【摘 要】
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近年来,随着国家对足球运动的宣传以及足球运动的普及,人们对于足球运动也越来越重视。可以说,一个国家足球水平的提升离不开青少年足球运动的发展,而校园足球更是青少年足球运动的主力军。在校园足球训练中,对运动员体征数据的实时监测是必要的,这是了解运动员身体素质和健康状态的重要途径。现阶段也有一些针对校园足球运动的监测设备,但是因其复杂度高,架设困难,成本高等一些痛点,以至于应用受限。本文提出了如何以较小
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近年来,随着国家对足球运动的宣传以及足球运动的普及,人们对于足球运动也越来越重视。可以说,一个国家足球水平的提升离不开青少年足球运动的发展,而校园足球更是青少年足球运动的主力军。在校园足球训练中,对运动员体征数据的实时监测是必要的,这是了解运动员身体素质和健康状态的重要途径。现阶段也有一些针对校园足球运动的监测设备,但是因其复杂度高,架设困难,成本高等一些痛点,以至于应用受限。本文提出了如何以较小硬件尺寸、功耗来实现一款高集成度可穿戴智能感知终端及其接入系统。它需要在有限的硬件尺寸和功耗的条件下,需要同时满足:实时室外定位、运动状态感知、心率监测、百米以上距离的无线通信能力、以及多点(≥30个)高频次(每秒大于5次数据上报)接入容量、免用户开关的自动唤醒等能力。这其中涉及多项技术挑战,包括:1)在有限的硬件结构尺寸条件下,为保证一定的通信距离和较低的功耗,设计出相应的硬件方案和通信协议;2)在低成本与低功耗的前提下,完成运动状态的辨识;3)在免用户开关的情况下,完成系统低功耗的设计,并且实现低功耗休眠和自唤醒。针对该系统需要面临的技术挑战,本文的主要贡献如下:(1)设计了一种低功耗、高信道利用率的物联网接入方案。各接入节点(标签)采用周期性休眠工作模式,定期唤醒监听网关beacon指令,定期在指定时隙唤醒接入,节点射频开启时间仅占上电工作时间的18%,平均工作电流小于20m A;(2)提出了一种基于加速度感知的低复杂度人体跳跃行为识别算法。通过深入观测跳跃和跑动下加速度信号的差异,提出基于滞空时间长短为特征的跳跃行为辨识算法,该算法识别准确率约83%;(3)设计了一种免用户开关操作的硬件自休眠、自唤醒方案。通过低功耗的心率监测来决策标签的工作模式,从而在低功耗的前提下,完成标签硬件的自休眠和自唤醒;(4)完整实现了整个可穿戴式人体运动监测系统,包括可穿戴式佩戴产品硬件设计和软件开发、网关的硬件设计和软件开发,以及上位机系统的开发。其中,可穿戴式硬件在6cm*3cm*1cm尺寸下同时实现了多项功能,包括自休眠与自唤醒、GPS数据采集、运动姿态监测、运动速度采集、心率监测、长达150m的通信距离、低于20m A的平均工作电流、低于8%的丢包率。这是目前市场上同类产品中单位空间上集成度最高的可穿戴运动监测硬件,体现了总体方案设计的合理性和先进性。
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