排球项目移动测试\训练智能仪器的研制

【摘要】运用移动智能仪声光报警装置，由机械式移动改为看信号、反应、移动。使测试、训练贴近比赛的需要，并且能准确测量运动员反应移动速度、量化与评定运动能力。可使运动员反应移动测试...

摘要：多年来排球运动员反应移动训练、测试用秒表手工计时。移动测试、训练智能仪器的研制填补了没有仪器计时的空白。运用基于ARM9和WINCE系统的智能仪器能准确测量运动员反应移动能力、减少人为误差。为选拔高水平运动员和使反应移动训练更加科学化和系统化。

关键词：反应移动训练；嵌入式系统；PT2262/PT2272；ARM9；WINCE；高精度计时

中图分类号：G842文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）08-0314-02

1研究背景

排球是我国三大球中成绩最好的项目，如何继续提高和保持优异成绩，后备人才的培养是十分重要的。为此，国家体育总局排球管理中心每年安排男女排球队各有两次全国集训，主要为国家队遴选优秀人才。每次集训前和集训后都有身体素质测试，移动一直是主要的测试项目之一。运动员的反应能力和移动速度是评定运动水平高低的重要指标之一，但多年来排球运动员反应移动训练、测试一直用秒表手工计时，成绩误差较大，没有仪器计时的空白。排球移动测试有侧滑步横向移动、6m×16次网下移动、半米字形移动、米字移动等都是固定目标机械移动，极不符合排球比赛中需要根据对方来球而判断移动的规律。针对上述实际问题和现状，研制了基于ARM9和WINCE嵌入式平台的一种人体反应与移动测量智能仪器。

运用移动智能仪声光报警装置，由机械式移动改为看信号、反应、移动。使测试、训练贴近比赛的需要，并且能准确测量运动员反应移动速度、量化与评定运动能力。可使运动员反应移动测试、训练更加科学化，为选拔高水平运动员提供准确的图文测试数据，同时填补没有仪器计时的空白。

2系统的基本原理

如图1所示：现在有A、B、C、D四个分端和一个主控，当运动员触摸主控时，就会产生一个随机的A、B、C、D方向信号，同时A、B、C、D四个分端中，会有一个分端被随机信号触发后，发出声音和灯光报警信号，然后运动员立即做出相应反应，根据声光报警信号判定运动方位。当运动员作出反应后，立即跑向该分支触摸该分支面板，使该分支的报警和声音信号自动解除。然后立即跑回主控触摸其触摸面板。这样的一个基本测试完成后。测试时间（运动员从主控到分支和从分支会主控的往返两次的时间）都会通过无线通信方式在手持端上记录下来。然后进入下一次测试。在这样的一个测试过程中，可以自己定义测量次数，最后所有的测试时间（单次和总时间）都会记录存储在手持端总控的SD上。以方便用于后期的数据分析，为运动员的训练做出指导。当然，分端的数目可以根据测试需要增减次数，还可以设置不同距离的移动目标。手持端总控，下位机分控和分端之间的通信方式，如图2所示。它们之间都是通过无线通信方式，为了考虑实际测量环境的复杂性，所有设备都使用电池和外接电源两种电源方案。

系统的基本操作流程如图3所示。

3硬件和功能模块

仪器主要有手持端总控、分控和分端三个部分构成。手持端与分控以及分端都是采用基于PT2262/PT2272的无线模块，具体硬件和功能模块如图4。

手持端总控的作用是系统的大脑，负责整套系统的总体控制。主控的外形类似于手机的外形，其基于ARM9和WINCE的嵌入式平台，在这个平台以IO总线接入使用无线数传模块的下位机与各分端和分控通信，负责产生随机分端的控制信号，以及开始结束的计时。以触摸屏作为输入设备，以7寸LCD和SD卡作为输出设备。在总控上编写了界面友好的控制程序，在对WINCE系统的剪裁和移植后，在系统开机后，直接进入测量控制程序界面。

分控：部分硬件和功能为：分控负责产生每一次测量的开始和结束的控制信号，基于阵列微动开关的触控信号板（运动员触摸时产生计时开始和结束信号）、基于PT2262/PT2272无线通信模块负责与上位机总控的通信。

分端：部分硬件和功能为：微控器、灯光声音报警电路、无线PT2262/2272通信模块、阵列微动开关的触控信号板。当运动员触摸触控信号板时（图5），就是通过PT2262/2272无线模块产生开始或者借宿信号，通过无线模块发送到上位机。

4软件和功能模块

软件部分主要包括了WINCE系统的剪裁定制和软件编写（WINCE软件）、PT2262/PT2272无线模块的IO总线流驱动的编写、高精度计时控制软件和分端软件的编写等四个部分。

嵌入式软件都是进行剪裁和针对专门应用进行定制的，WINCE系统平台的支持特性相对于LINUX平台上要简单一些，开发周期短。可以根据自己需求的功能和模块加上自己编写的软件进行相应的注册和编译。编写软件和PT2262/PT2272无线模块的IO总线流驱动都是在EVC4.0编译环境下。在流式驱动程序中，驱动程序负责把外设抽象成一个文件，而应用程序则使用操作系统提供的文件对外设进行访问。在具体实现时，流驱动程序使用一个固定的流驱动接口函数API共有12个接口函数，分别为XXX_Init、XXX_Deinit、XXX_PreDeinit、XXX_Open、XXX_Close、XXX_PreClose、XXX_Read、XXX_Write、XXX_Seek、XXX_IOControl、XXX_PowerUp、XXX_Power Down每个函数名前XXX代表该设备在注册表中的名字。通过这些函数驱动程序将操作系统对设备的文件操作重定向成该设备的操作以实现对设备的控制和访问。因而，设计实现一个流接口驱动I/O程序的过程，就可以说是实现这些流接口函数的过程。具体SPI的部分函数如下：

①打开设备

hOpenFile= CreateFile（TEXT（"SPI1:”），GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_ALWAYS,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);//打开上下文的句柄保存在中hOpenFile中

②读取Flash的ID号

DevicceIoControl(hOpenFile, SPI_IOCTL_RID, &OP_READID, 4,&id,sizeof(id),&dwNumOfRead,NULL); //OP_READID是读取ID命令字，返回的ID号保存在变量id中

③擦除设备

WriteFile（hOpenFile,&EraseData,sizeof（EraseData），& dwNum Of Written,NULL);//EraseData包括了擦除设备命令字和擦除地址

④写入待测数据

WriteFile( hOpenFile, & TransArray, sizeof(TransArray), &dwNum Of Written,NULL);//TransArray 中包括写Flash 的命令字、写入地址和准备好待测数据

⑤读出待测数据

ReadFile(hOpenFile,&ReceBuffer,size(Array),&dwNumOfRead,NULL);//ReceBuffer是应用程序准备的缓冲，用于存放先前写入到Flash中的数据

系统的主要界面如图6。

下位机分控的高精度计时软件。本来应该把高精度计时模块放在手持端总控上，利用WINCE系统的多媒体定时器进行计时，因为多媒体定时器的精度可以达到ms级。但是由于无线通信过程中会有累计误差的影响，最后为了使测量准确化，减少误差的影响，在下位机上使用的STC的32系列的MCU，外接军用级别（要考虑到夏天和冬天的温差和环境的变化）的48M晶振（10ppm），通过基本分析可以保证精度在200S内的误差不超过1ms，完成满足高精度计时要求。分端软件编写比较简单，在这不做赘述。

5结论

该仪器使用方便、操作简单，具有的智能特点是可编程，可更改测试方案。可记录储存数据。可做电脑数据图形化分析。可自适应各种环境误差补偿。移动智能仪的研制成功，一方面是为国家体育的科学研究与器材开发提供一个小探索，同时为体育辅助训练的方法提供一种思路，为国家体育事业的发展做出创新方式和创新的方法。

参考文献：

[1]落建飞.基于ARM和WINCE下的设备接口驱动设计与实现.自动化与仪表，2009.（3）.

[2]何宗键.Windows CE嵌入式系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3]姜波.Windows 程序设计[M].北京：机械工业出版社出版社，2006.