，满足人体舒适性，不破坏动作施展，这些为机械与电路设计提出了很高的要求。

应用场景

目前该系统能作用于体育测试中篮球项目的评测以及日常学生学习训练中使用，但基于该系统的各种技术基础，可对该系统的姿态捕获以及数据融合等方面进行调整，使其不仅可以用于篮球运动的评测中，同时也可应用于足球、排球等各项球类运动以及田径项目的专项测评及训练中，其安全性及准确性不仅可以弥补缺少专项测评系统的市场空白，同时也能在运动中为学生提供安全保障，应用范围宽泛，市场前景良好且广阔。同时产品也能在优化中进一步提升准确性，并且向更加环保的方向发展，使产品更符合当今绿色环保的时代主题。