運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

牟炳楠

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度控制不準(zhǔn)確，耗時(shí)長(zhǎng)、效率低的問題，提出基于信號(hào)甄別計(jì)算的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器的設(shè)計(jì)。引入智能控制模塊，依托智能觸點(diǎn)以及無線傳輸技術(shù)，將信號(hào)發(fā)送到智能模塊終端，設(shè)置通信適配器調(diào)解信號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多層次信號(hào)計(jì)算，引入信號(hào)甄別計(jì)算方法，完成運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用改進(jìn)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度控制器，相比傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度控制器，其控制精度及效率有所提高，耗時(shí)得以降低，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練; 智能控制; 信號(hào)甄別計(jì)算; 無線傳輸; 通信調(diào)解; 通信適配器

中圖分類號(hào)： TN876?34; TN913 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）08?0034?03

Abstract： In allusion to the inaccurate intensity control ， long time consuming and low efficiency problems of the traditional sports training intensity distribution controller， the design of sports training intensity intelligent distribution controller based on signal discrimination calculation is proposed. Signals are sent to the smart module terminal by introducing the intelligent control module and relying on the smart contact points and wireless transmission technology. The signal data is demodulated by setting the communication adaptor to realize the multi?level signal calculation. The signal discrimination calculation method is introduced to achieve intelligent distribution control of sports training intensity. The simulation experiment results show that in comparison with the traditional sports training intensity controller， the improved sports training intensity controller has higher control accuracy and efficiency with lower time consumption， which has a certain advantage.

Keywords： sports training; intelligent control; signal discrimination calculation; wireless transmission; communication demodulation; communication adaptor

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用高科技提升運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練水平，已經(jīng)成為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的主流，因此運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度分配器得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度分配控制器可完成運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的分配[1?2]。但其存在設(shè)置參數(shù)繁瑣、分辨效率不高、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)不清的問題[3?4]，基于以上問題，提出運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器的設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)智能分配控制器，利用智能觸點(diǎn)裝置，粘貼在運(yùn)動(dòng)員身體上，通過感應(yīng)芯片對(duì)運(yùn)動(dòng)員位置、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等關(guān)鍵信息進(jìn)行獲取，通過無線傳輸發(fā)送到智能模塊終端，通過智能控制模塊的多級(jí)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)控制。利用智能集成技術(shù)以及集成控制模塊，完成數(shù)據(jù)連接以及計(jì)算機(jī)三維顯示，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)智能分配控制器的設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器為運(yùn)動(dòng)員提供科學(xué)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，從而提升運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。通過仿真實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)智能分配控制器解決了傳統(tǒng)分配器的不足，實(shí)現(xiàn)個(gè)人與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)連接，操作更加簡(jiǎn)單，分配控制結(jié)果更加精確。

1 智能分配器的設(shè)計(jì)

1.1 智能觸點(diǎn)與智能模塊的建立

智能觸點(diǎn)是粘貼在訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員身上的數(shù)據(jù)采集器。其首先要保證質(zhì)量輕薄，傳輸準(zhǔn)確，不能妨礙運(yùn)動(dòng)員正常訓(xùn)練。設(shè)計(jì)的智能觸點(diǎn)主要由體感芯片、傳輸芯片、粘結(jié)層三部分組成。

體感芯片能夠確定訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員的空間位置、三維坐標(biāo)，以及身體的發(fā)力狀態(tài)和強(qiáng)度狀態(tài)。傳輸芯片能夠連接智能模塊，將體感芯片的數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)，發(fā)送到智能模塊上，通過智能模塊與計(jì)算機(jī)的連接實(shí)現(xiàn)分配控制器的設(shè)計(jì)。其智能觸點(diǎn)示意圖如圖1所示。

智能模塊主要包括：關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)計(jì)算、位置信息計(jì)算、運(yùn)動(dòng)員行為計(jì)算等多層計(jì)算機(jī)制[5]。其智能模塊框架圖如圖2所示。

通過無線傳輸方式，將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給智能模塊，智能模塊通過數(shù)據(jù)處理，顯示在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，其中智能模塊節(jié)點(diǎn)計(jì)算，采用極限方差求和形式計(jì)算[6]，其計(jì)算如下：

1.2 連接傳輸機(jī)制的構(gòu)建

運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練粘貼智能觸點(diǎn)，通過連接機(jī)制與智能模塊相連接，實(shí)現(xiàn)無線傳輸。智能觸點(diǎn)的無線傳輸采用SEP協(xié)議[8]。通過單源信號(hào)放大裝置，對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)解、放大，利用濾波系統(tǒng)消除傳輸過程中產(chǎn)生的雜波。其中SEP傳輸協(xié)議的產(chǎn)生如圖3所示[9]。

通過固定數(shù)據(jù)連接通道，完成高頻辨別信號(hào)接收。運(yùn)動(dòng)員與設(shè)備較遠(yuǎn)距離時(shí)，也能夠快速準(zhǔn)確傳輸，清楚地顯示在個(gè)人電腦上。為了快速實(shí)現(xiàn)解調(diào)，需要對(duì)配置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[10]。智能模塊調(diào)解機(jī)制，可識(shí)別傳輸分辨效率，若分辨效率驟然降低，智能模塊調(diào)解可調(diào)用相關(guān)組件，進(jìn)行擴(kuò)容計(jì)算，但對(duì)個(gè)人便攜計(jì)算機(jī)要求較高，對(duì)運(yùn)行內(nèi)容以及CPU的配置有所降低，理論計(jì)算速度會(huì)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生波動(dòng)。

2 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器的實(shí)現(xiàn)

基于智能觸點(diǎn)與智能模塊的建立，依托于無線傳輸技術(shù)與連接機(jī)制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器的設(shè)計(jì)。其智能分配控制器示意圖如圖4所示。

運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練情況通過身上粘著的智能觸點(diǎn)獲取，智能觸點(diǎn)基于SEP協(xié)議，在固定通道中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸，并能夠保證數(shù)據(jù)的完整性和清晰度。通過智能模塊的集成與個(gè)人便攜計(jì)算機(jī)com口連接。實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的采集，通過智能模塊計(jì)算對(duì)動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c參數(shù)設(shè)置

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度智能分配控制器節(jié)點(diǎn)控制能力、分辨效率能力與實(shí)際運(yùn)行情況，分別進(jìn)行控制器節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)、控制器分辨效率實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)總體分為兩個(gè)大部分：第一部分仿真測(cè)試，通過控制器節(jié)點(diǎn)與控制器分辨效率的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證智能運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)行能力;第二部分通過實(shí)踐運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證智能運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)行效果。其中對(duì)個(gè)人便攜電腦配置要求，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境Windows 7/Windows XP， 8 GHz 64?bit 雙核處理器，8 GB系統(tǒng)內(nèi)存，1 TB固態(tài)硬盤分區(qū)，I Game GTX1070顯卡8 GB顯存，DVD?R/W 光驅(qū)。

3.2 控制器分辨效率實(shí)驗(yàn)

分辨效率實(shí)驗(yàn)（Resolution Efficiency Experiment，REE）是驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)分配控制器的分辨精度與效率的實(shí)驗(yàn)，分辨效率的快慢，影響著控制器的運(yùn)行能力。其分辨效率用REE表示。REE量化數(shù)值低于60%代表數(shù)據(jù)控制器分辨精度不高，運(yùn)行緩慢。其控制器分辨效率REE曲線如圖5所示。

根據(jù)控制器分辨效率REE曲線得出，智能運(yùn)動(dòng)分配控制器在數(shù)據(jù)量為3.0萬條時(shí)其REE值為62.7%，監(jiān)測(cè)到與上一點(diǎn)REE下降，采用智能模塊調(diào)解機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在下一監(jiān)測(cè)點(diǎn)其REE值為76.2%。在智能模塊調(diào)解機(jī)制的情況下保證智能運(yùn)動(dòng)分配控制器的高精度、高效率運(yùn)行。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分配控制器，無智能調(diào)解機(jī)制，隨實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量的增多，呈總體下降趨勢(shì)，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過4.0萬條時(shí)，控制器運(yùn)行緩慢，分辨能力較低。

通過控制器分辨效率實(shí)驗(yàn)，得出智能運(yùn)動(dòng)分配控制器，通過智能模塊調(diào)解機(jī)制重新分配運(yùn)行資源，使控制器達(dá)到高效、高精確度運(yùn)行，解決其傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分配控制器的不足。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過智能觸點(diǎn)與智能模塊的建立，完成模塊調(diào)解機(jī)制，計(jì)算機(jī)的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)動(dòng)分配控制器的設(shè)計(jì)。通過控制器節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)、控制器分辨效率實(shí)驗(yàn)以及對(duì)運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)分析，得出設(shè)計(jì)的智能運(yùn)動(dòng)分配控制器，具有高分辨效率，并且具有精確節(jié)點(diǎn)控制能力。

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