Nghiên Cứu, Thiết Kế và Triển Khai Thiết Bị Giám Sát Cầu Thủ Trên Sân Bóng

Tài liệu nghiên cứu Research design and implement of equipment to monitor players on the football pitch, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Quach Phu Hung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyen Vu Lan
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Mechatronics Engineering
• Đề tài: Thiết Kế Thiết Bị Giám Sát Cầu Thủ Trên Sân Bóng
• Loại tài liệu: graduation project
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. The urgency of the topic
• 1.2. Scientific and practical significance of the topic
• 1.3. Subject and scope of the research
• 1.4. Specific research methods
• 1.5. Graduation project structure
• 2. CHƯƠNG 2: LITERATURE VIEW
• 2.1. Theory of location determination
• 2.2. Ultra Wide Band (UWB)
• 2.3. Locate a Tag in space
• 2.4. Theory of player reminder mechanism
• 2.5. Low pass filter application
• 2.6. Method of Low-Pass filter
• 2.7. Overall Node-Red
• 2.8. What is Node Red?
• 2.9. Connect to Node-Red using MQTT Broker HiveMQ
• 2.10. Reasons for choosing node-red as the display
• 2.11. Designing a GUI with Python Tkinter
• 2.12. The benefits of Python
• 2.13. Python libraries used in the program
• 2.14. Creating a Data Storage File with CSV
• 2.15. What is a CSV File?
• 2.16. Creating a CSV File in Python
• 2.17. TCP and how two Tags operate at the same time
• 3. CHƯƠNG 3: DESIGN AND IMPLEMENT
• 3.1. Processing design device
• 3.2. Directions and solutions for implementation
• 3.3. Option for installation on the player
• 3.4. Choosing the right jacket
• 3.5. Design and calculate of device container
• 4. CHƯƠNG 4: METHOD ANALYST DATA
• 4.1. Completed device features
• 4.2. Data processing diagram
• 4.3. Calculation of the Low Pass Filter used in the heart rate sensor
• 5. CHƯƠNG 5: EXPERIMENT RESULTS FINDINGS AND ANALYSIS
• 5.1. Needs – Metrics Correlation
• 5.2. Method of experiment
• 6. CHƯƠNG 6: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế thiết bị giám sát cầu thủ trên sân bóng

Thiết kế thiết bị giám sát cầu thủ trên sân bóng là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất thi đấu và bảo vệ sức khỏe của cầu thủ. Thiết bị này không chỉ giúp theo dõi các chỉ số như nhịp tim, khoảng cách di chuyển mà còn cung cấp thông tin về vị trí và tình trạng sức khỏe của cầu thủ trong thời gian thực. Việc áp dụng công nghệ vào thể thao đang trở thành xu hướng toàn cầu, và Việt Nam cũng không nằm ngoài dòng chảy này.

1.1. Lợi ích của thiết bị giám sát cầu thủ

Thiết bị giám sát cầu thủ mang lại nhiều lợi ích như tối ưu hóa hiệu suất tập luyện, quản lý sức khỏe cá nhân và cải thiện chiến thuật thi đấu. Các thông số được thu thập giúp huấn luyện viên điều chỉnh kế hoạch tập luyện phù hợp với từng cầu thủ.

1.2. Công nghệ sử dụng trong thiết bị giám sát

Thiết bị sử dụng công nghệ như ESP32, cảm biến DWB1000 để theo dõi vị trí, AD8232 để đo nhịp tim và MPU6250 để đo gia tốc. Những công nghệ này giúp thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế thiết bị giám sát cầu thủ

Mặc dù thiết bị giám sát cầu thủ mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải một số thách thức trong quá trình thiết kế và triển khai. Các vấn đề như độ chính xác của cảm biến, khả năng tương tác giữa các thiết bị và việc đảm bảo tính bền vững trong môi trường thể thao là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ chính xác của cảm biến

Độ chính xác của cảm biến là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của thiết bị. Cần phải lựa chọn các cảm biến có độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường khác nhau.

2.2. Khả năng tương tác giữa các thiết bị

Thiết bị cần có khả năng tương tác tốt với các thiết bị khác trong hệ thống giám sát. Việc này đảm bảo rằng dữ liệu được thu thập và truyền tải một cách hiệu quả và nhanh chóng.

III. Phương pháp thiết kế thiết bị giám sát cầu thủ hiệu quả

Để thiết kế thiết bị giám sát cầu thủ hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc nghiên cứu và phát triển các mô hình thiết kế, thử nghiệm và tối ưu hóa là rất cần thiết để đảm bảo thiết bị hoạt động tốt nhất.

3.1. Nghiên cứu và phát triển mô hình thiết kế

Nghiên cứu các mô hình thiết kế khác nhau giúp xác định cấu trúc và chức năng của thiết bị. Việc này bao gồm việc lựa chọn vật liệu, kích thước và hình dáng của thiết bị.

3.2. Thử nghiệm và tối ưu hóa thiết bị

Thử nghiệm thiết bị trong các điều kiện thực tế giúp phát hiện và khắc phục các vấn đề phát sinh. Tối ưu hóa thiết bị giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của sản phẩm.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị giám sát cầu thủ

Thiết bị giám sát cầu thủ đã được áp dụng trong nhiều đội bóng chuyên nghiệp và mang lại kết quả tích cực. Việc theo dõi các chỉ số sức khỏe và hiệu suất giúp huấn luyện viên đưa ra các quyết định chính xác hơn trong quá trình tập luyện và thi đấu.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ các đội bóng

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng thiết bị giám sát giúp cải thiện hiệu suất thi đấu của cầu thủ. Các đội bóng đã ghi nhận sự gia tăng về tốc độ và sức bền của cầu thủ sau khi áp dụng công nghệ này.

4.2. Tác động đến chiến thuật thi đấu

Dữ liệu thu thập từ thiết bị giám sát giúp huấn luyện viên điều chỉnh chiến thuật thi đấu phù hợp với từng trận đấu. Điều này tạo ra lợi thế cạnh tranh cho đội bóng.

V. Kết luận và tương lai của thiết bị giám sát cầu thủ

Thiết bị giám sát cầu thủ trên sân bóng không chỉ là một công cụ hỗ trợ mà còn là một phần không thể thiếu trong thể thao hiện đại. Tương lai của thiết bị này hứa hẹn sẽ còn phát triển mạnh mẽ hơn với sự tiến bộ của công nghệ.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ giám sát

Công nghệ giám sát cầu thủ sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các cảm biến mới và phần mềm phân tích dữ liệu. Điều này sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của thiết bị.

5.2. Tác động đến ngành thể thao

Sự phát triển của thiết bị giám sát cầu thủ sẽ có tác động lớn đến ngành thể thao, từ việc cải thiện hiệu suất thi đấu đến việc bảo vệ sức khỏe cầu thủ. Điều này sẽ tạo ra một môi trường thi đấu an toàn và hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT MECHANICAL ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH, DESIGN, AND IMPLEMENT OF EQUIPMENT TO MONITOR PLAYERS ON THE FOOTBALL PITCH LECTURER: NGUYEN VU LAN STUDENT: QUACH PHU HUNG BAN THE QUYEN TRAN TAN PHAT SKL012641 Ho Chi Minh City, March 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH-QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT RESEARCH, DESIGN, AND IMPLEMENT OF EQUIPMENT TO MONITOR PLAYERS ON THE FOOTBALL PITCH Advisor: Dr. NGUYEN VU LAN Students: QUACH PHU HUNG ID: 19146127 BAN THE QUYEN 19146115 TRAN TAN PHAT 19146103 Class: 19146CLA Course: 2019 – 2023 Ho Chi Minh City, March 2024 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ____________________________ _______________________ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ I / năm học 2023 – 2024 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Lân Sinh viên thực hiện: 1. Quách Phú Hưng MSSV: 19146127 - CLA SĐT: [phone].

Bàn Thế Quyền MSSV: 19146115 - CLA SĐT: [phone]. Trần Tấn Phát MSSV: 19146103 - CLA SĐT: [phone]. Mã số đề tài: CDT-31 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo thiết bị giám sát cầu thủ trên sân bóng 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Mỗi cầu thủ sẽ mang trên mình một thiết bị khi ra sân.

Các thiết bị này có khả năng tương tác không dây với trung tâm điều khiển và với nhau để giám sát và báo hiệu (1) Nhắc khoảng cách di chuyển của cầu thủ với cầu thủ được sắp xếp vị trí ở trong đội hình; (2) Nhắc kiểu đội hình chiến thuật; (3) Nhắc bằng âm thanh, lời nói, rung theo mật mã; (4) Thiết bị có chức năng thống kê các thông số hoạt động của cầu thủ ( ví dụ: tổng số bước chạy, số bước chạy trong 1 thời gian muốn xem xét, nhịp tim, nhịp thở,.) để phục vụ thống kế và đánh giá tình trạng sức khoẻ của cầu thủ. Tìm hiểu thông tin về các hệ thống liên quan trên internet và các nguồn học liệu khác. Nội dung chính của đồ án: Thiết kế thiết bị giám sát sử dụng ESP32 Thiết kế bộ đo vị trí, nhịp tim, đếm số bước chạy cầu thủ Thiết kế giao diện hiển thị Thiết kế khung áo chứa thiết bị 4. Sản phẩm dự kiến: Thiết bị giám sát và nhắc vị trí, đo nhịp tim, đếm số bước chạy của cầu thủ 5.

Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt □ Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng việt □ TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, March 08, 2024 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: Quach Phu Hung Student ID: 19146127 Student name: Tran Tan Phat Student ID: 19146103 Student name: Ban The Quyen Student ID: 19146115 Major: Mechatronics Class: 19146CLA Advisor: PhD. Nguyen Vu Lan Phone number:([phone] Date of assignment: 05/09/2023 Date of submission: 12/03/2024. Project title: Research, design, and implementation of equipment to monitor players on the football pitch 2. Early figures and documents: Each player will wear a device when entering the field.

These devices are capable of wireless interaction with a central control hub to monitor and signal: (1) Reminder of the distance of movement between players with arranged positions in the formation. (2) Tactical formation reminders. (3) Audible, verbal, vibration-based reminders using encryption. (4) Devices with the function of compiling player activity statistics (e., total running steps, steps taken within a specified time frame, heart rate, respiratory rate, etc.) to serve performance analysis and player health assessment.

Content of the project: - Design of monitoring device using ESP32 - Design of a device to measure player position, heart rate, and step count - Design of display interface - Design of the framework garment to contain the device 4. Final product: The monitoring device with position reminders, heart rate measurement, and step count for players. CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, March 08, 2024 ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Quach Phu Hung Student ID: 19146127 Student name: Tran Tan Phat Student ID: 19146103 Student name: Ban The Quyen Student ID: 19146115 Major: Mechatronics Engineering Project title: Research, design, and implementation of equipment to monitor players on the football pitch Advisor: PhD. Nguyen Vu Lan EVALUATION 1.

Content of the project:. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, Day. ADVISOR (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, Day. PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: Quach Phu Hung Student ID: 19146127 Student name: Tran Tan Phat Student ID: 19146103 Student name: Ban The Quyen Student ID: 19146115 Major: Mechatronics Engineering Project title: Research, design, and implementation of equipment to monitor players on the football pitch Name of Reviewer: PhD.

Pham Bach Duong EVALUATION 1. Content and workload of the project. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, Day. REVIEWER (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, Day.

EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER Student name: Quach Phu Hung Student ID: 19146127 Student name: Tran Tan Phat Student ID: 19146103 Student name: Ban The Quyen Student ID: 19146115 Major: Mechatronics Engineering Project title: Research, design, and implementation of equipment to monitor players on the football pitch Name of Defense Committee Member:. Content and workload of the project .) Ho Chi Minh City, Day. COMMITTEE MEMBER (Sign with full name) DISCLAIMER Project title: RESEARCH, DESIGN, AND IMPLEMENT OF EQUIPMENT TO MONITOR PLAYERS ON THE FOOTBALL PITCH Advisor: M.E Nguyen Vu Lan Student Name: Quach Phu Hung ID: 19146127 Class: 19146CLA3 Email: [e-mail] Phone: [phone] Student Name: Ban The Quyen ID: 19146115 Class: 19146CLA1 Email: [e-mail] Phone: [phone] Student Name: Tran Tan Phat ID: 19146103 Class: 19146CLA2 Email: [e-mail] Phone: [phone] Graduation thesis submission date: 12 – 03 – 2024 Disclaimer: “We hereby declare that this graduation thesis is the work of our research, design, and implementation. We do not copy from any published article without citing the source.

If there is any violation, we take full responsibility”. Ho Chi Minh City, March 07 2024 Student Sign Student Sign Student Sign ACKNOWLEDGMENT We would like to extend our deepest gratitude and appreciation to our esteemed advisor, Mr. Nguyen Vu Lan, whose guidance and counsel have been instrumental in our journey toward the completion of this report. Your wisdom, expertise, and invaluable insights have kept us on the right path, ensuring that we remain focused and driven until the culmination of our efforts.

To our dear friends, who have accompanied us on this transformative four-year university journey, we are indebted to you. Amidst the trials and tribulations of student life, you have been our pillars of strength, lending us a helping hand when we stumbled and sharing in our joys and sorrows. In times of pain and adversity, it was the profound bonds of friendship that illuminated our path and reignited our spirits. Our sincere gratitude extends to our beloved parents and cherished loved ones.

Their unwavering support, continuous encouragement, and unwavering belief in our abilities have been a constant source of motivation for us throughout this arduous journey. Their presence has been an invaluable asset, providing us with the necessary strength and conviction to channel our positive energy into completing this project. Their love and encouragement have served as the driving force behind our endeavors, and we are forever grateful for their unwavering faith in us. Finally, we would like to express thanks to Ho Chi Minh City University of Technology and Education and the Faculty of High Quality Training creating favorable conditions for us to take our graduation project.

In conclusion, we wish to extend our deepest gratitude to our parents, loved ones, friends, advisors, and our university for their unwavering support, guidance, and contribution to our academic journey. Without their presence and influence, we would not have been able to achieve the level of success and personal growth that we have experienced. Their contributions have been immeasurable, and we will forever cherish the profound impact they have had on our lives. ABSTRACT Project Title: Research, design, and implementation of equipment to monitor players on the football pitch This project aims to develop a tracking and support device for football players during training and matches, using the ESP32 module and integrating sensors such as DWB1000 (position tracking), AD8232 (heart rate monitoring), and MPU6250 (acceleration and velocity measurement), along with designing a PCB circuit to optimize device size.

The device collects data from sensors and then utilizes algorithms to compute player position, heart rate, and velocity. The ESP32 microcontroller serves as the central processing unit, ensuring rapid data processing and collection from sensors. Additionally, a Low Pass filter is employed to reduce sensor noise. The player-worn device can communicate via TCP and ESP32 Wi-Fi connection.

Subsequently, the collected data is pushed to a web server, such as NodeRed, which provides detailed information about player position, heart rate, motion, formation distances, and player reminders through real-time device vibrations during and after training sessions and matches. Ultimately, players and coaches can utilize the statistical website to track player performance and health, facilitating training adjustments for better results. The next development goal is to optimize device size and weight to enhance usability for both players and coaches. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề Tài: Nghiên cứu, thiết kế, và triển khai thiết bị để theo dõi cầu thủ trên sân bóng Đề tài này phát triển một thiết bị theo dõi và hỗ trợ cầu thủ trong tập luyện và thi đấu bóng đá, sử dụng module ESP32 và tích hợp các cảm biến như DWB1000 (theo dõi vị trí), AD8232 (đo nhịp tim), và MPU6250 (đo gia tốc và vận tốc) và thiết kế mạch PCB để tối ưu kích thước thiết bị.

Thiết bị thu thập dữ liệu từ cảm biến, sau đó sử dụng các phương pháp tính toán vị trí, nhịp tim, và vận tốc. Vi điều khiển ESP32 là bộ xử lý trung tâm của thiết bị đảm bảo khả năng xử lý và thu thập dữ liệu nhanh chóng từ các cảm biến. Thêm vào đó sử dụng bộ lọc Low Pass nhằm giảm nhiễu từ cảm biến. Thiết bị gắn trên áo cầu thủ có thể giao tiếp qua phương thức TCP và thông qua kết nối wifi của ESP32 Sau đó dữ liệu được thu thập được sẽ được đẩy lên web sever mà ở đây là được sử dụng là NodeRed.

Trang web này được thiết kế để cung cấp thông tin chi tiết về vị trí cầu thủ, nhịp tim và chuyển động của họ, cự ly đội hình và nhắc được cầu thủ trên sân nhờ việc rung thiết bị cả trong thời gian thực và sau các buổi tập luyện và trận đấu. Trong kết quả cuối cùng, cầu thủ và huấn luyện viên có thể sử dụng website thống kê để theo dõi hiệu suất và sức khỏe của cầu thủ, từ đó tăng cường tập luyện và đưa ra những điều chỉnh cần thiết để đạt hiệu quả cao hơn trong quá trình chơi bóng. Mục tiêu phát triển tiếp theo là tối ưu kích thước và cân nặng để nâng cao trải nghiệm sử dụng cho cả cầu thủ và huấn luyện viên.