基于Android的體能測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

馬元，高偉杰，周文倩，賈旭楠

（天津科技大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津， 300222）

0 引言

近年來(lái)各地中學(xué)每學(xué)年需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行體質(zhì)測(cè)試，畢業(yè)時(shí)測(cè)試成績(jī)不合格者按肄業(yè)處理；各地中考也逐漸增加體育成績(jī)的比重，過(guò)硬的身體素質(zhì)對(duì)于升學(xué)尤為關(guān)鍵。市場(chǎng)上現(xiàn)有的體能測(cè)試設(shè)備，其中最常見且亟待解決的問(wèn)題是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、傳輸速度和處理數(shù)據(jù)的能力問(wèn)題[1]。因此迫切需要一款功能完善、操作可行性高的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)來(lái)填補(bǔ)市場(chǎng)空白。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

■1.1 系統(tǒng)需求分析

(1) 識(shí)別測(cè)試者身份：在體能測(cè)試開始之前需要明確測(cè)試者的身份。

(2) 自動(dòng)計(jì)時(shí)：計(jì)時(shí)是一套智能設(shè)備應(yīng)該具備的最基本的功能，系統(tǒng)需要在測(cè)試時(shí)對(duì)所測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)計(jì)時(shí)。

(3) 顯示測(cè)試成績(jī)：測(cè)試成績(jī)等內(nèi)容需要在顯示屏上顯示出來(lái)，并且為了提高智能化程度，可以通過(guò)觸摸來(lái)進(jìn)行操作。

(4) 無(wú)線傳輸：系統(tǒng)在任何情況和不同環(huán)境下都能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

(5) 成績(jī)統(tǒng)計(jì)與管理：系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置包括體質(zhì)測(cè)試、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理、儀器設(shè)置和用戶管理五個(gè)子模塊的數(shù)據(jù)管理界面，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)各參數(shù)的設(shè)置。

(6) 便捷一體化：系統(tǒng)應(yīng)具有操作簡(jiǎn)單方便、成本低、易便攜和低功耗等功能特點(diǎn)。

■1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

本文選用運(yùn)行高效的瑞芯微RK-3128主控芯片，依托Android系統(tǒng)作為開發(fā)環(huán)境[2]，同時(shí)采用SQL Server開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，保證其能夠適應(yīng)大量的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的工作；采用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試人員基本信息的錄入[3]，同時(shí)也預(yù)留了多余的串口，后期可以增加面部識(shí)別和指紋識(shí)別錄入基本信息的方式；采用液晶高清晰顯示屏來(lái)顯示成績(jī)及有關(guān)數(shù)據(jù)；依托紅外傳感器模塊完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸；采用WiFi通信和433MHz通信兩種通信方式實(shí)現(xiàn)各計(jì)時(shí)點(diǎn)與主控制器之間、數(shù)據(jù)庫(kù)與主控制器之間的通信[4]；采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了包括體質(zhì)測(cè)試、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)處理、儀器設(shè)置和用戶管理在內(nèi)的五個(gè)模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。最后對(duì)于產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)考慮了輕便、小巧、靈活以及不受外界環(huán)境的影響等因素，將產(chǎn)品主體設(shè)計(jì)成了一個(gè)便攜式手提箱的形狀。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

■2.1 主控芯片

對(duì)于主機(jī)而言，由于要適應(yīng)大量的數(shù)據(jù)處理工作，裸機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)需求，所以此設(shè)計(jì)采用的是以市場(chǎng)上較為高效的瑞芯微RK-3128為主控芯片。Firefly-RK3128是基于Cortex-A7架構(gòu)4核1.3MHz處理器，集成Mail-400MP2 GPU圖形處理器，支持OpenGL ES1.1/2.0，內(nèi)嵌高性能2D硬件加速，并能實(shí)現(xiàn)1080P的H.265視頻編碼，擁有優(yōu)秀的運(yùn)算和圖形處理能力，板載千兆以太網(wǎng)口、2.4MHzWiFi和藍(lán)牙4.0。

圖2是本設(shè)計(jì)中所使用的RK-3128開發(fā)板接口示意圖。

圖2 RK-3128接口示意圖

■2.2 RFID射頻讀卡模塊

RFID射頻讀卡模塊是用來(lái)讀取被測(cè)試者的基本信息的模塊，常見的讀卡芯片是頻率為13.56MHz的IC卡。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用的是MFRC522射頻讀卡模塊。發(fā)送模塊利用調(diào)制和解調(diào)的原理，并將其完全集成到各種非接觸式通信方法和協(xié)議中。MFRC522發(fā)送模塊支持如下的工作模式：讀寫器，支持ISO14443A/MIFARE。

MFRC522的框圖如圖3所示。

圖3 MFRC522框圖

■2.3 液晶顯示電路

顯示屏型號(hào)為B101EW05，是一款采用a-Si TFT LCD技術(shù)的10.1英寸液晶模組產(chǎn)品。該液晶顯示屏的接口是40pin 的LVDS-40P1C6B-060D，而此系統(tǒng)所選用的開發(fā)板外圍電路設(shè)計(jì)中的顯示接口也是LVDS，因此，只需要使用一個(gè)LVDS轉(zhuǎn)接口，將開發(fā)板的顯示引腳與液晶顯示屏連接起來(lái)即可。

■2.4 紅外計(jì)數(shù)模塊

紅外計(jì)數(shù)模塊是此系統(tǒng)的重要模塊之一，即實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試者的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)數(shù)的功能，該功能的實(shí)現(xiàn)依托了紅外對(duì)管的計(jì)數(shù)原理。紅外光電管有兩種，一種是無(wú)色透明的LED，此為發(fā)射管，它通電后能夠產(chǎn)生人眼不可見的紅外光，另一部分為黑色的接收管，它內(nèi)部的電阻會(huì)隨著接收到紅外光的多少變化。當(dāng)有物體通過(guò)時(shí)光會(huì)被遮擋住，接收模塊輸出一個(gè)高電平脈沖，對(duì)此脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

■2.5 無(wú)線傳輸模塊

本文設(shè)計(jì)了兩種通信方式，即WiFi通信和433MHz通信，保證了系統(tǒng)在任何情況和不同環(huán)境下都可以實(shí)現(xiàn)通信。

2.5.1 WiFi模塊的設(shè)計(jì)

WiFi模塊選用的是市場(chǎng)上最常見的集成模塊，其主要芯片是Realtek RTL8188ETV，該芯片支持Linux/MAC OS/Android等系統(tǒng)。WiFi模塊主要電路連接圖如圖4所示。

圖4 WiFi模塊電路連接圖

2.5.2 433MHz通信模塊的設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)所選用的433MHz無(wú)線通信模塊是深圳易達(dá)訊科技推出的一款微功率（＜10MW），短距離的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品EWRF3022UT，此模塊體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、使用方便、能為用戶提供雙向數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸、檢測(cè)和控制。

EWRF3022UT模塊與此系統(tǒng)中主機(jī)之間的電路連接圖如圖5所示，其中CS引腳在此設(shè)計(jì)中置空，即不連接任何引腳。

圖5 無(wú)線模塊與主機(jī)電路連接圖

3 軟件設(shè)計(jì)

■3.1 RFID讀卡程序設(shè)計(jì)

RFID射頻讀卡軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括兩部分，即PC機(jī)對(duì)讀卡器的操作、數(shù)據(jù)的讀寫、密碼的管理、功能的測(cè)試等；讀卡器對(duì)卡的實(shí)時(shí)監(jiān)控，顯示并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給PC機(jī)。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是包括讀卡與寫卡兩部分的程序設(shè)計(jì)。讀寫卡過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的程序執(zhí)行過(guò)程，要執(zhí)行一系列的操作指令，調(diào)用多個(gè)函數(shù)，包括裝載密碼，詢卡，防沖突，選卡，驗(yàn)證密碼，讀寫卡和停卡。

3.1.1 寫（設(shè)置）RFID卡

第一部分功能為上位機(jī)對(duì)讀卡器的操作，讀卡器對(duì)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，密碼的管理和功能的測(cè)試，通過(guò)上位機(jī)發(fā)送的命令可以進(jìn)行詢卡，防沖突，選擇和終止等功能。程序流程圖如圖6所示。

圖6 設(shè)置卡程序流程圖

3.1.2 讀RFID卡

第二部分功能為對(duì)卡的實(shí)時(shí)監(jiān)控并將數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)給PC機(jī)。讀RFID卡的流程主要包括首先尋卡，進(jìn)入IC卡處理程序，緊接著要防沖撞，成功之后加載密碼，之后便可對(duì)IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和操作。完成之后等待卡的拿開，確保每次只讀一次數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。程序流程如圖7所示。

圖7 讀RFID卡流程圖

■3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由SQL Server作為后臺(tái)的數(shù)據(jù)支撐[5]，主要包括兩部分，即前臺(tái)與后臺(tái)兩大部分。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

在此系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的前臺(tái)部分主要是由被測(cè)試者使用的，可以為測(cè)試者提供豐富的頁(yè)面展示平臺(tái)，包括體能測(cè)試方面的信息，同時(shí)也可以確保測(cè)試者隨時(shí)查看自己的測(cè)試成績(jī)與分析報(bào)告，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；后臺(tái)部分主要由管理員使用，主要包括對(duì)數(shù)據(jù)的處理，對(duì)儀器設(shè)備參數(shù)的設(shè)置以及對(duì)于用戶的管理等。

在此系統(tǒng)中，運(yùn)用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)工具，該數(shù)據(jù)庫(kù)的引擎中可以提供XML支持，并且還具備強(qiáng)大的安全性與可伸縮性，能夠構(gòu)成Web站點(diǎn)，其進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的組件也具有可用性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以在SQL Server中應(yīng)用SQL語(yǔ)句，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)體能測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)可測(cè)試數(shù)據(jù)的查詢，處理，還可以對(duì)于測(cè)試者的成績(jī)，信息進(jìn)行刪除，以保證系統(tǒng)的可用性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用瑞芯微RK-3128作為系統(tǒng)的主控芯片、結(jié)合SQL Server進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)，設(shè)計(jì)了一款基于Android體能達(dá)標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使得體能測(cè)試更加智能化，極大地提高了運(yùn)動(dòng)測(cè)試的效率，避免了因人多而造成的測(cè)試緩慢，測(cè)試數(shù)據(jù)記錄混亂的現(xiàn)象。