運動訓練信息管理系統(tǒng)的研究與設計

劉宗梅++李克蕾

摘 要： 為了提高體育運動訓練信息化的管理效能，進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的優(yōu)化開發(fā)設計，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設計的運動訓練信息管理系統(tǒng)開發(fā)設計方法。首先進行信息管理系統(tǒng)的總體設計描述，構(gòu)建系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和軟件平臺，系統(tǒng)設計包括信息統(tǒng)計模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和信息訪問及輸出模塊等，結(jié)合多線程技術(shù)進行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，在系統(tǒng)的集成度和可靠性方面進行優(yōu)化。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。

關鍵詞： 運動訓練； 信息管理系統(tǒng)； 系統(tǒng)設計； 信息處理

中圖分類號： TN02?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）09?0054?04

Abstract： In order to improve the information management efficiency of sports training， the optimal development and design of the sports training information management system was performed. The Internet of Things （IOT） technology and embedded system design based development and design method of the sports training information management system is put forward. The overall design of the information management system is described to construct the system development environment and software platform. The information statistics module， information processing module， data storage module， and information access and output module of the system were designed. The multithreading technology is combined to control the IOT access of the information management system. The integration and reliability of the system were optimized. The system test results show that the system is reliable and stable.

Keywords： sports training； information management system； system design； information processing

在大數(shù)據(jù)信息條件下對體育運動訓練的信息管理可以有效進行運動員運動訓練的生理指標特征分析，結(jié)合科學的訓練管理方法，進行一對一的訓練指導，提高運動員的訓練針對性和面向?qū)ο笮訹1]。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，通過構(gòu)建運動訓練信息管理系統(tǒng)進行軟件開發(fā)，提高信息管理能力。當前，對體育運動訓練的信息管理多建立在人工統(tǒng)計分析的基礎上，結(jié)合電子表格等傳統(tǒng)工具進行訓練效果評估，但是隨著數(shù)據(jù)信息規(guī)模的擴大，導致信息管理的集成度不高，信息處理的時效性不好，需要進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的優(yōu)化設計，本文針對這一問題進行系統(tǒng)優(yōu)化設計的研究。

1 系統(tǒng)總體邏輯設計

1.1 運動訓練信息管理系統(tǒng)的開發(fā)流程

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設計的運動訓練信息管理系統(tǒng)開發(fā)設計方法，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)設計，保障運動訓練信息的有效統(tǒng)計和預測評估[2?3]，運動訓練信息管理系統(tǒng)建立在嵌入式操作系統(tǒng)基礎上，通過移植后可以運行在不同的硬件平臺上，結(jié)合控制算法和前期的硬件電路設計，實現(xiàn)對運動訓練信息管理系統(tǒng)的多線程控制，進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的集成智能控制與開發(fā)。系統(tǒng)運行在ARM，PowerPC等多種硬件平臺上，保障控制系統(tǒng)的軟件程序具有較好的移植性和人機交互性，研究在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的運動訓練信息管理系統(tǒng)[4]，根據(jù)上述開發(fā)環(huán)境分析，運動訓練信息管理系統(tǒng)軟件開發(fā)的基本處理流程如下：

（1） 運動訓練信息的采集過程。通過體育運動訓練信息的采集，為運動訓練信息管理提供數(shù)據(jù)輸入基礎。采用嵌入式統(tǒng)計信息系統(tǒng)輸入運動訓練信息管理系統(tǒng)的統(tǒng)計信息，包括運動成績、身體健康狀態(tài)和運動擅長項目等，通過A/D信息采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換進行信息的統(tǒng)計分析和濾波，結(jié)合FIR濾波器進行運動訓練信息的抗干擾抑制，為運動信息管理系統(tǒng)提供準確的數(shù)據(jù)輸入[5]。

（2） 運動訓練信息數(shù)據(jù)處理過程。在Linux內(nèi)核下進行運動訓練信息加載和PID控制程序引導，實現(xiàn)對運動訓練管理信息處理，采用PCI橋接芯片與上位機通信，在MVB總線控制環(huán)境下進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡設計和數(shù)據(jù)收發(fā)，包括控制信息的存儲，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)的控制時鐘設計[6?7]。

（3） 統(tǒng)計信息輸出和人機交互過程。采用交叉編譯環(huán)境進行控制信號輸出和人機交互，利用計算機輔助GUI人機的交互系統(tǒng)，采用LabWindows/CVI實現(xiàn)運動訓練信息管理的可視化多線程遠程控制。

根據(jù)上述運動訓練信息管理系統(tǒng)的開發(fā)流程設計進行系統(tǒng)設計和軟件開發(fā)。

1.2 系統(tǒng)總體設計分析

根據(jù)上述設計原理和流程介紹進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的總體設計。系統(tǒng)設計中，其功能模塊主要包括信息統(tǒng)計模塊、信息處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和信息訪問及輸出模塊等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1分析，進行系統(tǒng)的功能模塊和總體結(jié)構(gòu)描述。本文設計的運動訓練信息管理系統(tǒng)建立在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的嵌入式Linux系統(tǒng)基礎上[8]，系統(tǒng)的總體設計分為四個層次，分別為：

（1） 運動訓練信息的引導加載程序（Boot loader）。通過引導加載程序進行運動訓練信息管理的PID模糊控制和加載，同時對時鐘、存儲器、串口、網(wǎng)口等硬件進行初始化操作，將不同文件系統(tǒng)的操作和控制納入到加載程序模塊中，建立Linux的根文件系統(tǒng)進行主控模塊的程序?qū)懭牒妥x取。

（2） 嵌入式網(wǎng)關設計。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進行嵌入式網(wǎng)格設計，以及信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡控制和數(shù)據(jù)共享。Linux內(nèi)核用于實現(xiàn)運動訓練信息管理系統(tǒng)的特定功能，在嵌入式設備上進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的交叉編譯，把編譯器路徑加入系統(tǒng)環(huán)境變量，修改最上層的Makefile文件，在文件系統(tǒng)加載安裝根文件系統(tǒng)，并執(zhí)行init進程進行文件配置。采用以ARM920T為核心的32位RISC微處理器執(zhí)行網(wǎng)關的設計，將訓練信息管理系統(tǒng)接入以太網(wǎng)，網(wǎng)關硬件原理如圖2所示。

圖2中，S3C2440是韓國三星公司生產(chǎn)的以32位RISC ARM920T 為內(nèi)核的一種網(wǎng)絡微控制器，RS 232接口在調(diào)試過程中與PC進行通信，作為運動訓練信息管理系統(tǒng)的控制臺，輸入調(diào)試指令，進行網(wǎng)絡互連，其中，接口支持網(wǎng)關以10 Mb/s，100 Mb/s 自適應的速率接入物聯(lián)網(wǎng)的以太網(wǎng)，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。

（3） 文件系統(tǒng)（File System）。文件系統(tǒng)實現(xiàn)對運動訓練信息管理的數(shù)據(jù)存儲和調(diào)度，在交叉編譯環(huán)境編輯.Bashrc文件，運行代碼如下：

export PATH=$PATH：/Kernel_rtrtgfjrn /cofdghgion/ maadfile 920t?esfgvi/bin

（4） 用戶應用程序（Application）。用戶應用程序模塊是實現(xiàn)內(nèi)核配置、編譯的總體控制模塊。Linux內(nèi)核需要在運動訓練信息管理系統(tǒng)的輸入層實現(xiàn)用戶應用程序?qū)懭?，采用雙路16位電流輸出進行控制信號激勵，讓有許可權(quán)的數(shù)據(jù)包傳輸通過網(wǎng)關進行信息傳遞和數(shù)據(jù)共享，提高運動訓練管理系統(tǒng)的用戶應用能力和面向?qū)ο笮浴?/p>

2 運動訓練信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

在運動訓練信息管理系統(tǒng)的信息統(tǒng)計模塊設計中，采用S3C2440與無線傳感器網(wǎng)絡連接，運動訓練信息管理系統(tǒng)的接口程序及RS 485網(wǎng)絡，用來連接PC機，UART1和UART2的是TTL接口，采用嵌入式RAM作為主控芯片進行信息統(tǒng)計和控制，K9F1208和2片SDRAM芯片HY57V561620并聯(lián)構(gòu)建32 位的SDRAM存儲器進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲，執(zhí)行運動訓練信息管理操作系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的緩存[9?10]，信息管理系統(tǒng)的RAM緩存芯片接口設計如圖3所示。

結(jié)合多線程技術(shù)進行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，分別運行make以及make install進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的文件系統(tǒng)編譯，新建一目錄filesystem，在Busybox中實現(xiàn)對運動訓練信息管理系統(tǒng)的嵌入式Linux應用。在RAM緩存中，設置相應波特率后進行RS 485網(wǎng)絡接口控制，在配置完成JTAG接口后，分別運行make以及make install進行編譯和安裝，編譯程序為：

event void Timer as Check；.startDrtggre（esfdvfr_t ok） {

if （ok == SUsfv vS） {

call DissesdfvgnConhgthjl.stsdt（）；

call ColsdfvConsdfrol.start（）；

call LowPdfLisfvfdbng.setLocalWvfdgrervedal（512）；

call Checksvvfdodic（DEsdffdvbT_sfdbK_INTERVAL）；

}

else {

call Ragfdggg.start（）；

errorLed（）；

}

}

運動訓練信息管理系統(tǒng)的信息處理模塊的主頻為533 MHz，采用雙16位MAC，雙40位ALU的緩存設計，核心處理芯片具有16位DSP和32位DSP兩種類型，采用8位A/D芯片進行運動員訓練狀態(tài)分析模型的特征信息采樣，其中DSP數(shù)字信號處理模塊主要包括電源供電模塊、程序加載電路、復位電路、A/D電路、功率放大器等。LEEP幀的估計通過LEEP幀的信息來估計EETX值，尾部存放的是本節(jié)點到鄰居節(jié)點的鏈路質(zhì)量表，得到運動訓練信息系統(tǒng)的LEEP幀的估計過程如圖4所示。

RTC模塊作為運動訓練信息脈沖分析輸出特征的復位電路，調(diào)用 addLinkfregggderAnd?Fosdfr（）執(zhí)行DSP復位后，得到運動訓練信息系統(tǒng)的信息處理模塊的主控電路，如圖5所示。

圖中MCP6002為運算放大器，采用A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序，DSP內(nèi)核電壓決定PLL的鎖定周期，設置A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器，創(chuàng)建嵌入式圖形用戶界面，采用Qt/Embedded 4.6創(chuàng)建控制系統(tǒng)在嵌入式設備上的圖形用戶接口，通過電位器RP1和RP2調(diào)節(jié)放大器的倍數(shù)，運動訓練信息管理的數(shù)據(jù)經(jīng)過放大后通過輸出腳S_OUT輸出。

在信息處理模塊的主控電路配置完成后，在telosB節(jié)點中采用FT232作為USB與UART的橋接芯片，控制A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序等工作，進行數(shù)據(jù)存儲模塊設計，在telosB中使用M25P80存儲器，實現(xiàn)可視化控制， M25P80存儲開發(fā)環(huán)境建立在X86上，執(zhí)行存儲器的初始化操作：

Root file systemTuning ???>

[*] rootfs.yaffs /etcDevice driver

[*] Generate bin， SBIN folder commands

[*] deprecated：aliased

[*] Copy new root file system

[*] Script server configuration file

Shells ???>

??? Ash Shell Options //服務器配置文件

[*] Check for echo Root File System //復制到新建根文件系統(tǒng)

直接從地址0x20000000執(zhí)行運動訓練信息的耦合調(diào)制，從外部的8位或16位存儲器引導程序加載，通過JTAG接口訪問CPU的內(nèi)部寄存器，接口代碼為：

interface DirtgtrhnValue as Settsfvfald；

interface Send as Alefedgbfot； //外部數(shù)據(jù)存儲

interface Invfdgrthh rgthhjit；

//外擴數(shù)據(jù)存儲和PCI9054之間進行數(shù)據(jù)通信

interface Stddergrol as Senfdegrgntrol； //外接FLASH存儲器

interface Stdsdfrgol as Colleegrhghrbtrol； //地址線相連

interface Stefrghghtrol as DissfrhyCofrhgol；

//FLASH的數(shù)據(jù)線控制

interface SsfvrgitCdewfol as Rasdfrgyyntrol； //輸出方位控制

interface LowsfergtytwerLiarh6jsferng；

//5409A的硬件接口控制

interface Modegfnt； >> Pdafeg stofdage //外接FLASH

interface Cgfrg5yrage； //數(shù)據(jù)線初始化

在此基礎上進行信息訪問及輸出模塊設計，通過pwm_ioctl控制指令監(jiān)測信息訪問模塊，采用物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，構(gòu)建信息輸出模塊，輸出接口程序設計為：

event void Brtggd（） {

call Sefgfevefit.init BUSY→/IINT0 （）； // Init高速A/D轉(zhuǎn)換

call Moffetghgt（）；

//Mount FLASH利用信號作讀數(shù)標志信號

}

3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試與性能分析

在LabWindows/CVI平臺上進行系統(tǒng)集成軟件開發(fā)和聯(lián)調(diào)測試，結(jié)合多線程技術(shù)進行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，通過“瀏覽”選擇運動訓練數(shù)據(jù)文件，在用戶管理層中實現(xiàn)程序加載和自動配置，得到運動訓練信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測試界面如圖6所示。

圖6中，輸入數(shù)據(jù)在窗口的上半部分，輸出數(shù)據(jù)在窗口的下半部分，分析圖6得知，采用本文方法進行運動訓練信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加載和傳輸測試對數(shù)據(jù)信息的輸入和輸出具有一致性，說明在運動訓練信息管理中數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度的準確性較好。

4 結(jié) 語

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設計的運動訓練信息管理系統(tǒng)開發(fā)設計方法。通過運動訓練信息管理系統(tǒng)的優(yōu)化開發(fā)設計，提高了體育運動訓練信息的智能化管理能力。結(jié)合多線程技術(shù)進行信息管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)訪問控制，在系統(tǒng)的集成度和可靠性方面進行優(yōu)化，系統(tǒng)測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，具有可行性。

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