搏击训练参数测试仪设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人民生活水平的日益提高，运动健身开始受到大众的重视。随着2008年北京奥运会的圆满举办，我国正式踏入体育强国的行列。在精英体育之后，迎来的是日渐兴起的全民健身。由于现代化生活节奏的加快、城市用地的紧张，以及人口的膨胀等原因，健身房成为了一种比较时髦的健身场所，也给健身器材提供了一个长足发展的空间。在这种情况下，我国散打、跆拳道、拳击等搏击类运动开展得如火如荼，参与这类运动的人数不胜数。

不仅如此，随着运动竞争的激烈对抗，运动员要想在国内外比赛中取得优异的成绩，仅凭教练员优质的指导和刻苦的训练还是不足的。必须在训练手段上借助科学的力量，借助科学仪器监测训练结果，并对此进行分析，从而为训练提供科学依据，并针对性的制定训练方法。而搏击运动训练的方法、生理机能检测和各种辅助器材是比较匮乏的。况且从运动生物力学角度分析，对运动员各种力量参数(击打力量、力量耐力、击打速度、速度耐力、击打冲量、击打功率等参数)的技术指标和曲线，是搏击运动的教练员和运动员必须了解的的问题，也是评价运动员身体素质和状态、基础能力掌握情况的重要因素。而搏击训练参数测试仪的设计就是为了使搏击运动精确快速得到这些参数，使搏击训练水平科学化，改变以往的仅凭搏击运动员的直观感受和教练员的经验指导的训练模式。我们的体育健儿在刻苦训练，努力拼搏的同时，将会科学地应用这类测试仪器，正确获取身体状态与动作的参数，从而为相应运动员合理制定训练计划，用科学为我们的运动健儿保驾护航。

一个国家健身市场的发展状况取决于它的健身消费水平。西方发达国家的健身消费在日常生活消费中占有很高比例，搏击训练器除了在健身房里被广泛使用，还走入许多搏击爱好者家里。与此相比，我国的健身消费就远远低于发达国家。但是近些年来，随着人们生活水平的不断提高收入水平的提高，我国人们的健身消费水平正逐年提高，这说明我国的健身事业正处于起步或开始发展的阶段，也就预示着健身器材的研发在我国有着巨大的市场潜力。本设计改善了常规搏击训练器功能单一的弊端，具有很高的市场竞争力和存活力，在本就不是很成熟的中国健身器材市场，可以抢占先机。

2. 研究的基本内容与方案

设计任务：

（1）确定传感器型号，完成传感器信号调理电路、AD采集电路和电源部分的设计；

（2）完成单片机系统和通信电路设计，并编写单片机程序，实现传感器信号的采集并发送给PC机，进行系统调试；

研究内容：完成搏击多维多参数测试仪的电路设计。搏击多维多参数测试仪可对训练者击打的各种力量参数进行三个维度的测量，同时也可以重建训练者从出拳到击中拳击训练靶整个打靶过程中拳击手套的运动轨迹。硬件电路部分能够对传感器信号进行调理和采集，并发送给PC机，要求数据采集板由锂电池供电，通信接口有RS232接口和无线通信接口两种，可对运动员各种力量参数(击打力量、力量耐力、击打速度、速度耐力、击打冲量、击打功率等参数)完成三个维度的测试功能，完成相关调试。最终，完成本次设计可行性的基本验证。

图1总体方案结构图

技术方案：

搏击训练器综合测试系统主要由单片机、HC-SR04超声波传感器模块、NOS-C902三维测力传感器模块、信号调理与数据采集模块组成。单片机定时器完成反应时间的测量;超声波传感器配合定时器完成速度的测量;拳力测量由三维测力传感器完成。除此之外，搏击训练器还通过nRF24L01无线通信模块以及RS232接口与上位机相连，将用户测试信息上传，用计算机以数据库的形式进行保存、显示与管理。搏击系统总体方案结构图如图1所示，主要包括如下部分：

（1)传感器选型：

1）压力传感器：如今的搏击训练器不再只是古代的木桩而已了，它是融合了健身与测试的综合系统。靶内三维压力传感器受击打力的作用，输出一个与压力成正比的电信号，经放大器放大的电信号，一路送达单片机中的A/D转换电路转换，得出击打力的相关数据。圆柱式力传感器的示意图如图2所示，，NOS-C902三维测力传感器可用来测量三个方向的受力情况，基于电阻应变原理，可实时的测量物体在X/Y/Z三个方向上的静态和动态受力情况。

2）测速传感器：采用HC-SR04超声波测速模块。超声波探头安放简图如图3所示，假如估算人的拳速最快为20m/s的话，声音的传播速度为340m/s，设人的出拳最大距离为0.5m，则经计算，人在出拳过程中，每发射一次超声波，人拳的行进距离不超过6cm，所以可以采用多次发射超声波，通过测量每次距离差与时间差的方式来进行拳速的测量。

（2)信号调理：将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。

（3)数据采集

（4)通信接口：

1）无线通讯模块的工作原理如图4所示:无线通讯模块分成两部分，发射部分和接收部分。发射模块由单片机和nRF20L01无线通讯模块组成，测试结果由单片机通过SPI接口传给nRF20L01模块，再将数据通过无线信号发射出去，等待接受无线通讯模块将信号接收。接收部分由单片机、无线通讯模块和PC机组成，接受nRF20L01模块将接收到的数据传给单片机，并发射一个应答信号;单片机通过串口与PC机相连，将数据送入PC机，然后PC机更新会员数据库。发射模块接收到应答信号，此次无线数据传输完毕。

图4无线通信工作原理

2）在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个通信接口，RS232的作用就是使不同设备可以方便的连接起来进行通讯。

（5)人机交互：本设计人机交流主要通过键盘。

（6）本次设计需要设计电路还包括电源电路设计，还有一些外围辅助电路（如复位电路、时钟电路等）。必须充分考虑到实际状况中可能出现的问题，增加报警电路。在软件设计时为每个模块编写子程序时注意相关问题，考虑充分，熟悉他们的工作原理。选择元件时选择合适元件，才有较强可操作性。

（7）最终，将本次设计方案的成形结果与现有技术的成形结果进行对比分析，从而验证其优越性与可实施性。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王军，李小牛，端黎明.一种圆环式接触式平行板三维压力传感器.发明专利，2015，cn105021327a.

[2]panguimei,luoyi,zhuxingyuan(collegeoftrafficand

communications,southchinauniv.oftech.,guangzhou510640,china).journalof