無線通信技術(shù)在公安智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

莫孝琛 賈王晶 郭東振

摘 要：公安院校采用傳統(tǒng)方法開展體能訓(xùn)練時(shí)，存在訓(xùn)練過程可控性和靈活性不足，以及訓(xùn)練效果反饋延遲等問題。智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)更容易滿足警務(wù)工作和復(fù)雜執(zhí)法環(huán)境對(duì)警務(wù)人員體能的特殊需求。本文提出了一種基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能化體能訓(xùn)練系統(tǒng)，由主控中心和數(shù)據(jù)處理模塊組成基本構(gòu)架，包括用于數(shù)據(jù)信息采集、傳輸、記錄、處理和反饋的硬件設(shè)備及軟件程序。重點(diǎn)探討了ZigBee技術(shù)應(yīng)用于本系統(tǒng)的可行性和適用性，結(jié)果表明：在復(fù)雜環(huán)境下有效工作區(qū)域的覆蓋半徑為10m，開放環(huán)境下覆蓋區(qū)域可擴(kuò)大3倍;系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)8小時(shí)穩(wěn)定工作時(shí)長(zhǎng);數(shù)據(jù)反饋延時(shí)縮短至毫秒量級(jí)，試驗(yàn)工況下為150～200ms。研究獲得的結(jié)果可為提升公安體能訓(xùn)練水平提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：智能體能訓(xùn)練;公安院校;無線通信技術(shù);ZigBee

中圖分類號(hào)：TP27? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2021）02-0013-05

公安院校具有區(qū)別于普通院校的特殊性，公安教育除了學(xué)習(xí)法律法規(guī)和警務(wù)業(yè)務(wù)技能之外，還應(yīng)該重視學(xué)生的體能訓(xùn)練。近年來，我國(guó)中小學(xué)教育中普遍存在著重書本輕體育的現(xiàn)象，這導(dǎo)致公安院校的學(xué)生在入學(xué)時(shí)往往存在身體素質(zhì)不佳、運(yùn)動(dòng)能力欠缺的問題。[1]由于職業(yè)性質(zhì)要求，警察必須具備較強(qiáng)的體能，以應(yīng)對(duì)各種警情狀況。[2]公安院校的體育教育是培養(yǎng)公安人才必不可少的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，為強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的體能訓(xùn)練，改善學(xué)生的身體素質(zhì)，應(yīng)針對(duì)公安院校實(shí)際情況進(jìn)行體能訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)建。目前的體能訓(xùn)練系統(tǒng)通常包含教師訓(xùn)練和智能體能訓(xùn)練兩種方式。前者需要教師在現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)訓(xùn)練方案，發(fā)出指令并監(jiān)督學(xué)生完成訓(xùn)練。[3]這種常規(guī)訓(xùn)練方式缺乏靈活性，訓(xùn)練反饋邊際模糊，并且會(huì)造成人力資源的浪費(fèi)。由于教師難以同時(shí)觀測(cè)多名學(xué)生具體的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，學(xué)生在運(yùn)動(dòng)中可能出現(xiàn)動(dòng)作不規(guī)范、不到位等問題，可能導(dǎo)致訓(xùn)練效果不佳，甚至在運(yùn)動(dòng)中受傷。[4]智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)使用智能訓(xùn)練裝備對(duì)學(xué)生的身體狀況和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并通過對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析，進(jìn)行指令的下達(dá)、數(shù)據(jù)的記錄與訓(xùn)練計(jì)劃的調(diào)整。采用智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)輔助學(xué)生進(jìn)行體能訓(xùn)練，可謂是有百益而無一害。[5]因此，構(gòu)建一套適合公安院校的智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)谋匾?。有鑒于此，本文基于ZigBee無線通信技術(shù)，對(duì)公安院校的智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)，旨在提高公安院校學(xué)生的體能素質(zhì)，優(yōu)化學(xué)生的訓(xùn)練方式。

1 ZigBee無線通信技術(shù)

1.1 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)

工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、辦公等領(lǐng)域飛速增加的無線接入需求推動(dòng)了許多無線傳輸協(xié)議的誕生。不同領(lǐng)域數(shù)據(jù)的特點(diǎn)使其對(duì)無線傳輸協(xié)議有著不同的需求。[6]常見的無線傳輸協(xié)議及其特性對(duì)比如表1所示。Wi-Fi協(xié)議的信息傳輸速度快、傳播距離遠(yuǎn)、建設(shè)成本高，因此常用于網(wǎng)頁、視頻等對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度需求較高并且對(duì)成本敏感度較低的應(yīng)用領(lǐng)域。[7]藍(lán)牙傳輸速度與傳輸距離均低于Wi-Fi，而其網(wǎng)絡(luò)容量大于Wi-Fi，且相較于Wi-Fi具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，因此常用于移動(dòng)終端設(shè)備間的信息通信。ZigBee協(xié)議具有功耗較低、協(xié)議簡(jiǎn)單、成本低廉、傳輸距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點(diǎn)，然而其網(wǎng)絡(luò)傳輸速度較慢，不適用于對(duì)時(shí)效性要求較高的應(yīng)用。[8]本文研究的智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)信息傳輸速率的要求較低，而更注重?zé)o線協(xié)議的能耗、網(wǎng)絡(luò)容量與成本因素。因此通過對(duì)常見無線通信協(xié)議的分析，最終選擇ZigBee協(xié)議進(jìn)行智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)無線通信設(shè)計(jì)。ZigBee是一種基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ZigBee協(xié)議的物理層與媒體接入控制（MAC）層進(jìn)行了規(guī)范。在物理層定義868MHz/915MHz/2.4GHz三個(gè)波段、一系列信道與其對(duì)應(yīng)速率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在MAC層定義了同一區(qū)域無線信號(hào)的通道共享，使用CSMA/CA機(jī)制對(duì)信標(biāo)接入進(jìn)行協(xié)調(diào)和競(jìng)爭(zhēng)。ZigBee聯(lián)盟實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和應(yīng)用程序接口（API）的標(biāo)準(zhǔn)化，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了安全層以保護(hù)信息安全。

1.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)?/p>

典型的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中包含了終端、路由器與協(xié)調(diào)器三部分。ZigBee終端（ZED）是末端子節(jié)點(diǎn)設(shè)備，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。ZED只能夠加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并與上層節(jié)點(diǎn)通信，并且兩個(gè)ZED之間的通信需要以上層節(jié)點(diǎn)作為媒介。[9]ZigBee路由器（ZR）負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)協(xié)助和信息轉(zhuǎn)發(fā)，既能作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)，又能作為上層節(jié)點(diǎn)。[10]ZigBee協(xié)調(diào)器（ZC）是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的核心，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)只能包含一個(gè)ZC。ZC負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，信道與信標(biāo)的確定，安全中心功能等的設(shè)計(jì)，間接尋址表的綁定，并維持網(wǎng)絡(luò)中各類設(shè)備之間信息傳輸?shù)耐〞?。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的初始化由ZC發(fā)起。[11]首先，ZC要對(duì)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行判斷，已經(jīng)建立連接的節(jié)點(diǎn)只能作為子節(jié)點(diǎn)。對(duì)節(jié)點(diǎn)是否為全功能設(shè)備（FFD）節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，并判斷FFD節(jié)點(diǎn)是否已存在ZC連接。主動(dòng)掃描，發(fā)送信標(biāo)，并設(shè)置掃描期限，如果掃描期限內(nèi)未檢出發(fā)送的信標(biāo)，則判斷該FFD不存在ZC連接，此FFD即可作為ZC建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)。然后，對(duì)信道進(jìn)行掃描。[12]信道掃描分為主動(dòng)掃描和能量掃描。在對(duì)信道進(jìn)行能量掃描后，對(duì)能量值進(jìn)行遞增排序，選擇能量值符合要求的信道并標(biāo)注。節(jié)點(diǎn)對(duì)附近信息進(jìn)行主動(dòng)掃描，獲取信標(biāo)幀，并選擇最優(yōu)信道。接下來，ZC為ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)置唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的地址模式分為16位短地址與64位拓展地址，短地址是本地的設(shè)備標(biāo)識(shí)，而拓展地址由IEEE進(jìn)行設(shè)定。[13]以上步驟即為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的初始化，如圖1所示。在完成網(wǎng)絡(luò)初始化后，只需將各類節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，即可完成網(wǎng)絡(luò)的組建。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為星型拓?fù)?、樹狀拓?fù)洹⒕W(wǎng)狀拓?fù)?。星型拓?fù)涫亲詈?jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，ZC作為星型拓?fù)涞暮诵墓?jié)點(diǎn)，而ZR和ZED作為子節(jié)點(diǎn)依附于ZC存在。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，任何兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)間的通信都必須經(jīng)由ZC進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在星型拓?fù)渲?，ZC的故障可能直接導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰，而任何一個(gè)子節(jié)點(diǎn)的故障都不會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成影響。樹狀拓?fù)渲?，ZC作為最頂端的核心節(jié)點(diǎn)，與數(shù)個(gè)ZR節(jié)點(diǎn)連接，每個(gè)ZR又與數(shù)個(gè)ZED連接。任意兩個(gè)ZR之間的通信必須經(jīng)由ZR或ZC進(jìn)行信息中轉(zhuǎn)。樹狀拓?fù)湎噍^于星型拓?fù)渚哂懈叩木W(wǎng)絡(luò)容量。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與樹狀結(jié)構(gòu)類似，其區(qū)別在于相鄰ZR間也可直接進(jìn)行通信。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有極高的環(huán)境適應(yīng)能力，其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，而其穩(wěn)定性與魯棒性也更高。綜合對(duì)三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析可以看出，對(duì)于組網(wǎng)較為復(fù)雜、ZED分布較多的智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)，網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最適宜的ZigBee組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2 公安院校智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)造

2.1 智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)架構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)

智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)由主控中心和無線傳感器構(gòu)成。教師訓(xùn)練前應(yīng)在主控中心進(jìn)行訓(xùn)練方案的設(shè)置，并將無線傳感器鋪設(shè)與訓(xùn)練場(chǎng)地。在訓(xùn)練時(shí)，主控中心對(duì)傳感器進(jìn)行無線指揮，并對(duì)傳感器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄?；谝陨瞎δ埽悄荏w能訓(xùn)練系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。其中，主控中心負(fù)責(zé)信息管理、方案生成、網(wǎng)絡(luò)管理、結(jié)果儲(chǔ)存等功能。據(jù)此將主控中心分為系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)測(cè)試、方案下載、無線組網(wǎng)、信息管理、節(jié)點(diǎn)位置等模塊。

傳感器對(duì)訓(xùn)練方案進(jìn)行ZigBee無線下載，根據(jù)訓(xùn)練方案對(duì)運(yùn)動(dòng)員做出相應(yīng)指令并記錄運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)交換的功能，無線傳感器硬件平臺(tái)搭載微控制器與ZigBee通信模塊，結(jié)合FLASH數(shù)據(jù)儲(chǔ)存訓(xùn)練，最終使用信號(hào)燈對(duì)學(xué)生做出運(yùn)動(dòng)指示。在學(xué)生做出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作后，使用速度傳感器對(duì)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。無線傳感器硬件分為微控制器、加速度傳感器、信號(hào)發(fā)生器、FLASH儲(chǔ)存器、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器、ZigBee模塊、電源管理模塊和撥碼開關(guān)。微控制器是傳感器的核心，為增強(qiáng)系統(tǒng)在多外設(shè)情況下的協(xié)調(diào)性與靈活性，可選擇8位RISC微控制器Atmega1218L與ZigBee模塊相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)無線傳輸模塊，組網(wǎng)便利度、通信協(xié)議格式簡(jiǎn)潔度、傳輸質(zhì)量、距離拓展性、使用穩(wěn)定性與成本都是重要的決定因素。結(jié)合以上性質(zhì)，本文選用將微處理器、射頻收發(fā)器與輸入/輸出設(shè)備集成的IP-LINK1221-2264嵌入式無線模塊。在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器的選擇上，應(yīng)綜合考慮易失性、可讀寫次數(shù)、整體成本等多重因素。訓(xùn)練方案儲(chǔ)存器對(duì)儲(chǔ)存空間要求較大，且需要進(jìn)行多次讀取。運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器應(yīng)具備較低的易失性，需要進(jìn)行多次寫入，但對(duì)儲(chǔ)存空間要求較小。結(jié)合兩種儲(chǔ)存器的功能需求，最終FLASH儲(chǔ)存器選擇串行AT45DB161D，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器選擇串行FRAM FM25L256。結(jié)合以上重點(diǎn)模塊選型，無線傳感器的節(jié)點(diǎn)電路如圖3所示，其中單片機(jī)最小系統(tǒng)包含微控制器、電源、復(fù)位電路和時(shí)鐘，加速度傳感器型號(hào)為MMA7260Q，供電設(shè)備為4節(jié)干電池。

2.2 智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為對(duì)智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)系統(tǒng)軟件前期的可行性色劑進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。即對(duì)各類功能化模塊進(jìn)行測(cè)試與參數(shù)查驗(yàn)，在測(cè)試完成后，保留程序調(diào)用接口并進(jìn)行封裝。然后，對(duì)系統(tǒng)軟件后期的整體架構(gòu)進(jìn)行自頂向下設(shè)計(jì)，在搭建好整體架構(gòu)后逐級(jí)填充封裝好的程序，最終進(jìn)行調(diào)試。ZigBee無線傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)囊括了多節(jié)點(diǎn)設(shè)備的初始化、訓(xùn)練方案的下載、對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集、訓(xùn)練結(jié)果的上傳、對(duì)主控程序命令的執(zhí)行等。微控制器運(yùn)行的具體流程如圖4所示。多節(jié)點(diǎn)設(shè)備的初始化包括對(duì)于開關(guān)中斷、端口、串口、定時(shí)器、AT45DB161、FM25L256等諸多零部件的初始化。然后，對(duì)串口發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行方案下載。微控制器從FLASH儲(chǔ)存器中對(duì)方案進(jìn)行下載與解析，執(zhí)行相應(yīng)命令，并對(duì)加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包上傳和儲(chǔ)存。同時(shí)，傳感器可以隨時(shí)依據(jù)主控中心的實(shí)時(shí)命令執(zhí)行方案的更改、設(shè)備的開關(guān)等操作。

主控中心計(jì)算機(jī)端軟件使用VC++6.0軟件環(huán)境與C++語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。由上文可知，主控中心包括信息管理、無線組網(wǎng)等責(zé)信息管理、方案生成、網(wǎng)絡(luò)管理、結(jié)果儲(chǔ)存等功能，分為系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)測(cè)試、方案下載、無線組網(wǎng)、信息管理、節(jié)點(diǎn)位置等模塊。使用圖形界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫管理、串口數(shù)據(jù)交換等方法對(duì)上述模塊進(jìn)行軟件功能實(shí)現(xiàn)。圖形界面設(shè)計(jì)采用微軟基礎(chǔ)類引擎進(jìn)行界面框架生成。創(chuàng)建構(gòu)造函數(shù)為首先調(diào)用的全局派生對(duì)象，以對(duì)句柄進(jìn)行初始化賦值。然后，調(diào)用微軟基礎(chǔ)類入口函數(shù)，將參數(shù)賦值到應(yīng)用程序?qū)ο笙嚓P(guān)句柄。調(diào)用成員函數(shù)以對(duì)文檔部分進(jìn)行初始化，同時(shí)聲明框架窗口對(duì)象，調(diào)用窗口對(duì)象構(gòu)造函數(shù)。由微軟初始類對(duì)默認(rèn)類進(jìn)行注冊(cè)，調(diào)用成員函數(shù)以進(jìn)行消息處理與空閑處理，完成程序創(chuàng)建。采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，使用VC++ ADO進(jìn)行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接建立、開關(guān)、查詢、新增、刪除、更改等操作。采用Windows API函數(shù)，并使用mscomm ActiveX對(duì)串口數(shù)據(jù)交換進(jìn)行控制。主控中心通過串口對(duì)各類模塊進(jìn)行參數(shù)配置、信息讀取和數(shù)據(jù)傳輸。最終構(gòu)建的主控中心軟件平臺(tái)包含個(gè)人信息、方案編輯、方案下載、節(jié)點(diǎn)控制等功能，并且可針對(duì)學(xué)生不同的年齡與年級(jí)、身體情況等情況分配不同的方案分組。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

待測(cè)的ZigBee智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)的主控中心為個(gè)人筆記本電腦，實(shí)驗(yàn)使用的計(jì)算機(jī)環(huán)境為運(yùn)行內(nèi)存16G的64位3.40GHz Intel Xeon CPU E3-1231。分別在行政樓走廊、校內(nèi)小花園與行政樓前廣場(chǎng)對(duì)智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。走廊、花園、廣場(chǎng)附近均無高壓電線。為對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，首先對(duì)ZigBee無線通信模塊進(jìn)行性能測(cè)試，以驗(yàn)證ZigBee無線通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸效率與可靠性。測(cè)試使用1臺(tái)具有串口的個(gè)人筆記本電腦和2個(gè)額定電壓為3.3V的無線微控制器。首先，使用第一個(gè)無線微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)包發(fā)送，每包10字節(jié)，共一千包。然后，使用第二個(gè)無線微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)包的接收。最后，通過串口與第二個(gè)無線微控制器相連接的個(gè)人筆記本電腦對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行核驗(yàn)。為避免串口受損，兩次數(shù)據(jù)包的發(fā)送之間應(yīng)具有一定的時(shí)間延遲。分別將環(huán)境、信號(hào)發(fā)射與接收距離、丟包情況、數(shù)據(jù)誤傳情況和數(shù)據(jù)接收延時(shí)進(jìn)行記錄，結(jié)果如表2所示。

表2中的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在不存在遮擋物的情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)不存在丟包情況與誤傳情況，且數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)較低。但是在存在遮擋物的情況下，傳輸有效距離大概僅為10米。在對(duì)無線傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試后，繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試。為十名學(xué)生分別安裝并設(shè)置智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)的主控中心和無線傳感器，在空曠的操場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際體能動(dòng)作訓(xùn)練，并對(duì)節(jié)點(diǎn)的超時(shí)情況進(jìn)行掃描。掃描結(jié)果如表3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)的可行性。使用該系統(tǒng)能夠?qū)τ?xùn)練方案進(jìn)行下載與安裝，并實(shí)時(shí)進(jìn)行訓(xùn)練指導(dǎo)和數(shù)據(jù)顯示。由表3可知，無線數(shù)據(jù)傳輸存在一定的超時(shí)情況，但這一現(xiàn)象并不顯著，對(duì)實(shí)際體能訓(xùn)練的影響較小。對(duì)智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離、傳輸延時(shí)、電壓、可持續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，并與相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果如表4所示。

由表4可知，本文設(shè)計(jì)的智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)在滿足了預(yù)期指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，還具備了更遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離、更短的傳輸系統(tǒng)延時(shí)、更長(zhǎng)的系統(tǒng)工作時(shí)長(zhǎng)和更廣泛的工作濕度范圍。并且，在多次8小時(shí)不間斷的實(shí)際測(cè)試中，系統(tǒng)運(yùn)行良好，未出現(xiàn)卡頓、死機(jī)、崩潰等情況。其工作濕度的范圍為20%至70%，能夠滿足雨雪天氣的教學(xué)需要。因此，該基于ZigBee技術(shù)的智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)具備較好的可行性。

4 結(jié)語

無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展為體能訓(xùn)練系統(tǒng)的智能化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域常用的ZigBee技術(shù)具有成本低、傳輸范圍較遠(yuǎn)、能量損耗低、網(wǎng)絡(luò)容量高的特點(diǎn)。有鑒于此，本文采用ZigBee技術(shù)對(duì)公安院校智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)。在該智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)中，主控中心與各無線傳感器使用ZigBee無線通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，可有效解決在常規(guī)體能訓(xùn)練過程中反饋不及時(shí)、訓(xùn)練過程不可控和缺乏靈活性等問題。通過在不同遮擋環(huán)境與傳輸距離進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明在無干擾情況下系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效傳輸距離為30米。在環(huán)境遮擋較多的情況下數(shù)據(jù)有效傳輸距離約為10米。此外，該智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)可持續(xù)正常運(yùn)行8小時(shí)以上，基本能夠滿足公安院校訓(xùn)練的基本需求。不過，該系統(tǒng)仍然存在150～200ms的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，這會(huì)在一定程度上降低智能體能訓(xùn)練系統(tǒng)無線傳感器的精確性，從而對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練體驗(yàn)產(chǎn)生輕微的影響。在今后的工作中，可以通過對(duì)計(jì)時(shí)器及其芯片的改進(jìn)，進(jìn)一步提升計(jì)時(shí)精度，以改善教學(xué)體驗(yàn)，從而有效提高體能訓(xùn)練效率與水平。

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