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摘 要：划船动作瞬间完成，运动员的素质的优劣很难凭肉眼判断，尤其是船桨的用力能力判断，更是无从谈起。随着当今社会进入信息化时代，运动训练中引入数字技术，使瞬间完成的动作数字化，使抽象的运动素质得到量化细化。利用加速度传感器、压力传感器，就能准确的测出划船运动员船桨滑行能力，从而达到选人和训练的目的。
关键词：划船；船桨；信息技术；数字化船桨；无线传感器
中图分类号：TP212.1
1 设备研究目标
划船运动路程长，变化多，运动员的船桨滑行能力很难给出准确的判断。随着各种数字化传感器的到来，臂力能力数字化也逐步成为现实。例如把划船运动员的每一个船桨动作都记录下来，每一次划水的力量大小、划水频率、划水时间等数据记录下来，实时显示给教练员、运动员查看。这些数据还可以事后分析，数据也可以与他人比对等等。船桨的划水能力就有了量化指标。就可以准确知道运动员的划水能力，找出更有针对性的训练方法，也更有利于选拔新人。
2 实验过程及设备构成
设备分两部分构成，一部分是船桨上的加速度传感器、拉压力传感器；第二部分是教练员一侧的软件及无线接收器设备。数据可以通过USB卡和无线传输两种方式传给教练。我们是选用USB卡存储数据。无线传输也很容易解决，只要追加一个无线发射和接受设备即可解决，此项技术市场上已经非常成熟。
2.1 教练员一侧。为了能更加容易观察、理解数据，我们给出这些数据的曲线图形，曲线绘制软件是我们自己使用VBA开发的软件工具，既可以输出曲线，也可以输出视频。可以适用多种传感器曲线。
数据都是以TXT文件格式存储，曲线显示时都是XLS文件格式。全部数据采样频率都是每秒128次，以便于不同传感器数据比对使用。
船桨前端包括加速度传感器、压力传感器、A/D转换器显示器、单片机、无线数据发射器、数据存储器和电源等。
2.2 船桨一侧的传感器介绍。船桨一侧使用了两种传感器，加速度传感器和压力传感器。
图1
（1）加速度传感器。三维加速度可以准确测量船桨在X、Y、Z三个轴方向的速度变化。我们选用的是惯性传感器ADXL345，它比较适合人体测量。系统由微控制器ADuC7024和数字加速度计ADXL345配合使用，并配有电源等部分。设备总体是火柴盒大小，重量是几十克。不会影响运动员的划船动作。采样频率设为128次每秒，加速度最高设为±2g。
加速度传感器固定于船桨背部正中，已取得平均加速度数值。船桨的每一个动作，设备都会将它的三维加速度数据记录于USB卡中。记录船桨X轴的加速度数据（船前进方向），只取X轴即可。
（2）压力传感器。船体速度，取决于前行方向的力的大小以及使用频率。这样，测量前行方向的力就极为重要。为了测量前行方向的力，我们设计了一款能够测量前行方向力的船桨，专门用来测量前行方向的力数据，这套装置已经申请了国家专利。
船桨的正面分布几个压力（压强）传感器，它可以测量出每一时刻船桨所受的不同的水流压力P数值。由于船桨面积R固定，因此，通过计算，就可以知道船桨每一时刻产生的力量大小F。力的公式：F=PR。
船桨配置压力传感器，并且配有处理芯片、A/D转换器、显示器、单片机、数据存储器、和电源等。
运动员每滑动一次船桨，设备就会把滑动的全过程的每一时刻压力数值，都会以每秒128次频率记录下来。
3 数据意义
3.1 加速度传感器数据及分析。船桨的加速度传感器：它可以测量出船桨一起一落的加速度变化。数据如表1所示：
表1 三维加速度数据样例
曲线如图2：此数据X轴数据.共7次划桨的数据样例。
图2 船桨三维加速度数据曲线（X轴，前行方向）
这些数据。是计算运动员做功的必不可少的数据。
3.2 压力传感器数据及数据意义分析。前提条件是：假设水为静止状态。即使是在实际测试中，水的流速与船桨速度相比，也可以忽略不计。
船桨的压力数据的曲线如下：
图3 船桨全程压力曲线截取
通过全程压力曲线，可以很好地反映出一名运动员的全程的体力情况，力量及耐力情况一目了然。也可以分析出全程的频率分布，以及战术是否合理等等。
但是，仅凭全程曲线，并不能发现一名运动员的划桨动作的详细优缺点，划桨有效行程是否足够，一次滑行中用力是否均匀有效，是否有先强后弱、或先弱后强的缺点，滑行与空中的时间配比是否合理等等。因此，我们可以查看不同阶段的单步曲线。通过单步曲线，就可以看出运动员每一时刻的划船用力大小，用力的形态，用力是否均匀，划水和腾空时间等。
图4 船桨单步压力曲线
划桨压力曲线，可以很好地发现运动员的优缺点，从而制定有针对性的训练计划，提高训练效率。不但可以指导训练，也能为选拔人才提供数据依据。
4 做功计算
船桨的做功是变力做功，一般很难计算。因为使用了多传感器并用，就可以通过积分的方法，计算出运动员每一次划桨所做的功，更可以计算出全程做功多少。这样，通过做功数据，就更容易理解数据，也更容易为训练和选人提供参考。下面我们将给出划桨的功的计算方法。
图5 船桨单步压力-加速度对比曲线
根据动能公式：Ek= ；
W=Ek2-Ek1=△Ek=F△S，公式中W为功，F为力，S为位移。
本例中F=PR，F为船桨的力，P为船桨表面受到的压力，R为船桨的表面积。
并且，Sn=ant2（推到略）。
因此，功的计算方法是：Wn=FnSn=PnRant2。 全程总功是： ；（m≥n≥0）。
对于传感器数据来说，Pn、an数据轻而易举就可以得到，R是面积常数，t是1/128秒。
公式结论分析：做功的大小，就是动能的多少，直接影响船体速度。船桨的面积、滑行速度以及滑水的时间都与做功直接正相关；但是，船桨的面积R，与船桨所受的压力及加速度有成负相关。
5 数据分析
数据都记录下来，并且可以得出划桨频率、划桨平均力度力量、划桨平均时间、船桨平均腾空时间、双臂用力是否均衡等，还可以计算出平均划桨移动距离，平均滑行距离等。事后也可以根据运动员体重，测量出其划桨力度与体重比率，能看出划桨力度的优劣；也可以根据运动员身高，测量出划桨时间、船桨腾空时间是否合理，划桨和滑行的距离与身高配比是否合理等。我们把加速度和压力传感器的所有数据加工整理后，全部实时显示在教练员的显示屏上，各项指标一目了然。
可以根据运动员的做功情况，检测出动员的体力情况、耐力如何，也可以看出全程战术是否合理。做功数据最直观，最方便使用。
6 系统的应用结果
此系统有两大应用，一是运动员选材，二是运动员训练。
通过这个系统的使用，马上就可以知道被测人的基本数据，运动员的稳定性、耐力、协调等一目了然，很容易分析、比较，选拔出优秀的划船运动员。
今天，还会把它在其它项目上的应用介绍给大家，如自行车训练、皮划艇训练、龙舟等等，如有不足之处，请大家指导。
参考文献：
[1]梁欣荣.压力传感器及其应用[J].国外电子元器件，2001（09）：69-70.
[2]王冲，施玉霞，陆熊.基于加速度传感器的无线人体动作测量设备[J].单片机与嵌入式系统应用，2011（08）：95-98.
[3]梁欣荣.压力传感器及其应用[J].国外电子元器件，2001（09）：69-70.
[4]孙新香.基于三轴加速度传感器的跌倒检测技术的研究与应用[D].上海交通大学，2008（10）.
作者简介：张锐明（1964.09-），男，黑龙江人，科长，高级工程师，学士学位，研究方向：信息技术。
作者单位：哈尔滨体育学院，哈尔滨 150008
注：作者的《三维加速度传感器在举重上的应用》已经获得国家实用新型专利，已获专利号：ZL 2014 2 0093943.9；《一种能够测量足部水平用力的跑鞋》也申请了发明专利和实用新型专利，待批。
关键词：划船；船桨；信息技术；数字化船桨；无线传感器
中图分类号：TP212.1
1 设备研究目标
划船运动路程长，变化多，运动员的船桨滑行能力很难给出准确的判断。随着各种数字化传感器的到来，臂力能力数字化也逐步成为现实。例如把划船运动员的每一个船桨动作都记录下来，每一次划水的力量大小、划水频率、划水时间等数据记录下来，实时显示给教练员、运动员查看。这些数据还可以事后分析，数据也可以与他人比对等等。船桨的划水能力就有了量化指标。就可以准确知道运动员的划水能力，找出更有针对性的训练方法，也更有利于选拔新人。
2 实验过程及设备构成
设备分两部分构成，一部分是船桨上的加速度传感器、拉压力传感器；第二部分是教练员一侧的软件及无线接收器设备。数据可以通过USB卡和无线传输两种方式传给教练。我们是选用USB卡存储数据。无线传输也很容易解决，只要追加一个无线发射和接受设备即可解决，此项技术市场上已经非常成熟。
2.1 教练员一侧。为了能更加容易观察、理解数据，我们给出这些数据的曲线图形，曲线绘制软件是我们自己使用VBA开发的软件工具，既可以输出曲线，也可以输出视频。可以适用多种传感器曲线。
数据都是以TXT文件格式存储，曲线显示时都是XLS文件格式。全部数据采样频率都是每秒128次，以便于不同传感器数据比对使用。
船桨前端包括加速度传感器、压力传感器、A/D转换器显示器、单片机、无线数据发射器、数据存储器和电源等。
2.2 船桨一侧的传感器介绍。船桨一侧使用了两种传感器，加速度传感器和压力传感器。
图1
（1）加速度传感器。三维加速度可以准确测量船桨在X、Y、Z三个轴方向的速度变化。我们选用的是惯性传感器ADXL345，它比较适合人体测量。系统由微控制器ADuC7024和数字加速度计ADXL345配合使用，并配有电源等部分。设备总体是火柴盒大小，重量是几十克。不会影响运动员的划船动作。采样频率设为128次每秒，加速度最高设为±2g。
加速度传感器固定于船桨背部正中，已取得平均加速度数值。船桨的每一个动作，设备都会将它的三维加速度数据记录于USB卡中。记录船桨X轴的加速度数据（船前进方向），只取X轴即可。
（2）压力传感器。船体速度，取决于前行方向的力的大小以及使用频率。这样，测量前行方向的力就极为重要。为了测量前行方向的力，我们设计了一款能够测量前行方向力的船桨，专门用来测量前行方向的力数据，这套装置已经申请了国家专利。
船桨的正面分布几个压力（压强）传感器，它可以测量出每一时刻船桨所受的不同的水流压力P数值。由于船桨面积R固定，因此，通过计算，就可以知道船桨每一时刻产生的力量大小F。力的公式：F=PR。
船桨配置压力传感器，并且配有处理芯片、A/D转换器、显示器、单片机、数据存储器、和电源等。
运动员每滑动一次船桨，设备就会把滑动的全过程的每一时刻压力数值，都会以每秒128次频率记录下来。
3 数据意义
3.1 加速度传感器数据及分析。船桨的加速度传感器：它可以测量出船桨一起一落的加速度变化。数据如表1所示：
表1 三维加速度数据样例
曲线如图2：此数据X轴数据.共7次划桨的数据样例。
图2 船桨三维加速度数据曲线（X轴，前行方向）
这些数据。是计算运动员做功的必不可少的数据。
3.2 压力传感器数据及数据意义分析。前提条件是：假设水为静止状态。即使是在实际测试中，水的流速与船桨速度相比，也可以忽略不计。
船桨的压力数据的曲线如下：
图3 船桨全程压力曲线截取
通过全程压力曲线，可以很好地反映出一名运动员的全程的体力情况，力量及耐力情况一目了然。也可以分析出全程的频率分布，以及战术是否合理等等。
但是，仅凭全程曲线，并不能发现一名运动员的划桨动作的详细优缺点，划桨有效行程是否足够，一次滑行中用力是否均匀有效，是否有先强后弱、或先弱后强的缺点，滑行与空中的时间配比是否合理等等。因此，我们可以查看不同阶段的单步曲线。通过单步曲线，就可以看出运动员每一时刻的划船用力大小，用力的形态，用力是否均匀，划水和腾空时间等。
图4 船桨单步压力曲线
划桨压力曲线，可以很好地发现运动员的优缺点，从而制定有针对性的训练计划，提高训练效率。不但可以指导训练，也能为选拔人才提供数据依据。
4 做功计算
船桨的做功是变力做功，一般很难计算。因为使用了多传感器并用，就可以通过积分的方法，计算出运动员每一次划桨所做的功，更可以计算出全程做功多少。这样，通过做功数据，就更容易理解数据，也更容易为训练和选人提供参考。下面我们将给出划桨的功的计算方法。
图5 船桨单步压力-加速度对比曲线
根据动能公式：Ek= ；
W=Ek2-Ek1=△Ek=F△S，公式中W为功，F为力，S为位移。
本例中F=PR，F为船桨的力，P为船桨表面受到的压力，R为船桨的表面积。
并且，Sn=ant2（推到略）。
因此，功的计算方法是：Wn=FnSn=PnRant2。 全程总功是： ；（m≥n≥0）。
对于传感器数据来说，Pn、an数据轻而易举就可以得到，R是面积常数，t是1/128秒。
公式结论分析：做功的大小，就是动能的多少，直接影响船体速度。船桨的面积、滑行速度以及滑水的时间都与做功直接正相关；但是，船桨的面积R，与船桨所受的压力及加速度有成负相关。
5 数据分析
数据都记录下来，并且可以得出划桨频率、划桨平均力度力量、划桨平均时间、船桨平均腾空时间、双臂用力是否均衡等，还可以计算出平均划桨移动距离，平均滑行距离等。事后也可以根据运动员体重，测量出其划桨力度与体重比率，能看出划桨力度的优劣；也可以根据运动员身高，测量出划桨时间、船桨腾空时间是否合理，划桨和滑行的距离与身高配比是否合理等。我们把加速度和压力传感器的所有数据加工整理后，全部实时显示在教练员的显示屏上，各项指标一目了然。
可以根据运动员的做功情况，检测出动员的体力情况、耐力如何，也可以看出全程战术是否合理。做功数据最直观，最方便使用。
6 系统的应用结果
此系统有两大应用，一是运动员选材，二是运动员训练。
通过这个系统的使用，马上就可以知道被测人的基本数据，运动员的稳定性、耐力、协调等一目了然，很容易分析、比较，选拔出优秀的划船运动员。
今天，还会把它在其它项目上的应用介绍给大家，如自行车训练、皮划艇训练、龙舟等等，如有不足之处，请大家指导。
参考文献：
[1]梁欣荣.压力传感器及其应用[J].国外电子元器件，2001（09）：69-70.
[2]王冲，施玉霞，陆熊.基于加速度传感器的无线人体动作测量设备[J].单片机与嵌入式系统应用，2011（08）：95-98.
[3]梁欣荣.压力传感器及其应用[J].国外电子元器件，2001（09）：69-70.
[4]孙新香.基于三轴加速度传感器的跌倒检测技术的研究与应用[D].上海交通大学，2008（10）.
作者简介：张锐明（1964.09-），男，黑龙江人，科长，高级工程师，学士学位，研究方向：信息技术。
作者单位：哈尔滨体育学院，哈尔滨 150008
注：作者的《三维加速度传感器在举重上的应用》已经获得国家实用新型专利，已获专利号：ZL 2014 2 0093943.9；《一种能够测量足部水平用力的跑鞋》也申请了发明专利和实用新型专利，待批。