一種跑步計量設備及其軟件系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及跑步訓練計時應用領域，具體而言，涉及一種跑步計量設備及其軟件系統。用于多人跑步計時和分段成績計量。跑步計量設備由外殼、閱讀器、移動通信模塊、移動電源、電子標簽構成。軟件系統由閱讀器控制系統、監測點配置系統、用戶注冊系統、業務處理系統和數據庫管理系統構成。當運動員佩戴電子標簽經過跑步計量設備時，軟件系統即可通過跑步計量設備接收到閱讀器ID、電子標簽ID、時間戳等數據并對數據進行業務處理，從而實現多人跑步計時、分段成績計量等功能。
【專利說明】一種跑步計量設備及其軟件系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及跑步訓練計時應用領域，具體而言，涉及一種跑步計量設備及其軟件系統。

【背景技術】
[0002]對于非專業級跑步訓練計時領域，以往通常使用秒表計時等人工方式來獲取運動員跑步成績，人工操作存在易錯性和結果不易彌補的風險。而對于運動員跑步里程實時查看和分段式統計數據則通常由運動員攜帶智能設備，通過智能設備上的應用軟件進行統計，如Nike出品的基于智能手機上的Nike+應用軟件，或通過專業監測設備進行測量和統計。佩戴智能設備方式需要運動員在跑步時攜帶該智能設備，為跑步活動增加不便。且僅能統計運動員自身數據，無法同時獲得多名運動員的運動數據，難以進行綜合統計和分析。如需對多名運動員成績進行數據分析，則需要事后進行大量數據匯總等人工操作，增加成本之余也會引入過多的出錯風險。使用專業監測設備可以獲得較為理想的統計數據，但成本高昂，對于非專業級別應用場景并不適用。
[0003]射頻識別(RFID)是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需在識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。
[0004]RFID技術通常由三部分組成，應答器、閱讀器和軟件系統。應答器由天線、射頻元件和芯片組成，一般來說都是用標簽作為應答器容器，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上用來標識目標對象。閱讀器也稱讀寫器，由天線、射頻元件和芯片組成，是一種讀取或寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。軟件系統是應用層軟件，主要是把閱讀器收集的數據做進一步處理，并為人們所用。
[0005]應用于非專業級跑步訓練計時領域，RFID識別設備和應答器體積應該較小，識別設備的設計直接關系到其適用性，較小的體積便于移動，由此可以適用于更多的跑步場地。應答器是運動員所佩戴，因此小巧的設計不會影響到運動員跑步體驗，且為滿足多人情況，應答器應具備防沖撞性強、成本低、壽命長等特性。
[0006]專利號2014103737024，“電子標簽”，包括:標簽天線、電子芯片和金屬屏蔽層；所述標簽天線與所述電子芯片電氣連接；所述金屬屏蔽層置于所述標簽天線的內側。此發明所述的電子標簽為無源電子標簽，其天線為表面帶有微帶天線的陶瓷天線，且在天線內側設置有金屬屏蔽層，以達到防止人體對天線性能的影響，使得所述電子標簽具有可接觸皮膚、小型化、成本低、壽命長等特性。


【發明內容】

[0007]為改善上述現有技術的缺點，本發明的一目的在于提供一種跑步計量設備，可實現可移動的、無需人工計時操作、自動獲取多人跑步數據等功能。
[0008]為改善上述現有技術的缺點，本發明的又一目的在于提供一種跑步計量軟件系統，可實現遠程操作設備、無需人工計時、自動獲取多人跑步數據并能對其進行統計和分析等功能。
[0009]為達到本發明上述目的，請參考圖1，所述的跑步計量設備由外殼1、閱讀器2、移動通信模塊6、移動電源7和電子標簽五部分組成，外殼可采用適合的材質設計制作。閱讀器由天線3、控制電路4和RS232串行接口 5組成，其中天線采用圓極化設計，使之可向外發出電磁波，形成有效范圍約為1.5米寬、有效長度約為5米的扇形電磁場。控制電路可通過程序在標稱范圍內調節其工作頻率和功率，從而可以根據不同跑步運動場景需求調節閱讀器檢測頻率和電磁場覆蓋區域。RS232串行接口將控制電路與移動通信模塊相連，移動通信模塊可根據實際跑步場地是否有無線WIFI覆蓋而選擇RS232串行接口轉WIFI模式或RS232串行接口轉移動通信模式。移動電源與閱讀器、移動通信模塊電氣相連，為其供電。
[0010]電子標簽采用所述專利號為2014103737024的無源電子標簽，電子標簽的天線采用帶有微帶天線的陶瓷天線，并在天線內側設置有金屬屏蔽層，可以防止人體對天線性能的影響，使得電子標簽具有可接觸皮膚、小型化、低成本、壽命長等特性。
[0011]當運動員佩戴電子標簽進入閱讀器天線發出的電磁波場時，電子標簽內部形成感應電流并將電子標簽ID載波發出電磁波，天線收到后傳至閱讀器，閱讀器將閱讀器ID、電子標簽ID、時間戳等信息通過移動通信模塊無線傳送至計算機。閱讀器中的天線發出電磁波的工作周期約為25ms，按照世界百米記錄，通過1.5米需耗費時間極限值為144ms，因此當運動員佩戴電子標簽以百米速度通過天線的電磁場時，至少可被檢測5?6次，如運動員以普通速度通過，則檢測次數可達到10?20次。由于閱讀器天線發出電磁波的工作周期為毫秒級數值，因此在計時準確度上可以達到十分之一秒。由于在跑道路徑上可以設置多個監測點，因此也可以獲得運動員的分段跑步數據，從而實現運動員成績記錄統計、分段數據統計、多人數據對比分析等功能。綜上所述，基于RFID技術用于跑步數據采集和計量是可行的。
[0012]為達到本發明上述又一目的，所述的軟件系統由閱讀器控制系統、監測點配置系統、用戶注冊系統、業務處理系統和數據庫管理系統組成。閱讀器控制系統通過計算機Socket端口與閱讀器進行通信，管理閱讀器ID、工作頻率和功率。監測點配置系統用于管理跑步計量設備與監測點之間的映射關系、管理監測點以及監測點之間的距離數據。用戶注冊系統用于管理電子標簽與運動員身份之間的映射關系，系統得到電子標簽ID即可查詢得到運動員身份。業務處理系統用于計算機與跑步計量設備之間進行數據通信，發送工作命令以及接收返回數據，并按照特定算法進行數據清洗。數據庫管理系統負責存儲和管理軟件系統中所有數據。
[0013]軟件系統中的業務處理系統設計有定時保障系統，以保證軟件系統與跑步計量設備之間數據鏈的連續性，避免因為偶然出現的網絡問題或接口干擾問題而導致數據鏈出錯，定時保障系統會定時檢查計算機與跑步計量設備之間的工作命令和接收數據是否正常，如遇到不正常情況，則由計算機再次發出工作命令，如依然不能得到正常的數據傳輸，則重啟計算機與跑步計量設備的Socket連接，恢復數據傳輸進程，以保證數據鏈的連續性。
[0014]如圖2所示，本發明所述跑步計量設備中的天線與電子標簽之間是無線數據傳輸模式，計算機通過無線網關與跑步計量設備的移動通信模塊進行通訊，發送工作命令以及接受返回數據。在WIFI無線網絡覆蓋范圍內可采用串行端口轉WIFI模塊，沒有WIFI無線覆蓋情況下可采用串行端口轉移動通信模塊，因此所述設備具有較為廣泛的可移動特性，可滿足在正規跑道和戶外不規則跑道跑步計量數據所需。
[0015]如圖3所示，在跑步活動開始之前，需在閱讀器控制系統中設定閱讀器ID、閱讀器工作頻率和功率S10，在監控點配置系統中添加跑道路徑上的監控點并將監控點與閱讀器ID綁定S20，在用戶注冊系統中將運動員身份與電子標簽ID綁定S30。開始跑步活動后，當運動員佩戴電子標簽經過監測點時S40，業務處理系統讀取跑步計量設備傳給計算機的數據S50，每條數據包括閱讀器ID、電子標簽ID、時間戳。將數據用特定算法進行清洗后S60存入數據庫S70，并對清洗后的數據進行業務邏輯處理S80。
[0016]由于電子標簽從進入閱讀器天線發出的電磁波場到離開期間，會先后被檢測到多次，即同一個監測點會有多條時間戳不同的數據傳送到計算機，而實際需要計量運動員通過此監測點的時間戳數據應只有一個，因此軟件系統中的業務處理系統會對同一監測點一個或多個跑步計量設備傳回的多條數據進行清洗，利用動態中值濾波算法，對以時間為序列的數據進行篩選和計算，從而計算出運動員經過此監測點最確切的時間。業務處理系統根據所有監測點的最終的數據即可根據需要計算運動員的跑步成績、特定距離內的分段統計以及對多人數據進行對比統計分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1跑步計量設備內部元件示意圖。
[0018]圖2跑步計量設備及其軟件系統工作示意圖。
[0019]圖3跑步計量軟件系統流程圖。
[0020]圖4跑步計量設備實施示意圖。

【具體實施方式】
[0021]如圖4所示，使用者在跑道路徑起點和終點各設置一個監測點，并沿跑道路徑每隔特定距離設置一個監測點，在每個監測點處跑道路徑兩側放置所述的跑步計量設備，并保持閱讀器的天線水平朝向跑道。
[0022]在軟件系統中，通過閱讀器控制程序設定所有設備中閱讀器的ID以及工作頻率和功率。
[0023]在監測點配置系統中添加跑道路徑所有監測點并設定監測點之間的距離，并將跑步計量設備的閱讀器ID與監測點進行映射綁定，以保證同一監測點的兩個跑步計量設備返回數據映射為同一個監測點的數據。
[0024]在用戶注冊系統中，將運動員身份映射為電子標簽ID。
[0025]設備正常工作時，當運動員佩戴電子標簽經過所述跑步計量設備，閱讀器將閱讀器ID、電子標簽ID、時間戳通過移動通信模塊發送至計算機，計算機中的軟件系統對數據進行清洗和計算，并將其存入數據庫。依據數據即可根據業務需要計算出運動員的跑步成績、分段距離速度等指標數據。
[0026]本發明所述的跑步計量設備及其軟件系統不僅適用于正規跑道，也適用于戶外跑步路徑不規則情況，且運動員無需攜帶其他設備，僅需佩戴一個輕巧便攜的電子標簽即可，不會對運動員跑步動作造成干擾。
[0027]本發明還可根據實際需求存在其他實施例，在不違背發明精神及其實質的情況下，數據本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種跑步計量設備，其特征在于，由外殼、閱讀器(含有天線、控制電路、RS232串行接口)、移動通信模塊、移動電源和電子標簽組成；所述閱讀器通過RS232串行接口與移動通信模塊相連，移動電源為閱讀器和移動通信模塊供電；所述電子標簽采用無源方案。
2.根據權利要求1所述的跑步計量設備，其特征在于，所述閱讀器中的天線采用圓極化設計，能夠在特定方向形成扇形電磁波場。
3.根據權利要求1所述的跑步計量設備，其特征在于，所述閱讀器中的控制電路可通過程序調節工作頻率和功率，使之可以適用于不同的跑步運動場景。
4.根據權利要求1所述的跑步計量設備，其特征在于，所述移動通信模塊與計算機之間是無線連接，移動通信模塊可選擇: A.串行口轉WIFI模塊，可在WIFI網絡覆蓋范圍內進行數據傳輸； B.串行口轉移動通信模塊，可在移動通信網絡覆蓋范圍內進行數據傳輸，如串行口轉3G模塊。
5.一種跑步計量設備軟件系統，其特征在于，系統包括: A.閱讀器控制系統，用于管理閱讀器ID、工作頻率和功率； B.監測點配置系統，用于管理跑步計量設備與監測點之間的映射關系、管理監測點以及監測點之間的距離； C.用戶注冊系統，用于管理運動員身份與電子標簽ID之間的映射關系； D.業務處理系統，用于計算機與跑步計量設備之間進行數據通信，并對數據進行處理； E.數據庫管理系統，用于存儲和管理所有數據。
6.根據權利要求5所述的跑步計量設備軟件系統，其特征在于，利用動態中值濾波算法對來自于同一監測點的跑步計量設備傳回計算機的運動員跑步數據進行清洗和計算。
7.根據權利要求5所述的跑步計量設備軟件系統，其特征在于，有定時保障程序，當遇到偶然出現的網絡問題或接口干擾問題而導致數據鏈出錯時，可迅速重啟系統中的數據傳輸進程，保證數據鏈的連續性。
【文檔編號】G06K17/00GK104200250SQ201410460203
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】謝崢 申請人:謝崢