一種基于移動端的運動員體能監控系統

劉博

（咸陽師范學院 體育系，陜西 咸陽 712000）

一種基于移動端的運動員體能監控系統

劉博

（咸陽師范學院 體育系，陜西 咸陽 712000）

針對當前智能手機的大量普及和運動員訓練監測需求，提出一種基于Andriod的運動監測系統，從而讓運動員通過智能手機即可實現對平時鍛煉的體能測試。通過利用當前比較流行的耳機作為原始數據采集終端，借助耳機線作為數據傳輸的通道，同時利用Android系統中的音頻類接口，實現數據傳輸和解碼，最后將數據轉換為運動員的運動數據信息，并通過手機終端軟件對運動員訓練的作出評價。通過設計構建了一種新型的運動訓練監測方式并提高了運動訓練的準確性。

Android；運動體能；監測；音頻類；運動監測

隨著現代智能設備的不斷發展，通過智能化的方式實現對數據的采集和監測成為當前信息化發展的趨勢。運動員訓練作為一項日常的工作，其訓練的水平將直接決定運動員的競技成績和水平。因此開始出現將智能設備運用到運動訓練中，從而實現對運動員各項數據的監控，如通過運用穿戴大型的智能設備，利用運動捕捉系統等對運動的數據和動作進行分析。但這些方法的應用一方面操作比較復雜，另一方面在成本上面也非常的高。因此，文中提出一種低成本的運動員體能監測系統，并對其實現的過程進行了詳細的分析。

1　系統需求分析

根據運動員日常的訓練工作，文中主要以運動員訓練中的跑步作為監測對象。教練員通常會通過跑步的方式，提高運動員的體能和耐力。因此，文中所提出的基于移動端的體能檢測，就是以跑步訓練作為監測對象，利用Andriod手機平臺對系統進行開發。通過基于Andriod的系統開發，可使得用戶根據運動強度的數據對自己進行調節，并制定新的運動訓練計劃。

通過上述的分析，要實現對運動員體能的監測，一方面需要感應用戶的運動，通過相應的硬件設備對運動員跑步運動進行采集和處理；另一方面借助Andriod手機終端對采集到的數據進行處理。而傳統的數據終端采集是通過手持設備，如果讓運動員在訓練手持，那么對運動員來講將形成很大的負擔。對此，在對數據的采集中則利用穿戴式的設備實現。而根據當前的技術條件，完成可以實現。另外針對數據采集的交互顯示問題，利用手機Andriod的屏幕進行交互。而智能手機和數據采集之間的交互須要通過某種通信機制來實現，由此必須從硬件和軟件兩方面入手，才能實現系統的功能與需求。

2　系統整體架構設計

綜合上述對系統需求的梳理，文中將本系統的整體架構設計為如圖1所示。

圖1　系統整體架構

通過需求的分析，文中將該系統的整體架構分為可穿戴部分、接口程序、Andriod應用部分。其中可穿戴部分主要實現對基礎數據的采集；接口程序實現可穿戴和應用程序的連接。

3　系統設計

3.1數據采集模塊設計

數據的采集主要依靠可穿戴式的設備。而作為運動員來講，如果穿戴大型的設備非常的不方便。因此，必須選擇在運動員運動的時候不影響其正常的運動，如智能手環等。本文則根據運動員在日常的基礎訓練中喜歡戴耳機的習慣，提出通過將智能化的數據采集設備嵌入到耳機中，從而實現對運動數據進行采集。

在本系統中的可穿戴式的設備則采用MMA4755模塊，該模塊具有感應三軸加速度的功能。在運動員日常基礎的體能訓練當中，其加速度變化不大，但是對加速度的精度要求卻非常的高。其具體的對應關系則如公式（1）：

其中的x表示為通過補碼規則進行轉換后所得到的整形數值。

3.2功能設計

結合運動員實際和系統的需求分析，筆者認為與傳統的運動監測軟件不同，該系統的主要方向是對運動員的體能運動等進行監控。因此，對系統的功能設計方面也與一般的運動監測軟件也存在區別。因此，文中將該系統的整體功能設計為如圖2所示。

圖2　系統整體功能設計

通過圖2可以看出，從整體的架構來看，將系統等功能分為表現層、邏輯層和硬件層。其中邏輯層包括運動員的個人數據、呼吸監測和運動監測模塊。在該架構的底層中為Andriod系統，主要是要應用到其中的音頻系統。其具體的數據流程則為通過利用Andriod中的音頻系統對運動員的呼吸和運動數據進行采集，并通過其中的接口實現。

3.3通信設計

當前對智能手機來講，其主流的通信方式包括藍牙、熱點、USB接口等。其中不同的通信方式有著不同的優點和缺點。如對當前應用比較廣泛的WIFI來說，該技術是以IEEE作為基礎，定義的一個基于802.11協議的無線通信技術，同時隨著WIFI技術的不斷改進，通過兩個不同的智能手機即可實現通信。但無論是藍牙，還是WIFI技術，其消耗的功率都比較大。

除無線的傳輸方式以外，還包括有線的傳輸。而對于智能手機來講，其主要包括USB和3.5mm的音頻傳輸。對這兩種傳輸來講，都具有能耗低和傳輸快的特點。但是如果采用USB傳輸則還需要讓運動員配備專用的USB數據線。對此，本文提出采用耳機線進行傳輸的方式。因為在耳機的通信信道之中，包含數據信號和耳機本身的音頻信號，如果同時傳輸則可能讓手機無法接收和區分。但是，耳機除擁有傳統的耳機音樂數據線的同時，還包括麥克風線路。因此，對其中數據的傳輸可以通過麥克風信道進行傳輸。

同時，耳機和Andriod手機之間的通信采用2FSK調制，在Andriod端通過其中的接口程序AudioRecod類對音頻數據進行獲取，再通過2FSK進行解調，最后通過補碼的方式完成對原始數據的還原。

4　系統實現

4.1呼吸監測模塊實現

呼吸監測作為對運動員基礎數據的一種監測，其生命體征的基本情況可指導運動員的鍛煉的狀態。對該系統來講，對呼吸進行監測就是將耳機采集到的音頻信號通過計算直接轉換為運動員的呼吸頻率。其整體是算法則為：

圖3　呼吸模塊算法

由于對音頻的采集不能直接的度量運動員的呼吸，必須通過音頻→呼吸次數的轉化計算。要實現將音頻轉換為呼吸的次數，文中則通過離散型的傅里葉變換來實現，因為對數字系統來講其只能處理離散型信號。具體思路則是首先將信號在時域中進行傅立葉變換[7]的到期連續的頻域，在得到頻域的形式之后，在通過頻域采樣對其進行離散化，最后將其轉換為具有有限長的一個離散序列，其具體的公式為:

其中N表示X[N]時域的長度。

4.2運動監測模塊實現

對運動模塊的實現中，主要通過三軸加速度對速度的計算。通過將運動員的運動看成為一個三維的空間坐標軸，通過計算不同維度的加速度的方式，以此轉換為對運動跑步步數的計算。其具體的算法和實現過程如圖4。

圖4　運動監測模塊算法

圖5　系統實現界面

4.3實現界面

通過上述的算法設計，得到如圖5所示的結果。

5　結　論

通過利用Andriod中的音頻系統和穿戴設備實現了對運動員基礎體能數據的采集和實現，由此實現了一款簡單的體能采集系統，為運動員日常運動監測提供了參考。

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A player's physical monitoring system based on mobile terminal

LIU Bo
（Xianyang Normal University，Xianyang 712000，China）

In view of the large number of current smart phones and athletes training monitoring needs，proposed a motion monitoring system based on Andriod，so as to make the athletes through the smart phone to achieve the physical fitness test. Through the use of the current more popular headphones as the original data acquisition terminal，with the use of cable as the data transmission channel，and the use of Android system in the audio class interface，data transmission and decoding，and finally the data conversion to athletes sports data information，and through the mobile terminal software to make evaluation of athletes training.Through the design and construction of a new type of sports training monitoring method and improve the accuracy of sports training.

Android；sports fitness；monitoring；audio class；sports monitoring

TN99

A

1674－6236（2016）21-0042-03

2015-11-02稿件編號：201511016

咸陽師范學院教學改革研究項目（20081002）；咸陽師范學院科研基金項目（13XSYK063）

劉 博（1976—），男，陜西涇陽人，碩士。研究方向：體育教學與訓練。