一种智能足球训练系统

申请号 CN201611029449.6 申请日 2016-11-14 公开(公告)号 CN106422259A 公开(公告)日 2017-02-22
申请人 湖南科技学院; 发明人 谢欢;
摘要 本 发明 公开了一种智能 足球 训练系统,包括足球训练场 框架 、采集数据 控制器 、外部设备和 单片机 控制器所述足球训练场框架顶部固定安装有 固定板 ;所述固定板的底部固定安装有防护网;防护网的底部设置有回收槽;采集数据控制器由心率 传感器 、速度传感器和 加速 度传感器构成;外部设备的输入端通过互联网与无线射频收发模 块 的输出端连接;单片机控制器的输入端分别与光强传感器、发球计数装置和供电模块的输出端电性连接;单片机控制器的输出端分别与足球发射机、扬声器、摄像头、第一照明灯、第二照明灯、第三照明灯和LED闪烁灯的输入端电性连接。本发明智能化程度高,将身体运动参数与训练结合在一起。
权利要求

1.一种智能足球训练系统,其特征在于,所述智能足球训练系统包括足球训练场框架、采集数据控制器、外部设备和单片机控制器;所述足球训练场框架顶部固定安装有固定板
所述固定板的底部固定安装有防护网;所述足球训练场框架与防护网之间的空间中固定安装有多个足球发射机;所述防护网的底部设置有回收槽;所述足球训练场框架的顶部从左到右依次设置有第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆;所述第一支撑杆的底部中心位置固定安装有光强传感器;所述第二支撑杆的底部中心位置固定安装有扬声器;所述第三支撑杆的底部中心位置固定安装有摄像头;
所述第一支撑杆的底部固定安装有多个第一照明灯,且第一照明灯设置在光强传感器的两侧;所述第二支撑杆的底部固定安装有多个第二照明灯,且第二照明灯设置在扬声器的两侧;所述第三支撑杆的底部固定安装有多个第三照明灯,且第三照明灯设置在摄像头的两侧;所述足球发射机的的顶部固定安装有发球计数装置,且足球发射机前端面的边缘位置固定安装有多个LED闪烁灯;所述采集数据控制器的输出端通过局域网与无线射频收发模的输入端连接;
所述外部设备的输入端通过互联网与无线射频收发模块的输出端连接;所述单片机控制器的输入端分别与光强传感器、发球计数装置和供电模块的输出端电性连接;所述单片机控制器的输出端分别与足球发射机、扬声器、摄像头、第一照明灯、第二照明灯、第三照明灯和LED闪烁灯的输入端电性连接;所述单片机控制器分别与无线射频收发模块、数据库数据处理模块电性连接。
2.如权利要求1所述的智能足球训练系统,其特征在于,所述足球训练场框架的左右两侧均设置有足球,且足球门的外侧设置有球门网;所述回收槽设置在地面中,且回收槽的上平面与足球训练场框架的下平面处于同一平面;
所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的两端分别与固定在足球训练场框架顶部的前后两侧上;
所述摄像头具体为360°鱼眼摄像头;
所述第一照明灯、第二照明灯和第三照明灯具体为LED照明灯;
所述LED闪烁灯具体为红色LED闪烁灯;
所述采集数据控制器设置在足球运动员的手腕上;所述采集数据控制器包括心率传感器、速度传感器和加速度传感器;所述心率传感器、速度传感器和加速度传感器的输出端均通过局域网与无线射频收发模块的输入端连接;
所述外部设备包括具有网络连接功能的电子产品。
3.如权利要求2所述的智能足球训练系统,其特征在于,所述采集数据控制器还包括电源模块、传感器接入转换模块和信号采集模块;
所述电源模块为传感器接入转换模块的传感器接入口提供电压,所述接入转换模块的传感器接入口用于接入不同电压的心率传感器、速度传感器和加速度传感器;
所述传感器接入转换模块用于接入心率传感器、速度传感器和加速度传感器,并接收心率传感器、速度传感器和加速度传感器的检测信号,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测信号接入功能;
所述信号采集模块用于将所述传感器接入转换模块接收到的模拟检测信号转换为数字信号后传输给无线射频收发模块,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的采集;
所述无线射频收发模块将信号采集模块传输的数字信号传输给单片机控制器;所述单片机控制器接收无线射频收发模块的信号,并存储、显示和处理采集到的数据,实现数据心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的记录;
所述单片机控制器还用于记录心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据发生时刻的环境并将记录的记录心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据发生时刻的环境与传感器数据进行关联。
4.如权利要求2所述的智能足球训练系统,其特征在于,所述传感器接入口包括数字接口和模拟接口;所述数字接口通过数字通道转换为USB接口或网口;所述模拟接口通过模拟通道与所述信号采集模块相连;
所述传感器接入转换模块通过由单片机控制器控制的选择开关选择一路或几路信号接通;所述信号采集模块通过USB接口与所述无线射频收发模块相连;所述采集数据控制器还包括模拟回放模块;所述模拟回放模块与无线射频收发模块通过USB接口相连;所述单片机控制器计算机通过无线射频收发模块、USB接口将数据传送到模拟回放模块,确认回放时钟,按该回放时钟将数字信号转为模拟信号,并对所述模拟信号进行滤波处理,模拟真实模拟信号,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的回放。
5.如权利要求2所述的智能足球训练系统,其特征在于,所述心率传感器采用脉搏传感器,所述脉搏传感器包括:
若干压电薄膜传感器,所述若干压电薄膜传感器为以阵列式排列的PVDF膜传感器,用于将脉搏的压信号转换为电压信号;
所述若干压电薄膜传感器包括若干组PVDF膜阵列,每一组PVDF膜阵列包括横向4个×纵向4个共十六个PVDF膜传感器;
所述PVDF膜传感器为2.8mm×2.8mm单点PVDF压电薄膜传感器,每个单点PVDF压电薄膜传感器之间距离低于0.8mm。
6.如权利要求5所述的智能足球训练系统,其特征在于,所述脉搏传感器还包括信号处理单元,所述信号处理单元包括:
前置线性电荷放大器,用于与所述压电薄膜传感器的换能器的阻抗匹配,把高阻抗输入转换为低阻抗电压输出,并将微弱感测信号转换成电压信号并放大;
降噪单元,用于对所述前置线性电荷放大器输出的电压信号进行降噪处理;所述降噪单元包括滤波电路,所述滤波电路由二阶滤波结构组成:
低通滤波电路,由R1和C1组成,上限截止频率为1100Hz,以使脉搏信号的高次谐波通过,信号反映的脉搏特征信息得到完整的保留;
低通滤波器,用于滤除高频干扰;
所述降噪单元还包括设置一条接触皮肤的参考电极,将参考电极连接模拟地,以有效消除常规工频干扰;
所述信号处理单元还包括一处理器,所述处理器将测量得到的256个数据视为一队列,每进行一次新的测量,就把测量结果放入队尾,而剔除原来队首的一次数据;对所述256个数据逐个比较大小,去掉其中的最大值和最小值,然后计算254个数据的平均值。
7.如权利要求3所述的智能足球训练系统,其特征在于,信号采集模块的信号采集方法包括:
首先,用感知设备在独立的采样周期内对目标信号x(t)进行采集,并用A/D方式对信号进行数字量化;然后,对量化后的信号x(i)进行降维;最后,对降维后的信号进行重构;其中t为采样时刻,i为量化后的信号排序。
8.如权利要求7所述的智能足球训练系统,其特征在于,对量化后的信号进行降维,具体是对量化后的信号通过有限脉冲响应滤波器的差分方程 i=1,…,
M,其中h(0),…,h(L-1)为滤波器系数,设计基于滤波的压缩感知信号采集框架,构造如下托普利兹测量矩阵:

则观测 i=1,…,M,其中b1,…,bL看作滤波器系数;子矩阵ΦFT的奇
异值是格拉姆矩阵G(ΦF,T)=Φ′FTΦFT特征值的算术根,验证G(ΦF,T)的所有特征值λi∈(1-δK,1+δK),i=1,…,T,则ΦF满足RIP,并通过求解如下公式最优化问题来重构原信号:

即通过线性规划方法来重构原信号,亦即BP算法
针对实际压缩信号,如脉搏压力信号的采集,则修改ΦF为如下形式:

如果信号在变换基矩阵Ψ上具有稀疏性,则通过求解如下公式最优化问题,精确重构出原信号:

其中Φ与Ψ不相关,Ξ称为CS矩阵。

说明书全文

一种智能足球训练系统

技术领域

[0001] 本发明属于足球训练技术领域,尤其涉及一种智能足球训练系统。

背景技术

[0002] 目前市面上的足球训练系统,通过足球发射机进行发射足球,但是足球在经过足球训练者的脚踢之后撞击框架,而后会反弹,反弹之后的足球不一定全部都能滚到回收槽中,使得球场中的散落的足球影响训练者的训练,另一方面足球训练场的灯光效果不能及时打开或关闭,给足球训练者带来一定的烦恼。
[0003] 对于智能化传感器而言,其传感器的信息处理功能是决定其最终功能及性能的重要因素。目前对于传感器的信号采集而言,传感器往往独立存在,需要外部供电或简单处理后才能工作,实际应用下,独立信号采集系统无法考虑传感器供电等因素,因此往往需要针对不同的传感器设计不同的外部供电方式。同时传感器的输出信号往往和环境相关联,不同环境下,传感器的输出性能不一致,亦会导致信号处理的不一致。因此,能建立与环境关联性的信号采集处理系统成为进行传感器信号分析的利器。
[0004] 在传统心率传感器中的脉搏传感器不能很好的检测脉搏信号。
[0005] 综上所述,现有的足球训练系统不能将足球训练者在训练过程中的人体参数与足球训练结合在一起,智能化程度低,导致不能更好的分析每一个足球训练者的身体素质和运动参数。

发明内容

[0006] 本发明为解决现有的足球训练系统不能将足球训练者在训练过程中的人体参数与足球训练结合在一起,智能化程度低,导致不能更好的分析每一个足球训练者的身体素质和运动参数的技术问题而提供一种智能足球训练系统。
[0007] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种智能足球训练系统,包括足球训练场框架、采集数据控制器、外部设备和单片机控制器,所述足球训练场框架顶部固定安装有固定板;所述固定板的底部固定安装有防护网;
[0008] 所述足球训练场框架与防护网之间的空间中固定安装有多个足球发射机;所述防护网的底部设置有回收槽;所述足球训练场框架的顶部从左到右依次设置有第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆;所述第一支撑杆的底部中心位置固定安装有光强传感器;所述第二支撑杆的底部中心位置固定安装有扬声器;所述第三支撑杆的底部中心位置固定安装有摄像头;
[0009] 所述第一支撑杆的底部固定安装有多个第一照明灯,且第一照明灯设置在光强传感器的两侧;所述第二支撑杆的底部固定安装有多个第二照明灯,且第二照明灯设置在扬声器的两侧;所述第三支撑杆的底部固定安装有多个第三照明灯,且第三照明灯设置在摄像头的两侧;所述足球发射机的的顶部固定安装有发球计数装置,且足球发射机前端面的边缘位置固定安装有多个LED闪烁灯;所述采集数据控制器由心率传感器、速度传感器和加速度传感器构成;
[0010] 所述采集数据控制器的输出端通过局域网与无线射频收发模的输入端连接;所述外部设备的输入端通过互联网与无线射频收发模块的输出端连接;所述单片机控制器的输入端分别与光强传感器、发球计数装置和供电模块的输出端电性连接;
[0011] 所述单片机控制器的输出端分别与足球发射机、扬声器、摄像头、第一照明灯、第二照明灯、第三照明灯和LED闪烁灯的输入端电性连接;所述单片机控制器分别与无线射频收发模块、数据库数据处理模块电性连接。
[0012] 进一步,所述足球训练场框架的左右两侧均设置有足球,且足球门的外侧设置有球门网。
[0013] 进一步,所述回收槽设置在地面中,且回收槽的上平面与足球训练场框架的下平面处于同一平面。
[0014] 进一步,所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的两端分别与固定在足球训练场框架顶部的前后两侧上。
[0015] 进一步,所述摄像头具体为360°鱼眼摄像头。
[0016] 进一步,所述第一照明灯、第二照明灯和第三照明灯具体为LED照明灯。
[0017] 进一步,所述LED闪烁灯具体为红色LED闪烁灯。
[0018] 进一步,所述采集数据控制器设置在足球运动员的手腕上。
[0019] 进一步,所述外部设备包括具有网络连接功能的电子产品。
[0020] 进一步,所述采集数据控制器还包括电源模块、传感器接入转换模块和信号采集模块;
[0021] 所述电源模块为传感器接入转换模块的传感器接入口提供电压,所述接入转换模块的传感器接入口用于接入不同电压的心率传感器、速度传感器和加速度传感器;
[0022] 所述传感器接入转换模块用于接入心率传感器、速度传感器和加速度传感器,并接收心率传感器、速度传感器和加速度传感器的检测信号,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测信号接入功能;
[0023] 所述信号采集模块用于将所述传感器接入转换模块接收到的模拟检测信号转换为数字信号后传输给无线射频收发模块,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的采集;
[0024] 所述无线射频收发模块将信号采集模块传输的数字信号传输给单片机控制器;所述单片机控制器接收无线射频收发模块的信号,并存储、显示和处理采集到的数据,实现数据心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的记录;
[0025] 所述单片机控制器还用于记录心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据发生时刻的环境并将记录的记录心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据发生时刻的环境与传感器数据进行关联。
[0026] 进一步,所述传感器接入口包括数字接口和模拟接口;所述数字接口通过数字通道转换为USB接口或网口;所述模拟接口通过模拟通道与所述信号采集模块相连;
[0027] 所述传感器接入转换模块通过由单片机控制器控制的选择开关选择一路或几路信号接通;所述信号采集模块通过USB接口与所述无线射频收发模块相连;所述采集数据控制器还包括模拟回放模块;所述模拟回放模块与无线射频收发模块通过USB接口相连;所述单片机控制器计算机通过无线射频收发模块、USB接口将数据传送到模拟回放模块,确认回放时钟,按该回放时钟将数字信号转为模拟信号,并对所述模拟信号进行滤波处理,模拟真实模拟信号,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的回放。
[0028] 进一步,所述心率传感器采用脉搏传感器,所述脉搏传感器包括:
[0029] 若干压电薄膜传感器,所述若干压电薄膜传感器为以阵列式排列的PVDF膜传感器,用于将脉搏的压信号转换为电压信号;
[0030] 所述若干压电薄膜传感器包括若干组PVDF膜阵列,每一组PVDF膜阵列包括横向4个×纵向4个共十六个PVDF膜传感器;
[0031] 所述PVDF膜传感器为2.8mm×2.8mm单点PVDF压电薄膜传感器,每个单点PVDF压电薄膜传感器之间距离低于0.8mm。
[0032] 进一步,所述脉搏传感器还包括信号处理单元,所述信号处理单元包括:
[0033] 前置线性电荷放大器,用于与所述压电薄膜传感器的换能器的阻抗匹配,把高阻抗输入转换为低阻抗电压输出,并将微弱感测信号转换成电压信号并放大;
[0034] 降噪单元,用于对所述前置线性电荷放大器输出的电压信号进行降噪处理;所述降噪单元包括滤波电路,所述滤波电路由二阶滤波结构组成:
[0035] 低通滤波电路,由R1和C1组成,上限截止频率为1100Hz,以使脉搏信号的高次谐波通过,信号反映的脉搏特征信息得到完整的保留;
[0036] 低通滤波器,用于滤除高频干扰;
[0037] 所述降噪单元还包括设置一条接触皮肤的参考电极,将参考电极连接模拟地,以有效消除常规工频干扰;
[0038] 所述信号处理单元还包括一处理器,所述处理器将测量得到的256个数据视为一队列,每进行一次新的测量,就把测量结果放入队尾,而剔除原来队首的一次数据;对所述256个数据逐个比较大小,去掉其中的最大值和最小值,然后计算254个数据的平均值。
[0039] 进一步,信号采集模块的信号采集方法包括:
[0040] 首先,用感知设备在独立的采样周期内对目标信号x(t)进行采集,并用A/D方式对信号进行数字量化;然后,对量化后的信号x(i)进行降维;最后,对降维后的信号进行重构;其中t为采样时刻,i为量化后的信号排序。
[0041] 进一步,对量化后的信号进行降维,具体是对量化后的信号通过有限脉冲响应滤波器的差分方程 i=1,…,M,其中h(0),…,h(L-1)为滤波器系数,设计基于滤波的压缩感知信号采集框架,构造如下托普利兹测量矩阵:
[0042]
[0043] 则观测 i=1,…,M,其中b1,…,bL看作滤波器系数;子矩阵ΦFT的奇异值是格拉姆矩阵G(ΦF,T)=Φ′FTΦFT特征值的算术根,验证G(ΦF,T)的所有特征值λi∈(1-δK,1+δK),i=1,…,T,则ΦF满足RIP,并通过求解如下公式最优化问题来重构原信号:
[0044]
[0045] 即通过线性规划方法来重构原信号,亦即BP算法
[0046] 针对实际压缩信号,如脉搏压力信号的采集,则修改ΦF为如下形式:
[0047]
[0048] 如果信号在变换基矩阵Ψ上具有稀疏性,则通过求解如下公式最优化问题,精确重构出原信号:
[0049]
[0050] 其中Φ与Ψ不相关,Ξ称为CS矩阵。
[0051] 本发明具有的优点和积极效果是:该智能足球训练系统,通过设置防护网,使得受力之后的足球能顺利进入到回收槽中,设置有光强传感器,可以在外界光照强度不够时,通过单片机控制器将第一照明灯、第二照明灯和第三照明灯打开,保证光照强度满足训练要求;采集数据控制器由心率传感器、速度传感器和加速度传感器构成,将采集数据控制器戴在足球运动员的手腕上,有效检测足球运动员的身体素质和运动参数,通过数据处理模块对检测到的参数进行分析处理,并利用数据库将参数进行比对、采样和查询,更好地对足球运动员进行针对性的训练。
[0052] 本发明可以采集并存储传感器数据为单片机控制器进行传感器信号分析提供了便利,并且可在不同环境下采集的数据,可通过回放功能提供模拟真实信号。
[0053] 本发明提供了对传感器信息采集的集成开发环境,采集数据控制器具有传感器信息采集、记录功能,其中信号采集功能提供了多种传感器接口,为传感器提供工作所需电压以保障其正常工作,可将数字传感器信号传至单片机控制器,在单片机控制器上提供与环境关联的信号存储,并进行信号处理显示,其中回放功能可将样本库中存储的传感器采集数据以采样时钟回放,模拟传感器信号源,为其它设备提供开发调试参考。
[0054] 本发明的心率传感器部分是PVDF(聚偏二氟乙烯)压电薄膜,之所以选择PVDF压电薄膜,因为它有如下几个优点:①压电常数大(d33=20pC/N),变力响应灵敏度高,比石英晶体高10倍,压电电压输出常数g=174是所有压电体中最高的;在非常高的交变电场中不至于去极化,单位体积能获得大的输出功率,因为换能器单位体积最大输出功率正比于机电耦合系数和能承受的最大电场强度的平方;②膜轻且柔韧,易于制备,与人体组织的阻抗耦合性好,能紧贴皮肤,使得脉搏信号通过薄膜而不失真;另外由于薄膜类似于人类皮肤,可以制作仿生触觉传感器;③机械品质因素低,阻尼小,密度低,具有宽带特性,能满足脉搏信号的频率特性;人体的脉搏频率非常低,约为0.5~4Hz,一般情况下为1Hz左右;由于PVDF膜的柔性及其厚度方向伸缩振动的谐振频率很高,使得在很宽范围内有平坦的频率响应(响应范围是0.1~110MHz)。因此,从理论上讲,PVDF换能器能检测微弱低频的脉搏信号;
[0055] 本发明的薄膜传感器是由多个2.8*2.8mm2的正方形PVDF换能器成阵列式排列,每个点阵之间距离低于0.8mm,这种结构可以保证完全采集到寸、关、尺三个位置的信息,避免了传统脉搏波传感器需要繁琐的人工调节,利用算法确定寸、关、尺,可以更加精确的定位,排除了人为的误差;PVDF压电传感器利用胶封装固定,并固定在手腕式空气袖带上;
[0056] 本发明的电荷放大电路的高阻抗输入可以很好的捕捉到PVDF薄膜产生的微弱电荷;在皮肤上引入参考地电极可以有效的消除常规工频信号,大幅度地简化了电路,实现电路小型化设计。
[0057] 本发明的信号采集方法,增强了对信号收集的范围;提高了数据保护安全性和准确性。附图说明
[0058] 图1为本发明实施例提供的智能足球训练系统结构示意图。
[0059] 图2为本发明实施例提供的足球训练系统俯视图。
[0060] 图3为本发明实施例提供的足球训练系统外部结构示意图。
[0061] 图4为本发明实施例提供的足球训练系统原理框图
[0062] 图5为本发明实施例提供的传感器接入转换模块连接示意图。
[0063] 图中:1、足球训练场框架;2、足球门;3、球门网;4、固定板;5、防护网;6、足球发射机;7、回收槽;8、第一支撑杆;9、第二支撑杆;10、第三支撑杆;11、光强传感器;12、扬声器;13、摄像头;14、第一照明灯;15、第二照明灯;16、第三照明灯;17、发球计数装置;18、LED闪烁灯;19、采集数据控制器;19-1、电源模块;19-2、传感器接入转换模块;19-3、信号采集模块;19-4、传感器接入口;19-4-1、数字接口;19-4-2、模拟接口;19-5、选择开关;19-6、模拟回放模块;20、心率传感器;21、速度传感器;22、加速度传感器;23、局域网;24、无线射频收发模块;25、外部设备;26、互联网;27、单片机控制器;28、供电模块;29、数据库;30、数据处理模块。

具体实施方式

[0064] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0065] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
[0066] 如图1至图4所示,本发明实施例提供的智能足球训练系统,包括足球训练场框架1、采集数据控制器19、外部设备25和单片机控制器27,所述足球训练场框架顶部固定安装有固定板4;所述固定板的底部固定安装有防护网5;所述足球训练场框架与防护网之间的空间中固定安装有多个足球发射机6;
[0067] 所述防护网的底部设置有回收槽;所述足球训练场框架的顶部从左到右依次设置有第一支撑杆8、第二支撑杆9和第三支撑杆10;所述第一支撑杆的底部中心位置固定安装有光强传感器11;所述第二支撑杆的底部中心位置固定安装有扬声器12;所述第三支撑杆的底部中心位置固定安装有摄像头13;所述第一支撑杆的底部固定安装有多个第一照明灯14,且第一照明灯设置在光强传感器的两侧;所述第二支撑杆的底部固定安装有多个第二照明灯15,且第二照明灯设置在扬声器的两侧;
[0068] 所述第三支撑杆的底部固定安装有多个第三照明灯16,且第三照明灯设置在摄像头的两侧;所述足球发射机的的顶部固定安装有发球计数装置17,且足球发射机前端面的边缘位置固定安装有多个LED闪烁灯18;所述采集数据控制器由心率传感器20、速度传感器21和加速度传感器22构成;
[0069] 所述采集数据控制器的输出端通过局域网23与无线射频收发模块24的输入端连接;所述外部设备的输入端通过互联网26与无线射频收发模块的输出端连接;所述单片机控制器的输入端分别与光强传感器、发球计数装置和供电模块28的输出端电性连接;
[0070] 所述单片机控制器的输出端分别与足球发射机、扬声器、摄像头、第一照明灯、第二照明灯、第三照明灯和LED闪烁灯的输入端电性连接;所述单片机控制器分别与无线射频收发模块、数据库29和数据处理模块30电性连接。
[0071] 进一步,所述足球训练场框架的左右两侧均设置有足球门2,且足球门的外侧设置有球门网3。
[0072] 进一步,所述回收槽7设置在地面中,且回收槽的上平面与足球训练场框架的下平面处于同一水平面。
[0073] 进一步,所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆的两端分别与固定在足球训练场框架顶部的前后两侧上。
[0074] 进一步,所述摄像头具体为360°鱼眼摄像头。
[0075] 进一步,所述第一照明灯、第二照明灯和第三照明灯具体为LED照明灯。
[0076] 进一步,所述LED闪烁灯具体为红色LED闪烁灯。
[0077] 进一步,所述采集数据控制器设置在足球运动员的手腕上。
[0078] 进一步,所述外部设备包括具有网络连接功能的电子产品。
[0079] 如图5所示,所述采集数据控制器还包括电源模块19-1、传感器接入转换模块19-2和信号采集模块19-3;
[0080] 所述电源模块为传感器接入转换模块的传感器接入口提供电压,所述接入转换模块的传感器接入口19-4用于接入不同电压的心率传感器、速度传感器和加速度传感器;
[0081] 所述传感器接入转换模块用于接入心率传感器、速度传感器和加速度传感器,并接收心率传感器、速度传感器和加速度传感器的检测信号,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测信号接入功能;
[0082] 所述信号采集模块用于将所述传感器接入转换模块接收到的模拟检测信号转换为数字信号后传输给无线射频收发模块,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的采集;
[0083] 所述无线射频收发模块将信号采集模块传输的数字信号传输给单片机控制器;所述单片机控制器接收无线射频收发模块的信号,并存储、显示和处理采集到的数据,实现数据心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的记录;
[0084] 所述单片机控制器还用于记录心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据发生时刻的环境并将记录的记录心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据发生时刻的环境与传感器数据进行关联。
[0085] 进一步,所述传感器接入口包括数字接口19-4-1和模拟接口19-4-2;所述数字接口通过数字通道转换为USB接口或网口;所述模拟接口通过模拟通道与所述信号采集模块相连;
[0086] 所述传感器接入转换模块通过由单片机控制器控制的选择开关19-5选择一路或几路信号接通;所述信号采集模块通过USB接口与所述无线射频收发模块相连;所述采集数据控制器还包括模拟回放模块19-6;所述模拟回放模块与无线射频收发模块通过USB接口相连;所述单片机控制器计算机通过无线射频收发模块、USB接口将数据传送到模拟回放模块,确认回放时钟,按该回放时钟将数字信号转为模拟信号,并对所述模拟信号进行滤波处理,模拟真实模拟信号,实现心率传感器、速度传感器和加速度传感器检测数据的回放。
[0087] 进一步,所述心率传感器采用脉搏传感器,所述脉搏传感器包括:
[0088] 若干压电薄膜传感器,所述若干压电薄膜传感器为以阵列式排列的PVDF膜传感器,用于将脉搏的压力信号转换为电压信号;
[0089] 所述若干压电薄膜传感器包括若干组PVDF膜阵列,每一组PVDF膜阵列包括横向4个×纵向4个共十六个PVDF膜传感器;
[0090] 所述PVDF膜传感器为2.8mm×2.8mm单点PVDF压电薄膜传感器,每个单点PVDF压电薄膜传感器之间距离低于0.8mm。
[0091] 进一步,所述脉搏传感器还包括信号处理单元,所述信号处理单元包括:
[0092] 前置线性电荷放大器,用于与所述压电薄膜传感器的换能器的阻抗匹配,把高阻抗输入转换为低阻抗电压输出,并将微弱感测信号转换成电压信号并放大;
[0093] 降噪单元,用于对所述前置线性电荷放大器输出的电压信号进行降噪处理;所述降噪单元包括滤波电路,所述滤波电路由二阶滤波结构组成:
[0094] 低通滤波电路,由R1和C1组成,上限截止频率为1100Hz,以使脉搏信号的高次谐波通过,信号反映的脉搏特征信息得到完整的保留;
[0095] 低通滤波器,用于滤除高频干扰;
[0096] 所述降噪单元还包括设置一条接触皮肤的参考电极,将参考电极连接模拟地,以有效消除常规工频干扰;
[0097] 所述信号处理单元还包括一处理器,所述处理器将测量得到的256个数据视为一队列,每进行一次新的测量,就把测量结果放入队尾,而剔除原来队首的一次数据;对所述256个数据逐个比较大小,去掉其中的最大值和最小值,然后计算254个数据的平均值。
[0098] 进一步,信号采集模块的信号采集方法包括:
[0099] 首先,用感知设备在独立的采样周期内对目标信号x(t)进行采集,并用A/D方式对信号进行数字量化;然后,对量化后的信号x(i)进行降维;最后,对降维后的信号进行重构;其中t为采样时刻,i为量化后的信号排序。
[0100] 进一步,对量化后的信号进行降维,具体是对量化后的信号通过有限脉冲响应滤波器的差分方程 i=1,…,M,其中h(0),…,h(L-1)为滤波器系数,设计基于滤波的压缩感知信号采集框架,构造如下托普利兹测量矩阵:
[0101]
[0102] 则观测 i=1,…,M,其中b1,…,bL看作滤波器系数;子矩阵ΦFT的奇异值是格拉姆矩阵G(ΦF,T)=Φ′FTΦFT特征值的算术根,验证G(ΦF,T)的所有特征值λi∈(1-δK,1+δK),i=1,…,T,则ΦF满足RIP,并通过求解如下公式最优化问题来重构原信号:
[0103]
[0104] 即通过线性规划方法来重构原信号,亦即BP算法;
[0105] 针对实际压缩信号,如脉搏压力信号的采集,则修改ΦF为如下形式:
[0106]
[0107] 如果信号在变换基矩阵Ψ上具有稀疏性,则通过求解如下公式最优化问题,精确重构出原信号:
[0108]
[0109] 其中Φ与Ψ不相关,Ξ称为CS矩阵。
[0110] 下面结合工作原理对本发明的应用作进一步描述。
[0111] 本发明的单片机控制器控制足球发射机将足球发射出去,足球训练者对不同方向发射的足球进行踢射,对训练者进行有效训练,踢射之后的足球经过防护网全部滚落到回收槽中,扬声器发出语音通报,告知训练者哪一台足球发射机发射足球,足球发射机上的发球计数装置会对足球数进行计数,同时足球发射机前侧设置在LED闪烁灯可以有效提示训练者,当光强传感器检测外界光照强度满足不了训练场地要求时,单片机控制器会控制第一照明灯、第二照明灯和第三照明的打开,采集数据控制器由心率传感器、速度传感器和加速度传感器构成,将采集数据控制器戴在足球训练者的手腕上,有效检测足球训练者的身体素质和运动参数,无线射频收发模块用于接收和和发射无线网络信号,采集数据控制器将检测的参数通过局域网和无线射频收发模块发送到单片机控制器中,单片机控制器通过数据处理模块对检测到的参数进行分析处理,并利用数据库将参数进行比对、采样和查询,更好地对足球训练者进行针对性的训练,同时单片机控制器利用无线射频收发模块和互联网将检测参数和处理后的参数发送到外部设备中。
[0112] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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