基于物聯(lián)網(wǎng)的定向運動平臺的設計

華南理工大學廣州學院 麥啟明

基于物聯(lián)網(wǎng)的定向運動平臺的設計

華南理工大學廣州學院 麥啟明

【摘要】隨著定向運動發(fā)展，各種訓練和比賽對定向運動成績平臺的要求也越來越高。因此本文提出了一種基于移動通信網(wǎng)絡的定向運動電子打卡計時設備，該設計除了無需校正時間，并且可以實時提供各參賽隊伍的打卡信息，還可以提供該點簽器的具體GPS位置。較好地解決了比賽地圖和實際定向越野點標不一致的問題。

【關鍵詞】定向運動；物聯(lián)網(wǎng)；SIM5320E

1 引言

科技的發(fā)展一直影響著運動成績的提高，從“鯊魚皮”到“刀鋒戰(zhàn)士”，從田徑的電子計時系統(tǒng)到球類比賽的“鷹眼系統(tǒng)”，電子科技的發(fā)展和進步無時無刻都影響著運動成績的進步，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的成熟和網(wǎng)絡資費的降低，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)逐步走進千家萬戶。

相對于其它運動定向運動進入中國的時間比較短，國內(nèi)最早的定向運動比賽出現(xiàn)在1983年3月中國人民解放軍體育學院（廣州）參照國際定向運動競賽方法，在廣州白云山舉行“定向越野試驗比賽”［1］。1995年12月成立中國定向運動協(xié)會。2004年7月，中國定向運動協(xié)會首次組建中國國家定向隊和中國青年定向隊。近年來隨著定向運動比賽的發(fā)展，運動員的成績也越來越好，有效的訓練方法、公平的電子打卡計時設備顯得更為重要。

2 定向運動介紹和需求

定向運動是指運動員借助地形圖和指北針，自我選擇行進路線并按組織者規(guī)定的方式到訪地圖上所標示的地面檢查點，以通過全程檢查點用時較短者或在規(guī)定時間找到檢查點分數(shù)較多者為勝的一種體育運動［1］。早期檢查點由機械打卡器構成，運動員使用紙卡到不同的檢查點打卡，通過設置每個檢查點的出來的點狀圖案不同，比賽終點回收紙卡后再統(tǒng)計成績。近年來定向運動比賽加入了由電子點簽器組成的，電子點簽器之間沒有網(wǎng)絡連接，比賽前需要用特定的模塊來對各個點簽器進行時間校對。原來的紙卡變成了RFID （Radio Frequency Identification）非接觸手環(huán)，查分點刷卡的參數(shù)由RFID卡保存。所以到終點后可以馬上得出成績。這樣做有兩個問題，在比賽過程中不能實時有比賽過程的結果。難以對觀眾開展直播等推廣活動。點簽器實際的位置和比賽地圖中標注的位置會有誤差。通過引入移動通信模塊，可以提供實時通信和GPS（Global Positioning System）地址，可以解決以上問題。

3 系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)電路部分主要由電子點簽器電路， RFID卡和PC機終端構成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

圖2 軟件流程圖

圖1中的虛線框內(nèi)表示檢查點的電子點簽器電路，該電路由STM32F103主控芯片、RFID模塊、移動通信模塊和顯示模塊構成，其中RFID模塊負責讀取RFID卡的卡號，通過STM32F103的串口3將RFID卡號傳輸?shù)绞荢TM32中，STM32的串口1與移動通信通信模塊相連，然后STM32將RFID卡號、刷卡時間、檢查點設備號、GPS位置等信息按照固定格式通過UDP使用移動通信網(wǎng)絡傳輸?shù)缴衔粰C中。上位機接收到信息后給對應的電子點簽器回復接收成功的信號。圖中的電子點簽器模塊根據(jù)不同的設備代碼被上位機識，允許有多個同時上傳。

3.1 移動通信模塊概述

本設計采用的無線網(wǎng)絡通信傳輸模塊為芯訊通公司SIMCom推出了一款高性價比的3G/HSDPA模塊SIM5320，SIM5320模塊內(nèi)嵌GPS和A-GPS，客戶無需額外的成本就可以支持位置類服務，使客戶的GPS開發(fā)簡單和快速。定向運動平臺也可以使用其他公司的通信模塊來實現(xiàn)對不同網(wǎng)絡制式的支持。在本設計中移動通信模塊主要負責提供授時信號、GPS信號和網(wǎng)絡信號，用于計時、定位和與PC機通信。

3.2 RFID模塊

RFID模塊采用NXP公司的MFRC522原裝芯片設計讀卡電路，MFRC522是使用了13.56MHz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是NXP公司針對“三表”應用推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，是智能儀表和便攜式手持設備研發(fā)的較好選擇。MFRC522利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。支持14443A兼容應答器信號。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測。此外，還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產(chǎn)品。MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達424kbit/s。對于定向運動平臺來說完全足夠。

4 軟件設計

4.1 程序流程圖

電子點簽器主要軟件流程圖如圖2所示。開機后，先初始化各個硬件模塊。單片機向3G模塊發(fā)送設置的AT指令，判斷單片機是否與模塊正常連接，接收到ok后單片機再向3G模塊發(fā)送開啟網(wǎng)絡請求。本系統(tǒng)與上位機傳輸用的協(xié)議是UDP，當有打卡信息時，開啟UDP連接，然后再根據(jù)發(fā)送的字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機。根據(jù)上位機的回復來確定是否上傳成功。若不成功重新上傳。

4.2 與上位機通信

在系統(tǒng)獲取到RFID刷卡信息后，需要把刷卡信息發(fā)送給上位機，本設計參考的數(shù)據(jù)通信格式如下表，共6個參數(shù)，其中DevID的序列號根據(jù)中國徒步定向運動競賽規(guī)則規(guī)定需要大于30的數(shù)字，SN代表每次從考勤系統(tǒng)發(fā)送給上位機的編號，用于區(qū)分不同的打卡條目，MsgType代表消息種類在開機時，發(fā)送1，代表設備登錄，在打卡時發(fā)送2，代表有人打卡。

表1 點簽器與上位機通信參數(shù)

4.3 PC界面

圖3 PC端界面

圖3為PC端界面，可以設置比賽開始時間，出發(fā)隊伍間隔，在比賽過程中可以實時看到電子點簽器上傳的數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)隊伍的分組來排序來輸出比賽結果。

5 結束語

本設計使用移動通信網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)承載，可以實時地顯示比賽或訓練中的情況，也可以提供點簽器的GPS信號，但是目前的能耗還需要進一步降低，以提高便攜性，作為定向運動的訓練比賽平臺，有一定的現(xiàn)實意義和參考價值。

參考文獻

［1］張新安，劉宗偉.定向運動∶一項促進學生綜合素質發(fā)展的時尚運動［M］.河南師范大學學報（自然科學版），2003∶86-88.

［2］鄭海杰，倪燃，王愛旭.基于嵌入式系統(tǒng)的定向運動平臺設計與開發(fā)［M］.電視技術，2015∶16-18.

［3］李良胤.基于網(wǎng)絡WebCT技術構建定向運動教學平臺的研究［J］.吉林體育學院學報，2012（04）.