2019年第12期247
研究与探讨
信息技术与信息化
傅乐溪* FU Le-xi
摘 要 本文提出一种设计构想，以智能硬件设备为基础，设计开发一种篮球运动姿态智能传感模块。将该传感
模块嵌入篮球内部，建立起篮球与网络之间的联系，可以记录、对比、分析篮球运动数据，实现篮球运动的数字化、可视化。设计的主要思路是在篮球内置9轴传感器和基于蓝牙的传输管理芯片，将篮球的运动姿态进行实时监测，并通过蓝牙模块传输到手机端，配套开发一套数字化篮球训练App ，就可在手机端记录并显示篮球的运动数据。 关键词 篮球运动姿态；传感模块； 蓝牙模块 ；App
doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2019.12.079
* 山东省实验中学 山东济南 250001
伊犁师范学院学报
1 设计背景1.1 设计背景
随着科技和信息化的迅速发展，市面上针对跑步类运动项目，应势而生了各式各样、各种品牌及功能的运动手环。却很少有智能产品能够提供给篮球运动爱好者，实现篮球运动的数字化，能提供可视化数据，供篮球爱好者在日常训练中到乐趣，使日常篮球训练不再枯燥，并能记录、对比、分析一些篮球运动数据。 1.2 需求分析
甲基四氢苯酐1、智能篮球可以提高篮球训练乐趣。都说台上一分钟，台下十年功，为了打好球，训练者场下都需要做更多更苦的训练，但训练是件单调又枯燥的事情，而智能篮球能通过一些巧妙设计，使篮球的训练过程变得非常有乐趣。rs690
2、智能篮球可以提升个人运动技巧。智能篮球可以将运动数据以数字化呈现，并可以进行对比、分析，有助于个人总结分析，有效提升训练者个人篮球技巧，激发同学们训练兴趣和动力。
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3、智能篮球具备很多科技元素。我身边的大部分同学热爱运动，接受新鲜事物快，不仅喜欢篮球运动，还喜欢一切科技的、潮流的东西。如果有一款篮球，既能有篮球的运动功能，又有互联网、数字化属性，兼具科技、趣味、社交、互动等现代元素，那么它的需求市场必然十分巨大。
我通过问卷星作过一个问卷调查，调查结果显示，77%的人喜欢运动，89%的人日常生活中使用过计步软件、运动手环能智能运动装备，81%的人认为智能运动装备会提升使用者的运动体验，如果有一个能记录分析运动数据的智能化
篮球，72%的人非常期待并乐意去使用它。我希望构造一个方案，给篮球插上智慧的翅膀。2 设计构想2.1 设计思路
我一直很好奇手机或智能手环是如何监测到人行走的步数的？利用这个原理，是不是也可以在篮球上进行改造，可以得到篮球的运行情况呢？
查阅了相关资料得知，原来手机或手环的记步系统，一般是用一个非常小的芯片，叫三轴加速度传感器，通过这个传感器可以测量手机或者是手环在三个不同的方向上的加速度，通过这个加速度的值进行一些算法的运算，然后统计就大概可以测出来走路的步数。2013北京中考物理
延着三轴传感器这个角度，我又了解到了六轴传感器以及九轴传感器，所谓九轴传感器，其实是三种传感器的组合：三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘（地磁传感器）。三个部分作用不同，相互配合，是我们手机、平板电脑、游戏机等电子产品中常用的运动感测追踪元件，应用于各类软件、游戏中的交互控制。
九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。传感器需配合算法程序，集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，从而实现高精度的运动检测。
篮球数据如果想传到手机上必须有通信方式。当前智能手机和蓝牙的应用已为大众普及，且蓝牙属于无线通信，成本、功耗较低，所以篮球和手机端的通信方式，首选蓝牙通信。为稳妥考虑，如果蓝牙传输失败，还可以在篮球内内置小的
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存储模块，暂时存储未传输的数据，待蓝牙连接成功再行传输。
关于篮球充电，可采用无线充电方式，以保证球体平衡和密封。还要考虑篮球重量、撞击、弹性、平衡性等多项性能要求。实际操作中，可将模块组件嵌入篮球内胆，通过内胆材质及生产工艺、电子组件体积和重量最小化等，来解决篮球内胆组件加装以及球感、弹跳、平衡等多项指标问题。
综上，总体设计思路是：将九轴传感器内置到篮球内，通过该传感器的信息采集，可以得到篮球的加速度、倾斜、冲击、角速度、旋转角度等基础运行信息；结合算法程序，就可以分析出篮球的各种运行姿态；再配套开发一套个化性、数字化的篮球训练App，就可以实现运动数据的可视化以及良好的人机互动，使枯燥的篮球训练变得趣味十足。
手机APP 端，考虑以下几个基础功能模块：（1）球感练习：记录单位时间内持球环腰次数，通过训练提升个人球感；（2）运球练习：记录单位时间内不间断运球次数，进行基础运球训练，并对比长期训练数据；（3） 投篮练习：进行个人投篮训练，记录投篮曲线等数据并进行比对；（4）节奏练习：内置节奏性音乐曲目，按照音乐节奏运球训练，趣味提升球感和运球技巧。
2.2 总体设计方案图
图2.1 方案设计框图植物凝集素
各部分功能解释如下：
（1）9轴传感器负责检测篮球的运动状态；
（2）支持蓝牙协议的单片系统选用nrf52832，内部集成了arm 处理器，BLE 和数据储存；单片系统负责将9轴传感器传输过来的原始运动信息处理为特定的运动状态指示，并将结果传输给BLE 模块。同时单片系统还负责无线充电的管理和系统其它的管理工作;
（3）天线系统负责將处理过的运动状态信息，实时的传输到手机App;
（4）晶振负责提供整个单片芯片晶振信号；（5）线圈负责无线充电的能量耦合传输；（6）电池管理芯片负责对电池的充电管理；
（7）电池负责整个系统的供电；
（8）手机端App 负责数据的接受并图形数字化显示，
和其他的丰富功能交互工作。
图2.2 硬件模块设计图
3 方案延伸
若延伸推广该应用，还可以辅以训练者身体运动监测传感器，用大数据分析技术，将该系统的应用场景扩大，用于辅助教学。如：
1、篮球队训练辅助：辅助教练合理规划训练内容，包括力量、体能、控球、运球、传球、投篮等指标数据。
2、建立球员信息库：球员的身高、体重、年龄、平均心率，球员累计比赛次数、球员跑动距离、运动负荷变化等指标。
3、大数据分析：球员成长记录，身体素质分析等。参考文献
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[3]史海鹏.篮球投篮的轨迹及其运动原理研究[J].中学物理教学参考,2017,46(24):85-86.
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[5]张伟.论篮球运动智能训练的必要性和发展路径[J].长春教育学院学报,2011,27(03):61-62.
（收稿日期：2019-12-06）
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