運動智能指標(biāo)的電子采集終端設(shè)計與實現(xiàn)

唐大鵬

摘 ?要： 為了能夠根據(jù)運動指標(biāo)的具體類型，完成指標(biāo)的分類處理，設(shè)計運動智能指標(biāo)的電子采集終端。通過硬件框架設(shè)計、通信接口設(shè)計、操作平臺設(shè)計，完成運動智能指標(biāo)電子采集終端的硬件設(shè)計;通過主程序設(shè)計、主站命令處理程序設(shè)計、其他程序設(shè)計，完成運動智能指標(biāo)電子采集終端的軟件設(shè)計。模擬該終端的運行環(huán)境設(shè)計對比實驗，結(jié)果表明，應(yīng)用運動智能指標(biāo)的電子采集終端后，指標(biāo)間相互影響關(guān)系得到抑制，可在最短時間內(nèi)完成運動指標(biāo)分類，提升指標(biāo)分類處理速度。

關(guān)鍵詞： 運動智能指標(biāo); 電子采集終端; 硬件框架; 通信接口; 軟件主程序; 主站命令處理

中圖分類號： TN99?34; TP391 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2018）10?0031?04

Abstract： An electronic acquisition terminal for sports intelligent index was designed to accomplish the classification processing of indices according to the specific types of sports indices. The hardware design of the electronic acquisition terminal for sports intelligent index was accomplished by means of the design of hardware framework， communication interface， and operation platform. The software design of the electronic acquisition terminal for sports intelligent index was accomplished by means of the design of main program， master station command processing program， and other programs. The contrast experiment was designed by simulating the operating environment of the terminal. The result shows that the electronic acquisition terminal for sports intelligent index can suppress the interaction influence relationship between indices， accomplish sports index classification within the shortest time， and improve the processing speed of index classification.

Keywords： sports intelligence index; electronic acquisition terminal; hardware framework; communication interface; software main program; master station command processing

為了解決運動指標(biāo)分類問題，通過構(gòu)建封閉式系統(tǒng)的方式，統(tǒng)一指標(biāo)處理過程中必須應(yīng)用到業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及程序接口。這樣的指標(biāo)分類方式雖然建立了統(tǒng)一的運動指標(biāo)分類規(guī)則，但待處理運動指標(biāo)總量過于龐大時，原有方式的分類速度明顯不能滿足人們的需求。為解決此問題，建立運動智能指標(biāo)的電子采集終端就顯得極為有必要[1?2]。運動智能指標(biāo)的電子采集終端不再使用傳統(tǒng)的單片機充當(dāng)硬件模塊，而是在新型的ARM的目標(biāo)板上，以Linux系統(tǒng)作為操作平臺的建立基礎(chǔ)，并通過平臺層模塊間的嵌套關(guān)系實現(xiàn)Linux系統(tǒng)操作平臺的順利運行。運動智能指標(biāo)的電子采集終端的軟件部分，既包含了相關(guān)主程序及主站處理命令，也對其他程序進行規(guī)范限定，在管理進程通信代碼的同時完成主調(diào)度代碼的順利實現(xiàn)。對于整體采集終端來說，是以電子技術(shù)作為建立依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，通過相關(guān)計算機手段完善終端的整體搭建[3]。通過運動智能指標(biāo)電子采集終端的應(yīng)用，不僅解決了原有指標(biāo)分類方法中系統(tǒng)過于封閉、業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及程序接口過于單一的問題，也使得運動指標(biāo)間的相互影響關(guān)系，得到了有效的抑制，并最終達到提升指標(biāo)分類處理速度的目的。

1 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端硬件設(shè)計

運動智能指標(biāo)電子采集終端硬件設(shè)計依靠硬件框架設(shè)計、通信接口設(shè)計、操作平臺設(shè)計三部分完成，具體搭建方法如下所述。

1.1 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端硬件框架

運動智能指標(biāo)電子采集終端硬件框架的核心結(jié)構(gòu)為STM32F103主控芯片;并由該芯片與接口模塊、運動指標(biāo)存儲模塊、運動指標(biāo)采集模塊等主要結(jié)構(gòu)進行信息交流[4]。其中，電源模塊不能與STM32F103主控芯片直接產(chǎn)生信息交流。該模塊只能先與運動指標(biāo)采集模塊進行相互交流，再由運動指標(biāo)采集模塊將與電源模塊有關(guān)的信息傳輸至STM32F103主控芯片，以供后續(xù)的信息交流使用。具體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端通信接口

運動智能指標(biāo)電子采集終端通信接口由4個具有不同功能的接口共同組成。其中，遠(yuǎn)程通信接口負(fù)責(zé)在移動網(wǎng)絡(luò)中采集運動智能指標(biāo)，并建立與之相關(guān)的傳輸或連接協(xié)議。本地通信接口負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程通信接口采集到的運動指標(biāo)進行光耦隔離處理，以提高輸入端指標(biāo)的安全性和可靠性[5?6]。人機接口負(fù)責(zé)對需要顯示的運動指標(biāo)數(shù)據(jù)進行顯示前處理，再將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至顯示模塊進行顯示。其他接口負(fù)責(zé)與電源模塊和運動指標(biāo)采集模塊相連，通過電壓互感器等裝置將待測量電壓、電流，轉(zhuǎn)化成微弱的電信號。具體通信接口分類及其功能如表1所示。

1.3 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端操作平臺

運動智能指標(biāo)電子采集終端操作平臺，包括應(yīng)用層、操作系統(tǒng)層、硬件層三部分。其中，應(yīng)用層由運動指標(biāo)數(shù)據(jù)、負(fù)控平臺、顯示運動指標(biāo)程序三大結(jié)構(gòu)組成。操作系統(tǒng)層包括運動指標(biāo)文件、系統(tǒng)庫、進程管理等結(jié)構(gòu)，且這些結(jié)構(gòu)都包含在Linux內(nèi)核中，受到設(shè)備驅(qū)動接口控制[7?8]。硬件層的核心設(shè)備為AT91SAM9260設(shè)備，該設(shè)備作為硬件驅(qū)動，與設(shè)備驅(qū)動接口進行運動指標(biāo)的實時交換。操作平臺具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端軟件設(shè)計

上述完成了運動智能指標(biāo)電子采集終端硬件設(shè)計，為了使該終端的功能更加完善，還需按照如下步驟完成軟件部分搭建。

2.1 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端軟件主程序

運動智能指標(biāo)電子采集終端軟件主程序由前臺應(yīng)用程序和后臺應(yīng)用程序兩部分組成。其中，前臺應(yīng)用程序主要負(fù)責(zé)運行終端的開機自檢程序，并根據(jù)不同的主程序要求，對相關(guān)硬件設(shè)施進行程序初始化。在確定所有設(shè)備中存儲的運動指標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤后，令后續(xù)子程序模塊開始執(zhí)行新一輪程序[9]。后臺應(yīng)用程序可促進各級通信接口的相互連接，并檢查每個接口中的運動指標(biāo)數(shù)據(jù)是否符合接口要求，確認(rèn)無誤后，將指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給處理模塊進行二次處理。主程序處理流程如圖3所示。

2.2 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端主站命令處理

運動智能指標(biāo)電子采集終端主站命令處理，包含主站命令的接收與執(zhí)行、主站命令的傳輸兩部分。為了和主站間保持有效而緊密的連接，命令處理模塊會不定期發(fā)送運動指標(biāo)數(shù)據(jù)包，并促使主站命令接收模塊，對數(shù)據(jù)包中的指標(biāo)進行分析、判斷，將分析結(jié)果傳輸至執(zhí)行模塊，令該模塊按照結(jié)果執(zhí)行主站命令[10?11]。在上述過程中，主站命令傳輸模塊作為線性結(jié)構(gòu)，為運動智能指標(biāo)的傳輸提供保障。具體主站命令處理流程如圖4所示。

2.3 ?運動智能指標(biāo)電子采集終端其他軟件程序

運動智能指標(biāo)電子采集終端的其他軟件程序包含運動指標(biāo)數(shù)據(jù)定時上報、指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理、數(shù)據(jù)采集工況監(jiān)控三大主要環(huán)節(jié)[12]。其中：運動指標(biāo)數(shù)據(jù)定時上報，負(fù)責(zé)將采集到的運動指標(biāo)數(shù)據(jù)，在準(zhǔn)確的時間上報給上機數(shù)據(jù)接收組織，再從存儲模塊中，重新調(diào)取運動指標(biāo)數(shù)據(jù);指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理，負(fù)責(zé)對初步采集到的運動指標(biāo)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并判斷當(dāng)運動指標(biāo)數(shù)據(jù)需量達到最大時，所需要的指標(biāo)配置參數(shù)[13];數(shù)據(jù)采集工況監(jiān)控，負(fù)責(zé)對運動指標(biāo)數(shù)據(jù)進行輸入/輸出狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入、輸出狀態(tài)發(fā)生改變時，數(shù)據(jù)采集工況監(jiān)控模塊會自動生成事件記錄數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫進行儲存。詳細(xì)軟件程序分類情況見表2。

3 ?實驗結(jié)果與分析

第二節(jié)完成了運動智能指標(biāo)電子采集終端的設(shè)計與實現(xiàn)。為了驗證該終端的實用性價值，模擬其使用環(huán)境進行實驗，對比應(yīng)用該終端前后運動智能指標(biāo)間相互影響關(guān)系、指標(biāo)分類速度。

3.1 ?實驗參數(shù)設(shè)置

實驗開始前，可遵照表3完成實驗參數(shù)設(shè)置。表3中參數(shù)名稱依次為運動指標(biāo)總量、影響關(guān)系系數(shù)、預(yù)期分類時間、終端連接系數(shù)、終端連接效率、電子采集系數(shù)。為保證實驗的公平性，應(yīng)用該終端前后的參數(shù)配置均遵照表3。

3.2 ?指標(biāo)間相互影響關(guān)系對比

完成實驗參數(shù)設(shè)置后，首先應(yīng)用普通方法進行運動智能指標(biāo)采集，再應(yīng)用運動智能指標(biāo)電子采集終端進行運動智能指標(biāo)采集。在采集過程中，應(yīng)用該終端前、后指標(biāo)間相互影響關(guān)系如圖5、圖6所示。

圖5中圓點代表運動智能指標(biāo)，點與點之間的連線代表指標(biāo)間的相互影響關(guān)系，線與線之間保持相互獨立，且不發(fā)生交叉關(guān)系，代表指標(biāo)間相互影響關(guān)系較小。若線與線之間不能相互獨立，且發(fā)生明顯交叉，代表指標(biāo)間相互影響關(guān)系較大。對比圖5、圖6，可發(fā)現(xiàn)應(yīng)用終端前、后都具有四個基礎(chǔ)指標(biāo)原點，但應(yīng)用終端前線與線之間交叉明顯，而應(yīng)用終端后線與線之間保持相互獨立狀態(tài)。所以，可證明應(yīng)用運動智能指標(biāo)電子采集終端，可有效抑制指標(biāo)間相互影響關(guān)系。

3.3 ?運動指標(biāo)分類速度對比

完成指標(biāo)間相互影響關(guān)系對比后，應(yīng)用特殊測量方法完成運動指標(biāo)分類速度對比。運動指標(biāo)分類速度與BTE變量間存在反比關(guān)系，當(dāng)BTE變量數(shù)值越大時，運動指標(biāo)分類速度越慢，反之則越快，具體對比情況見圖7。

分析圖7可知，應(yīng)用該終端前BTE指標(biāo)，隨著運動指標(biāo)總量的增加，始終呈現(xiàn)上漲趨勢。應(yīng)用該終端后BTE指標(biāo)，隨著運動指標(biāo)總量的增加，雖有小幅度增長，但始終保持在應(yīng)用該終端前BTE指標(biāo)下方。所以，可證明應(yīng)用運動智能指標(biāo)電子采集終端，指標(biāo)分類處理速度得到明顯提升。

4 ?結(jié) ?語

通過硬件搭建與軟件搭建相結(jié)合的方式，完成運動智能指標(biāo)電子采集終端的設(shè)計與實現(xiàn)。利用模擬實驗的方式，證明該終端確實具備極高的實用價值。

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