一种基于移动端的运动员体能监控系统

刘博

（咸阳师范学院 体育系，陕西 咸阳 712000）

一种基于移动端的运动员体能监控系统

刘博

（咸阳师范学院 体育系，陕西 咸阳 712000）

针对当前智能手机的大量普及和运动员训练监测需求，提出一种基于Andriod的运动监测系统，从而让运动员通过智能手机即可实现对平时锻炼的体能测试。通过利用当前比较流行的耳机作为原始数据采集终端，借助耳机线作为数据传输的通道，同时利用Android系统中的音频类接口，实现数据传输和解码，最后将数据转换为运动员的运动数据信息，并通过手机终端软件对运动员训练的作出评价。通过设计构建了一种新型的运动训练监测方式并提高了运动训练的准确性。

Android；运动体能；监测；音频类；运动监测

随着现代智能设备的不断发展，通过智能化的方式实现对数据的采集和监测成为当前信息化发展的趋势。运动员训练作为一项日常的工作，其训练的水平将直接决定运动员的竞技成绩和水平。因此开始出现将智能设备运用到运动训练中，从而实现对运动员各项数据的监控，如通过运用穿戴大型的智能设备，利用运动捕捉系统等对运动的数据和动作进行分析。但这些方法的应用一方面操作比较复杂，另一方面在成本上面也非常的高。因此，文中提出一种低成本的运动员体能监测系统，并对其实现的过程进行了详细的分析。

1　系统需求分析

根据运动员日常的训练工作，文中主要以运动员训练中的跑步作为监测对象。教练员通常会通过跑步的方式，提高运动员的体能和耐力。因此，文中所提出的基于移动端的体能检测，就是以跑步训练作为监测对象，利用Andriod手机平台对系统进行开发。通过基于Andriod的系统开发，可使得用户根据运动强度的数据对自己进行调节，并制定新的运动训练计划。

通过上述的分析，要实现对运动员体能的监测，一方面需要感应用户的运动，通过相应的硬件设备对运动员跑步运动进行采集和处理；另一方面借助Andriod手机终端对采集到的数据进行处理。而传统的数据终端采集是通过手持设备，如果让运动员在训练手持，那么对运动员来讲将形成很大的负担。对此，在对数据的采集中则利用穿戴式的设备实现。而根据当前的技术条件，完成可以实现。另外针对数据采集的交互显示问题，利用手机Andriod的屏幕进行交互。而智能手机和数据采集之间的交互须要通过某种通信机制来实现，由此必须从硬件和软件两方面入手，才能实现系统的功能与需求。

2　系统整体架构设计

综合上述对系统需求的梳理，文中将本系统的整体架构设计为如图1所示。

图1　系统整体架构

通过需求的分析，文中将该系统的整体架构分为可穿戴部分、接口程序、Andriod应用部分。其中可穿戴部分主要实现对基础数据的采集；接口程序实现可穿戴和应用程序的连接。

3　系统设计

3.1数据采集模块设计

数据的采集主要依靠可穿戴式的设备。而作为运动员来讲，如果穿戴大型的设备非常的不方便。因此，必须选择在运动员运动的时候不影响其正常的运动，如智能手环等。本文则根据运动员在日常的基础训练中喜欢戴耳机的习惯，提出通过将智能化的数据采集设备嵌入到耳机中，从而实现对运动数据进行采集。

在本系统中的可穿戴式的设备则采用MMA4755模块，该模块具有感应三轴加速度的功能。在运动员日常基础的体能训练当中，其加速度变化不大，但是对加速度的精度要求却非常的高。其具体的对应关系则如公式（1）：

其中的x表示为通过补码规则进行转换后所得到的整形数值。

3.2功能设计

结合运动员实际和系统的需求分析，笔者认为与传统的运动监测软件不同，该系统的主要方向是对运动员的体能运动等进行监控。因此，对系统的功能设计方面也与一般的运动监测软件也存在区别。因此，文中将该系统的整体功能设计为如图2所示。

图2　系统整体功能设计

通过图2可以看出，从整体的架构来看，将系统等功能分为表现层、逻辑层和硬件层。其中逻辑层包括运动员的个人数据、呼吸监测和运动监测模块。在该架构的底层中为Andriod系统，主要是要应用到其中的音频系统。其具体的数据流程则为通过利用Andriod中的音频系统对运动员的呼吸和运动数据进行采集，并通过其中的接口实现。

3.3通信设计

当前对智能手机来讲，其主流的通信方式包括蓝牙、热点、USB接口等。其中不同的通信方式有着不同的优点和缺点。如对当前应用比较广泛的WIFI来说，该技术是以IEEE作为基础，定义的一个基于802.11协议的无线通信技术，同时随着WIFI技术的不断改进，通过两个不同的智能手机即可实现通信。但无论是蓝牙，还是WIFI技术，其消耗的功率都比较大。

除无线的传输方式以外，还包括有线的传输。而对于智能手机来讲，其主要包括USB和3.5mm的音频传输。对这两种传输来讲，都具有能耗低和传输快的特点。但是如果采用USB传输则还需要让运动员配备专用的USB数据线。对此，本文提出采用耳机线进行传输的方式。因为在耳机的通信信道之中，包含数据信号和耳机本身的音频信号，如果同时传输则可能让手机无法接收和区分。但是，耳机除拥有传统的耳机音乐数据线的同时，还包括麦克风线路。因此，对其中数据的传输可以通过麦克风信道进行传输。

同时，耳机和Andriod手机之间的通信采用2FSK调制，在Andriod端通过其中的接口程序AudioRecod类对音频数据进行获取，再通过2FSK进行解调，最后通过补码的方式完成对原始数据的还原。

4　系统实现

4.1呼吸监测模块实现

呼吸监测作为对运动员基础数据的一种监测，其生命体征的基本情况可指导运动员的锻炼的状态。对该系统来讲，对呼吸进行监测就是将耳机采集到的音频信号通过计算直接转换为运动员的呼吸频率。其整体是算法则为：

图3　呼吸模块算法

由于对音频的采集不能直接的度量运动员的呼吸，必须通过音频→呼吸次数的转化计算。要实现将音频转换为呼吸的次数，文中则通过离散型的傅里叶变换来实现，因为对数字系统来讲其只能处理离散型信号。具体思路则是首先将信号在时域中进行傅立叶变换[7]的到期连续的频域，在得到频域的形式之后，在通过频域采样对其进行离散化，最后将其转换为具有有限长的一个离散序列，其具体的公式为:

其中N表示X[N]时域的长度。

4.2运动监测模块实现

对运动模块的实现中，主要通过三轴加速度对速度的计算。通过将运动员的运动看成为一个三维的空间坐标轴，通过计算不同维度的加速度的方式，以此转换为对运动跑步步数的计算。其具体的算法和实现过程如图4。

图4　运动监测模块算法

图5　系统实现界面

4.3实现界面

通过上述的算法设计，得到如图5所示的结果。

5　结　论

通过利用Andriod中的音频系统和穿戴设备实现了对运动员基础体能数据的采集和实现，由此实现了一款简单的体能采集系统，为运动员日常运动监测提供了参考。

[1]张海藩.软件工程导论[M].北京:清华大学出版社，2008.

[2]高焕堂，李立文.Android应用软件架构设计[M].北京：清华大学出版社，2013.

[3]郭宏志.应用开发详解[M].北京：电子工业出版社，2011.

[4]徐虎，彭正涛，赵俊逸.基于WiFi的Android移动设备语音通信系统的设计开发[J].计算机应用与软件，2012（11）:225-228，238.

[5]王安义，刘丽君.TD-SCDMA与WIFI技术用于煤矿通信系统的对比分析[J].煤炭工程，2011（11）:131-133.

[6]王向东，袁缵武，李国涛.快速傅立叶变换在穿孔毛管螺旋形壁厚不均分析中的应用[J].现代冶金，2010（5）:11-12.

[7]司祯祯.傅立叶变换与小波变换在信号去噪中的应用[J].电子设计工程，2011（4）:155-157.

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稿件编号：201511016

咸阳师范学院教学改革研究项目（20081002）；咸阳师范学院科研基金项目（13XSYK063）

刘 博（1976—），男，陕西泾阳人，硕士。研究方向：体育教学与训练。