《2025 DigiKey AI应用创意挑战赛》智能篮球监测

北方.

一、项目名称：

智能篮球监测

二、项目概述：

基于 FRDM-MCXW71 的智能篮球监测（拍球计数 + 力量计算），这个项目是采用FRDM-MCXW71，适配低功耗、高性能的运动传感器应用。

实现智能篮球的拍球计数和力量监测功能。辅助篮球训练和练习。

三、作品实物图

这个是采用的FRDM-MCXW71开发板，并利用板载加速度传感器读取数据，进行处理。

开发板采用VS Code for MCUexpresso,导入sdk

运行的过程中，输出的是拍球的次数和排球的力量值。

这个数据可以比较完整的实现预计的数据采集和智能处理功能。采用uart口输出计算结果。

这个开发板可以采用内置在篮球中，并供电，这个就可以实现篮球的的数据采集和功能。目前，这个开发板还是比较大，采用这样的方案还需要更进一步的改进和提升。

四、演示视频

后补。

五、项目文档

5.1 核心代码，实现了对于x-y-z三轴的角向量转换和数据度量，这个是实现计算的数学基础。

以下代码基于 FXLS** 加速度传感器数据，实现篮球拍球计数和拍球力量计算。核心思路是：通过 Z 轴加速度变化检测拍球冲击（地面反弹），结合阈值过滤噪声，统计有效拍球次数；通过加速度峰值计算拍球力量（力量与加速度变化幅度正相关）。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
// 传感器配置参数（根据硬件实际情况调整）
#define ACCEL_THRESHOLD 800 // 拍球冲击阈值（Z轴原始值突变）
#define IMPULSE_DURATION 0.2f // 单次冲击有效时长（秒），避免重复计数
#define SAMPLING_FREQ 50 // 传感器采样频率（Hz）
#define GRAVITY 9.81f // 重力加速度 (m/s²)
#define SCALE_FACTOR 0.061f // FXLS**刻度因子 (mg/LSB)，±2g量程对应0.061
#define BASKETBALL_MASS 0.6f // 篮球质量（kg），标准约0.6kg
#define HISTORY_LEN 10 // 加速度历史数据长度
// 拍球计数与力量统计结构体
typedef struct {
uint16_t dribble_count; // 累计拍球次数
double last_impact_time; // 上一次有效冲击时间（秒）
int16_t accel_history[HISTORY_LEN]; // Z轴加速度原始值历史
uint8_t history_idx; // 历史数据索引
float max_force; // 最大拍球力量（N）
float avg_force; // 平均拍球力量（N）
float force_history[100]; // 力量历史（最多存储100次）
uint8_t force_count; // 力量数据计数
} DribbleCounter;
/**
* @brief 初始化拍球计数器
* @param counter 计数器结构体指针
*/
void dribble_counter_init(DribbleCounter *counter) {
counter->dribble_count = 0;
counter->last_impact_time = 0.0;
counter->history_idx = 0;
counter->max_force = 0.0f;
counter->avg_force = 0.0f;
counter->force_count = 0;
// 初始化历史数据
for (int i = 0; i < HISTORY_LEN; i++) {
counter->accel_history[i] = 0;
}
for (int i = 0; i < 100; i++) {
counter->force_history[i] = 0.0f;
}
}
/**
* @brief 传感器原始值转换为实际加速度 (m/s²)
* @param raw_value 传感器原始值
* @return 实际加速度值
*/
float convert_accel(int16_t raw_value) {
float accel_g = raw_value * SCALE_FACTOR / 1000.0f;
return accel_g * GRAVITY;
}
/**
* @brief 计算拍球力量（牛顿）
* @param peak_accel 冲击时的峰值加速度 (m/s²)
* @return 拍球力量值
*/
float calculate_force(float peak_accel) {
// 简化模型：F = Δa * m（Δa为加速度变化量，m为篮球质量）
float delta_accel = fabs(peak_accel - GRAVITY);
return delta_accel * BASKETBALL_MASS;
}
/**
* @brief 获取历史数据中的加速度峰值
* @param counter 计数器结构体指针
* @return 峰值加速度 (m/s²)
*/
float get_peak_accel(DribbleCounter *counter) {
float peak = 0.0f;
for (int i = 0; i < HISTORY_LEN; i++) {
float accel = convert_accel(counter->accel_history[i]);
if (fabs(accel) > peak) {
peak = fabs(accel);
}
}
return peak;
}
/**
* @brief 检测拍球冲击（核心逻辑）
* @param counter 计数器结构体指针
* @param z_raw Z轴加速度原始值
* @return 1-检测到冲击，0-未检测到
*/
uint8_t detect_impact(DribbleCounter *counter, int16_t z_raw) {
double current_time = (double)clock() / CLOCKS_PER_SEC; // 获取当前时间（秒）
float z_accel = convert_accel(z_raw);
// 1. 过滤短时间内的重复冲击
if (current_time - counter->last_impact_time < IMPULSE_DURATION) {
return 0;
}
// 2. 检测Z轴加速度突变（超过阈值）
if (fabs(z_accel) > (ACCEL_THRESHOLD * SCALE_FACTOR / 1000.0f * GRAVITY)) {
// 更新冲击时间
counter->last_impact_time = current_time;
// 计算本次拍球力量
float peak_accel = get_peak_accel(counter);
float current_force = calculate_force(peak_accel);
// 更新计数
counter->dribble_count++;
// 更新力量统计
if (counter->force_count < 100) {
counter->force_history[counter->force_count] = current_force;
counter->force_count++;
} else {
// 超出存储上限时，覆盖最早数据
for (int i = 1; i < 100; i++) {
counter->force_history[i-1] = counter->force_history[i];
}
counter->force_history[99] = current_force;
}
// 更新最大力量
if (current_force > counter->max_force) {
counter->max_force = current_force;
}
// 更新平均力量
float sum_force = 0.0f;
for (int i = 0; i < counter->force_count; i++) {
sum_force += counter->force_history[i];
}
counter->avg_force = sum_force / counter->force_count;
return 1;
}
return 0;
}
/**
* @brief 处理单帧传感器数据
* @param counter 计数器结构体指针
* @param x_raw X轴原始值
* @param y_raw Y轴原始值
* @param z_raw Z轴原始值
* @param current_force 输出参数：本次拍球力量（N）
* @return 当前累计拍球次数
*/
uint16_t process_sensor_data(DribbleCounter *counter, int16_t x_raw, int16_t y_raw, int16_t z_raw, float *current_force) {
// 1. 保存Z轴原始值到历史数据
counter->accel_history[counter->history_idx] = z_raw;
counter->history_idx = (counter->history_idx + 1) % HISTORY_LEN;
// 2. 检测冲击
uint8_t impact_detected = detect_impact(counter, z_raw);
// 3. 获取当前力量
*current_force = 0.0f;
if (impact_detected && counter->force_count > 0) {
*current_force = counter->force_history[counter->force_count - 1];
}
// 4. 返回累计拍球次数
return counter->dribble_count;
}
// 模拟硬件读取传感器数据（实际使用时替换为I2C读取逻辑）
void read_fxls**_data(int16_t *x, int16_t *y, int16_t *z) {
// 示例：固定返回初始数据，实际需从0x19地址读取
*x = -31;
*y = -100;
*z = 1063;
}

复制代码

核心功能：

拍球计数：通过检测 Z 轴加速度突变（地面反弹冲击），结合时间阈值避免重复计数；

力量计算：基于加速度峰值和篮球质量（0.6kg）计算拍球力量（单位：牛顿）；

数据统计：实时输出当前拍球次数、单次力量、最大力量、平均力量。

关键参数调整：

ACCEL_THRESHOLD：拍球冲击阈值，需根据实际使用场景校准（建议在无动作时采集基线数据，阈值设为基线 + 200 左右）；

SCALE_FACTOR：FXLS** 的刻度因子，需匹配传感器实际量程（如 ±2g 量程对应 0.061mg/LSB，±4g 对应 0.122mg/LSB）；

IMPULSE_DURATION：单次冲击有效时长，避免快速抖动导致重复计数（建议 0.1~0.3 秒）

5.2 核心函数

函数名

功能

dribble_counter_init

初始化计数器，清空历史数据和统计值

convert_accel

将传感器原始值转换为实际加速度（m/s²）

calculate_force

基于加速度峰值和篮球质量计算拍球力量（牛顿）

detect_impact

核心冲击检测逻辑（阈值判断 + 时间过滤，避免重复计数）

process_sensor_data

处理单帧传感器数据，整合历史存储、冲击检测、力量计算逻辑

标准输出为

5.3 硬件连接：

FXLS** 传感器 I2C 地址：0x19（与开发板默认 I2C1 连接）；

I2C 引脚：PTE24 (SDA)、PTE25 (SCL)；

供电：3.3V（与开发板 VDD 连接）。

5.4 编译与烧录

SDK 配置：
- 导入 FRDM-MCXW71 的 SDK 包（包含 I2C、SysTick、UART 驱动）；
- 启用 FPU（浮点运算），支持float类型计算；
烧录：通过开发板的调试器烧录固件；
串口工具：使用 Putty / 串口助手（115200 8N1）查看输出。

以下是编译成功的页面

以下是运行成功的页面

5.5 调试与校准

阈值校准：
- 先静止放置篮球，读取 Z 轴基线值（约 1024 左右，对应 1g）；
- 将ACCEL_THRESHOLD调整为基线 + 200~300（避免误触发）。
采样频率调整：
- 修改SAMPLING_FREQ和FXLS**_CTRL_REG1的 ODR 配置（100Hz/200Hz 可选）。
力量校准：
- 实际拍打篮球，对比测力仪数据，调整BASKETBALL_MASS系数。

5.6 代码附件
参加附件

BasketBallPaddling.zip (739.98 KB, 下载次数: 0)

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