本发明公开了一种基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析系统，赛艇包含若干滑动座椅和若干脚蹬板，包含：若干测量模块、CAN总线和网关。其中，测量模块用于测量滑动座椅的位移量和脚蹬板处的压力值；CAN总线和若干测量模块通讯相连，测量模块将位移量和压力值传输至CAN总线；网关和CAN总线通讯相连，CAN总线将位移量和压力值传输至网关，并由网关传输至终端。本发明还公开了一种基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析方法，并将该方法运用到前一实施例的系统中。本发明具有便携性好，便于部署，拓展性强的优点。

　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116531741 A (43)申请公布日 2023.08.04 (21)申请号 7.3 (22)申请日 2023.06.26 (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨浦区邯郸路220号 (72)发明人 陈汉夫何慧玉管梓彤朱谦 任久春 (74)专利代理机构 上海洞见未来专利代理有限 公司 31467 专利代理师 苗绘 (51)Int.Cl. A63B 71/06 (2006.01) A63B 69/06 (2006.01) H04L 12/40 (2006.01) H04L 12/66 (2006.01) H04J 3/06 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (54)发明名称 基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析 系统、方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于CAN总线协议的赛艇 运动参数监测分析系统，赛艇包含若干滑动座椅 和若干脚蹬板，包含：若干测量模块、CAN总线和 网关。其中，测量模块用于测量滑动座椅的位移 量和脚蹬板处的压力值 ；CAN总线和若干测量模 块通讯相连，测量模块将位移量和压力值传输至 CAN总线；网关和CAN总线通讯相连，CAN总线将位 移量和压力值传输至网关 ，并由网关传输至终 端。本发明还公开了一种基于CAN总线协议的赛 艇运动参数监测分析方法，并将该方法运用到前 一实施例的系统中。本发明具有便携性好，便于 A 部署，拓展性强的优点。 1 4 7 1 3 5 6 1 1 N C CN 116531741 A 权利要求书 1/1 页 1.一种基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析系统，赛艇包含若干滑动座椅和若 干脚蹬板，其特征在于，包含： 若干测量模块，所述测量模块用于测量所述滑动座椅的位移量和所述脚蹬板处的压力 值； CAN总线，所述CAN总线和所述若干测量模块通讯相连，所述测量模块将所述位移量和 所述压力值传输至所述CAN总线； 网关，所述网关和所述CAN总线通讯相连，所述CAN总线将所述位移量和所述压力值传 输至所述网关，并由所述网关传输至终端。 2.如权利要求1所述的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析系统，其特征在于， 所述测量模块包含：测距传感器、压力传感器、A/D转换模块、计算存储模块和CAN收发器； 所述测距传感器设置在所述滑动座椅后方，用于测量所述滑动座椅的位移量； 所述压力传感器设置在所述脚蹬踏板处，用于测量所述脚蹬板处的压力值； 所述A/D转换模块分别与所述测距传感器和所述压力传感器电性相连，对所述位移量 和所述压力值进行A/D转换； 所述计算存储模块对A/D转换后的所述位移量和所述压力值读取并进行滤波处理，然 后做上时间标记； 所述CAN收发器与所述计算存储模块通讯相连，可将标记后的所述位移量和所述压力 值传输至CAN总线所述的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析系统，其特征在于， 所述压力传感器为悬臂梁结构应变片式金属传感器。 4.如权利要求2所述的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析系统，其特征在于， 所述测距传感器为激光传感器。 5.一种基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析方法，其特征在于，包含以下步骤： 部署传感器，将测距传感器和压力传感器部署在待测量位置，并测量出相关数据； 设计测量节点，将所述数据进行A/D转换读取后进行滤波处理并做上时间标记； 将所述节点与所述CAN总线通讯相连，将所述数据传输至CAN总线； 设计网关，所述CAN总线将所述数据传输至所述网关； 所述网关将所述数据传输至终端。 6.如权利要求5所述的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析方法，其特征在于， 各所述节点利用自身时钟，根据编号进行不同时延后发送数据，避免通讯过程中触发CAN总 线所述的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析方法，其特征在 于，由所述网关定时同步各所述节点时钟，各所述节点根据各自同步的时钟实现同步读取 所述传感器数据。 8.如权利要求7所述的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析方法，其特征在于， 所述网关协调各所述节点传输的帧数并对所述数据进行检查，若在时间序列上存在某帧数 据缺失或数据异常，则用前后帧的所述数据的平均值代替。 2 2 CN 116531741 A 说明书 1/4 页 基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析系统、方法 技术领域 [0001] 本发明涉及多人赛艇运动的多参数监测和分析技术领域，特别涉及一种基于CAN 总线协议的赛艇运动参数监测分析系统、方法。 背景技术 [0002] 在多数竞技类体育运动中，训练或比赛的实时数据对于运动员技术的改进具有重 要指导意义，赛艇运动亦是如此。近年来，科技赋能体育已成趋势，但赛艇运动领域仍存在 一定空白，且大部分产品仍未成熟，也没有得到大规模推广。下面将简述国内外已有的相关 产品的优劣。 [0003] 传统的赛艇运动研究主要侧重于桨以及艇整体的参数。早期国外曾有研究人员提 出过一种UWB（Ultra Wideband ，超宽带）室内定位系统，用于跟踪划船机手柄在不同频率下 的周期性运动，可以在室内有效的跟踪划桨运动；近年国内有研究人员根据流体力学原理 研制出了赛艇实船技术测试系统，能够实时采集划船时桨的力量、角度、速度、加速度等重 要信息，帮助运动员发挥出桨叶的最大效率；也有专家关注艇本身，研发出了完整的赛艇检 测服务系统，该系统可以很好监测赛艇的方向，轨迹等信息。近期有研究人员将边缘智能运 动于赛艇训练，通过计算机视觉，姿态识别等技术全面观察运动员的训练周期，注重运动员 的呼吸频率等生理指标。 [0004] 目前国内的研究大多注重于赛艇整体的参数或划桨技巧，单个运动员划桨参数的 测量，运动员的姿势等等，也有的研究注重了运动员的生理状态参数，却忽视了运动员的脚 踏板和滑动座椅所组成的赛艇内子系统的参数如座椅滑动速度，各运动员间滑动的同步 性，脚蹬力随滑动的大小变化等。且许多研究最终设计的系统只适用于旱地训练，受便携性 等影响无法运用在水上实战中。 [0005] 另一方面，赛艇内部结构狭长且分布多个工位，传统的测量系统往往采用DCS集中 控制采集系统，部署单一的终端，由各个采样节点与终端之间采用分散式的连接结构。但这 种结构布线繁杂，且拓展性不强，增加或减少工位时对系统整体的更改成本高，应用于赛艇 细长条状分布着多个工位的场景时缺点明显。 [0006] 同时，赛艇运动是多人运动，不同位置的运动员的协调性对比赛结果的影响至关 重要，这就需要赛艇测量系统兼具高度的采样同步性和实时性。传统的多节点监测系统往 往选择统一的外部触发方式以实现各节点的同步采样，但对于分布式数据采集系统，这种 采样方法往往难以避免同步信号遗漏或误触发引起的差错。 发明内容 [0007] 针对上述传统产品的不足，本发明提供了一种基于CAN总线协议的赛艇运动参数 监测分析系统，赛艇包含若干滑动座椅和若干脚蹬板，包含：若干测量模块、CAN总线和网 关。其中，测量模块用于测量滑动座椅的位移量和脚蹬板处的压力值；CAN总线和若干测量 模块通讯相连，测量模块将位移量和压力值传输至CAN总线 页 总线将位移量和压力值传输至网关，并由网关传输至终端。 [0008] 进一步，测量模块包含：测距传感器、压力传感器、A/D转换模块、计算存储模块和 CAN收发器；测距传感器设置在滑动座椅后方，用于测量滑动座椅的位移量；压力传感器设 置在脚蹬踏板处，用于测量脚蹬板处的压力值；A/D转换模块分别与测距传感器和压力传感 器电性相连，对位移量和压力值进行A/D转换；计算存储模块对A/D转换后的位移量和压力 值读取并进行滤波处理，然后做上时间标记；CAN收发器与计算存储模块通讯相连，将标记 后的位移量和压力值传输至CAN总线] 进一步，压力传感器为悬臂梁结构应变片式金属传感器。 [0010] 进一步，测距传感器为激光传感器。 [0011] 进一步，在滑动座椅后侧设置有反光片。 [0012] 进一步，激光传感器为TOF型激光传感器。 [0013] 进一步，选择计算机存储单元为计算存储模块。 [0014] 根据本发明又一实施例，提供了一种基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测分析 方法，包含以下步骤： 部署传感器，将测距传感器和压力传感器部署在待测量位置，并测量出相关数据； 设计测量节点，将数据进行A/D转换读取后进行滤波处理并做上时间标记； 将节点与CAN总线通讯连接，将数据传输至CAN总线； 设计网关，CAN总线将数据传输至网关； 网关将数据传输至终端。 [0015] 进一步，各节点利用自身时钟，根据编号进行不同时延后发送数据，避免通讯过程 中触发CAN总线] 进一步，由网关定时同步各节点时钟，各节点根据各自同步的时钟实现同步读取 传感器数据。 [0017] 进一步，网关协调各节点传输的帧数并对数据进行检查，若在时间序列上存在某 帧数据缺失或数据异常，则用前后帧的数据的平均值代替。 [0018] 本发明的有益效果： 结合赛艇内部结构和使用场景的实际情况，构建了一套采用总线分布式结构，基 于CAN总线协议的新型多人赛艇运动多参数监测和分析系统，实现了由滑动座椅和脚踏板 组成的艇内动力子系统内部参数的多工位同步测量，弥补了该领域的空白；本套系统硬件 成本低适于推广，同步性与实时性兼备，基于总线结构的布线方式也更适合赛艇的狭长结 构，便携，拓展性强；对于服务赛艇运动员以及赛艇运动爱好者具有重要指导意义，同时也 对推动科技赋能体育、科技助力建设体育强国具有重要实践意义。 [0019] 要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在 于提供要求保护的技术的进一步说明。 附图说明 [0020] 图1为根据本发明实施例的流程图。 4 4 CN 116531741 A 说明书 3/4 页 具体实施方式 [0021] 以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。 [0022] 首先，将结合图1描述根据本发明实施例的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测 分析系统、方法，用于多人赛艇运动的多参数监测和分析技术领域，其应用场景很广。 [0023] 下面以计算存储单元为STM32，A/D转换模块为HX711 ，节点和网关采用时钟为RTC 时钟，终端上位机为安卓APP为例具体说明其实施方法。 [0024] 步骤S1、设计并部署传感器： 系统的信息采集部分由压力传感器和测距传感器组成；压力传感器选用悬臂梁结 构应变片式金属传感器，测距部分则采用TOF型激光传感器；压力传感器固定在赛艇鞋底部 的金属踏板上，左右鞋处各一只以构成全桥电路；激光测距传感器固定在滑座后方，以黑壳 封装避免光照直射，同时在滑座后侧粘贴一张铝箔反光片增加其精度；压力传感器用于采 集脚蹬力的大小，激光传感器用于测量滑动座椅相对位移。 [0025] 步骤S2、设计测量节点： 测量节点是由传感器，A/D转换模块，MCU，CAN收发器等组成的集成电路板；每个测 量节点将传感器采集到的数据经A/D转换读取后进行滤波处理并做上时间标记，通过CAN收 发器将其发送出去以便后续网关接收。 [0026] 步骤S2具体包含如下步骤： 步骤S21、压力传感器信号和测距传感器信号经HX711模块A/D转换处理后，由 STM32读取； 步骤S22、STM32读取数据后引用RTC时间戳做好时间标记，具体为时、分、毫秒，并 对数据做滤波处理。 [0027] 步骤S23、STM32根据自身节点编号进行短暂时延后，将数据通过CAN收发器发送至 CAN总线、搭建网关： 网关设置在艇内，网关是由STM32、CAN接收器和蓝牙传输模块等组成的集成电路 板；网关负责接收节点传来的数据并做检查和打包，同时定期同步各节点时钟。节点的供电 也由网关处的锂电池提供。 [0029] 步骤S3具体包含如下步骤： 步骤S31、在系统启动时，网关先向各个节点发送时钟信号，之后每隔一段时间发 送一次，节点处传来的信号由网关接收并暂时存储。 [0030] 步骤S32、每隔一段时间，网关检查所有节点的数据帧，若在时间序列上存在数据 缺失，以前后帧平均值弥补，检查无误后统一打包通过蓝牙模块发送至终端。 [0031] 步骤S4、开发终端： 终端接收到网关传来的数据后，对其进行实时曲线显示，并做数据存储以及相应 的数据处理。 [0032] 步骤S4具体包含如下步骤： 步骤S41、采用Android Studio软件开发安卓APP，开放蓝牙接口； 步骤S42、接收网关传输的数据并显示数据曲线，并对数据进行处理，通过比较同 一时刻各节点参数数值大小以及曲线峰值和变化趋势等看出不同节点位置的运动员发力 5 5 CN 116531741 A 说明书 4/4 页 协调是否一致，同时通过比较单个运动员此次运动周期与历史运动周期曲线数值大小等测 量出单个运动员体能消耗情况，最后将数据存储。 [0033] 工作原理：首先将系统部署在赛艇上，每个运动员位置部署一个节点，将压力传感 器部署于赛艇脚蹬板处，激光传感器部署于滑动座椅后方。部署工作完成后启动该系统，由 网关统一向各节点供电。系统启动时，网关向各个节点同步时钟信息，各个节点统一时钟后 同步开始读取传感器数据，读取到传感器数据的瞬间做好时间标记并作滤波等数据处理， 随后不同节点根据事先规定好的时延有序通过CAN总线向网关发送信息，避免不同节点竞 争，发送结束后各节点重新开始同步读取数据，往后重复此过程。网关接收到各个节点的数 据帧后暂时存储并检查是否有异常，若某个节点传来的数据帧中在时间序列上存在缺失或 数据异常等状况，则根据上下帧数据取平均值替代之，以协调各节点数据帧数一致。网关检 查数据后统一打包发送至终端上位机。终端上位机接收到数据后完成曲线显示，数据存储 功能。 [0034] 以上，参照图1描述了根据本发明实施例的基于CAN总线协议的赛艇运动参数监测 分析系统、方法，结合赛艇内部结构和使用场景的实际情况，构建了一套采用总线分布式结 构，基于CAN总线协议的新型多人赛艇运动多参数监测和分析系统，实现了由滑动座椅和脚 踏板组成的艇内动力子系统内部参数的多工位同步测量，弥补了该领域的空白；本套系统 硬件成本低适于推广，同步性与实时性兼备，基于总线结构的布线方式也更适合赛艇的狭 长结构，便携，拓展性强；对于服务赛艇运动员以及赛艇运动爱好者具有重要指导意义，同 时也对推动科技赋能体育、科技助力建设体育强国具有重要实践意义。 [0035] 需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括 所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0036] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 6 6 CN 116531741 A 说明书附图 1/1 页 图 1 7 7

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