基于人机交互式智能拳击训练与进阶系统

谢辰毅 周倍勉 唐佳旺 尹文刚

摘要

拳击训练对于提高士兵意志力及其机体的协调性、灵活性以及肌肉爆发力等方面起着重要作用。目前，士兵在进行拳击训练时多以双人对抗方式为主，对抗训练虽然有助于提高士兵的应变能力，但是无法为士兵竞技水平的提升提供更加直观的训练数据，并且当前的拳击训练方法缺乏一定的娱乐性。

本文利用STC89C52单片机、RSCM17100KP501气体压力传感器、LM1117-3.3V稳压芯片、TLC2543AD转换芯片、LCD12864带汉字库液晶屏和WT588D语音模块、NRF24L01无线模块等元器件设计并制作了一个智能拳击训练与进阶系统，文中对出拳力量、出拳速度、击打部位的监测电路、监测原理、以及软件的设计思路和设计过程进行了说明，并给出了详细的制作方案。根据该方案制成了相关系统实物，该系统具有出拳力量监测、出拳速度监测、击打部位监测、语音播报纠错和信息实时显示等多项功能。

本系统与其它同类系统相比，其优点就是功能多样、信息交互、操作简单、价格低廉，具有一定的娱乐性，可以有效地弥补传统拳击训练在出拳时间及出拳力量无法同时测量、成绩统计滞缓、训练枯燥等方面存在的问题，该系统应用可以更进一步提高拳击训练的效果与质量，增加士兵训练的积极性。

关键词：拳击训练与进阶系统；单片机；力量监测；速度监测；语音播报

系统设计构思

根据研究的内容可以看出，拳击训练与进阶系统设计的目的是让士兵可以在训练过程中准确及时地掌握自身的出拳力量、出拳时间与击打部位等相关的信息。设计时为了实现出拳力量检测的功能，系统需要设计一个出拳力量检测（气压信号转换）模块；为了接收受训者输入的指令，系统需要设计一个按键模块；为了实现击打部位监测的功能, 系统设计中需要设计一个击打部位检测模块；为了实现单片机之间信息的传输，系统需要设计一个无线模块。为了实现系统和受训者间信息交互的功能，系统需要设计显示模块、语音模块和提示模块；为了确保各个模块之间按照规定的逻辑顺序工作，并使系统满足出拳时间检测的需要，系统需要设计一个主控模块。按照上述设计思路构成系统的各个软硬件模块，就可构建出拳击训练与进阶系统的总体框架，其详细框图见拳击训练系统总体框图所示。

按键模块

控制端单片机

拳击端单片机

无线模块

出拳力量检测模块

击打部位检测模块

语音模块

显示模块

提示模块

电源模块

拳击训练系统总体框图

系统硬件电路设计

拳击端电路

系统软件设计

主程序实现两个功能，一是完成对单片机各个引脚的初始配置，给各个单元电路提供一个明确的初始状态。二是确定出系统的工作模式，并调试各个子程序。

主程序开始时，首先完成对硬件初始配置，具体的配置方法如下：

1、操作P1.0~P1.4引脚，完成对5个机械按键的初始配置。

2、操作P0口和P2.3~P2.5引脚完成对1602液晶屏的初始配置。

3、操作P3.2和P3.5~P3.7引脚，完成对WT588D语音模块的初始配置。

4、操作P1.6和P1.7引脚，完成对HX711模块的初始配置。

5、操作P0.4~P0.7引脚，完成对LED指示灯的初始配置。

硬件初始完成后，主程序顺序的执行如下操作：

6、执行按键程序，确定出系统工作状态、测试时间、气压监测下限值和系统的工作模式。

7、如果系统处于工作模式，执行下步的其它操作。工作在测速模式、顺序模式、随机模式和停止模式下，直接执行下一步操作。

①点亮LED灯输出提示信号。

②执行出拳重量监测程序，测量出传感器表面的气压值。

③执行计时程序，计算出训练者的反应时间。

④如果监测完成，执行语音程序，播放出拳重量和反应时间。

8、执行显示程序，显示出系统的实时运行信息。

9、程序终止退出主程序。否则返回到第9步操作中重复地执行以上操作。

参考文献

[1]宋兆铭.拳击出拳技术特征分析及核心区力量训练对出拳技术作用的研究[D].北京体育大学,2016.

[2]陈虎. 功能性训练对发展男子拳击运动员快速力量的实验研究[D].北京体育大学,2019.

[3]陈亚斌,曹丽娜,白鸿顺.搏击类运动员综合能力测试仪的设计与研制[J].西安体育学院学报,2002(03):29.

[4]苏彦炬.拳击下肢专项力量特征研究及训练辅助器械的研制[D].上海体育学院,2016.

[5]张建民,杨旭.利用单片机实现压力监测系统[J].微计算机信息,2017(05):106-108.

[6]赵毅,牟同升,沈小丽.单片机系统中数字滤波的算法[J].电测与仪表,2017(06):5-8.

[7]徐赞,汤霞清,郭理斌,李广进.基于AD7846和FPGA的数/模转换电路设计[J].现代电子技术,2017,35(20):173-174.