CN101934135A

CN101934135A - 一种体能自动化测试系统

Info

Publication number: CN101934135A
Application number: CN 201010235863
Authority: CN
Inventors: 薄煜明; 杜国平; 朱岩; 邹卫军; 陈帅; 张捷; 朱建良; 王筱莉
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明公开了一种体能自动化测试系统，该系统包括体能测试考核管理计算机1、无线网关15和若干测试子系统，各个测试子系统将测试的信息传输给管理计算机1，由管理计算机1对测试的信息进行记录和处理；所述测试子系统包括身高体重测试子系统、3000米测试子系统、5X10米测试子系统、俯卧撑测试子系统和仰卧起坐测试子系统，其中身高体重测试子系统6与管理计算机1通过计算机标配RS232通信接口相连接，将测试的信息传输给管理计算机1，其余的子系统通过无线网关将测试信息传输给管理计算机1。本发明的测试系统可以在不影响被测者发挥的情况下完成测试。

Description

一种体能自动化测试系统

技术领域

本发明涉及一种体能测试系统，特别是基于无线传感器网络技术的五项体能自动测试化系统。

背景技术

目前，体能锻炼和体能测试受到越来越多的重视，在部队、武警、公安等纪律队伍需要定期对人员进行体能测试，在大学、中学也需要定期对学生进行是否达到体育锻炼标准的测试。大量的繁琐测试工作需要投入大量的人力物力不说，像俯卧撑和仰卧起坐等项目还有标准是否统一问题，人工判断计数会由于裁判不同而产生不同的判定结果。因此，解决体能大量人群测试中繁琐复杂的工作以及避免人为判定误差的自动化测试系统是解决上述问题的关键。

该领域已经有不少单个的或单项的测试系统，如：实用新型200720192862.4公开了一种便携式智能化体育测试数据采集仪，该采集仪使用户在体育测试时，无需纸笔，在现场就可以将数据录入存储，完成后可以通过通信口导入计算机存储。200910312161.3和200910312116.8公开的“人体俯卧撑无线测试系统”和“人体仰卧起坐无线测试系统”，都是以三轴加速度传感器为测量器件实现的，系统采用具有无线发射功能的微处理器为传输媒介项主机传输信息，主机可以控制32台无线姿态传感器。测试开始时，首先由无线姿态传感器测得被测者的XYZ三轴姿态，通过NRF24E1将传感器号和姿态数据发送给主机，主机接收数据后对数据进行处理，判断是否合格并进行计数，结果可以在液晶屏上显示，同时可以通过语音播报测试成绩。

从上面的这些现有技术分析，他们都只能完成单项测试或单个任务，远远不能满足大批量人群按标准测试的要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于无线传感器网络技术的体能自动化测试系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种体能自动化测试系统，包括体能测试考核管理计算机、无线网关和若干测试子系统，各个测试子系统将测试的信息传输给管理计算机，由管理计算机对测试的信息进行记录和处理；所述测试子系统包括身高体重测试子系统、3000米测试子系统、5X10米测试子系统、俯卧撑测试子系统和仰卧起坐测试子系统，其中身高体重测试子系统与管理计算机通过计算机标配RS232通信接口相连接，将测试的信息传输给管理计算机，其余的子系统通过无线网关将测试信息传输给管理计算机。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)在不影响被测者发挥的情况下完成测试。系统的各种测量传感器与系统均采用zigbee无线网络方式传输，人体运动不会受到有线的束缚；2)使用方便。各子系统采用WIFI无线网络连接，测试布置、撤收方便；3)自动化程度高，准确可靠。系统具有智能化考核软件，可以实现考试人员录入、分组、考试名单下发，测试控制、测试报表自动生成以及测试成绩上报等；4)灵活性好，通用性强。本系统所需的测试传感器数量根据实际情况可以增减，判断标准根据测试人员的性别、年龄等不同要求可以调整；5)计量测试依靠传感器和计算机自动完成，一致性好，可以从技术上保证测量结果公正性。俯卧撑和仰卧起坐测试由传感器检测人体运动时相关部位的角度变化来测量，各项测试用计算机计时，严格按照体育标准来判断。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的一种体能自动化测试系统原理示意图。

图2为俯卧撑和仰卧起坐姿态测量器原理示意图。

具体实施方式

结合图1，一种体能自动化测试系统，其特征在于，包括体能测试考核管理计算机1、无线网桥15和若干测试子系统，各个测试子系统将测试的信息传输给管理计算机1，由管理计算机1对测试的信息进行记录和处理；

所述测试子系统包括身高体重测试子系统6、3000米测试子系统7、5X10米测试子系统8、俯卧撑测试子系统9和仰卧起坐测试子系统10，其中身高体重测试子系统6与管理计算机1通过计算机标配RS232通信接口相连接，将测试的信息传输给管理计算机1，其余的子系统通过无线网桥15将测试信息传输给管理计算机1。

所述身高体重测试子系统为超声波身高体重仪6。在进行身高体重测试的时候，考核管理计算机1从考核数据库打开考核人员名单，考核者依名单上身高体重仪测量，身高体重数据通过RS232通信接口自动填入考核表，分组测试完毕并确认后上报成绩数据库。

3000米测试子系统包括3000米测试计算机2、考核者佩戴的测试号牌7和3000米测试zigbee无线网桥11。测试号牌7内含无线信号发射器并由考核者佩戴，3000米测试zigbee无线网桥11设置于跑道的终点处，并与3000米测试计算机2的无线网卡相连接。本系统可以一次对多个考核者进行测量，通常可以60人为一个考核组，在考核者起跑时测试计算机2开始计时，各考核者携号牌7经过跑道终点的zigbee无线网桥11时，zigbee无线网桥接收到考核者号牌内无线信号发射器发出的信号并传输给测试计算机2，测试计算机2记录各考核者跑步时间，最后一圈到终点的时间定为考核者的3000m跑成绩。通过调整号牌7内无线信号发射器的发射功率，可以保证测试者只有处于跑道终点zigbee无线网桥11的一个较小距离内(通常为3-5米)时，无线网桥11才能接收到信号。分组测试完毕并确认后上报成绩数据库。

5X10米测试子系统包括5X10米测试计算机3、红外跑道器8和5X10米测试zigbee无线网桥12。5X10米测试子系统可以对多名考核者进行测试，跑道器的数量可以根据需要进行设置，通常可以6人为一组占用6条跑道，在每条跑道距离起点10m安装红外跑道器8。红外跑道器8发射红外线，以测试者经过跑道器并遮断红外光线时进行计时和计数，测试结果通过zigbee无线网桥12传输给测试计算机3。分组测试完毕并确认后上报成绩数据库。

俯卧撑测试子系统包括俯卧撑姿态测量器9、俯卧撑测试zigbee无线网桥13、显示器15和俯卧撑测试计算机4，俯卧撑姿态测量器9固定在待测人员的大臂，该姿态测量器通过俯卧撑测试zigbee无线网桥13与俯卧撑测试计算机4的无线网卡相连接，将测试的结果输送给俯卧撑测试计算机4，显示器15与俯卧撑测试计算机4相连接，实时显示俯卧撑测试的结果。如图2所示，所述俯卧撑姿态测量器9包括双轴加速度传感器18、电源电路19、可充电电池20和zigbee处理器17，可充电电池20通过电源电路19与双轴加速度传感器18和zigbee处理器17相连接，为其提供电源；双轴加速度传感器18与zigbee处理器17相连接，将检测到的姿态信号发送给zigbee处理器17。俯卧撑测试子系统也可以一次对多个测试者进行测试，通常以5～10人为一组，考核者佩戴姿态测量器9，启动测试后，考核者做标准俯卧撑动作则计数，不标准动作不计数，在规定时间内自动填入上报成绩表。测试者可以通过显示器实时看到俯卧撑测试的结果。

仰卧起坐测试子系统包括仰卧起坐姿态测量器10、仰卧起坐测试zigbee无线网桥14、仰卧起坐测试显示器16和仰卧起坐测试计算机5，仰卧起坐姿态测量器10固定于待测人员头上并通过仰卧起坐测试zigbee无线网桥14和仰卧起坐测试计算机5的无线网卡相连接，将测试结果输送给仰卧起坐测试计算机5，仰卧起坐测试显示器16与仰卧起坐测试计算机5相连接，实时显示仰卧起坐测试的结果。如图2所示，仰卧起坐姿态测量器包括双轴加速度传感器18、电源电路19、可充电电池20和zigbee处理器17，可充电电池20通过电源电路19与双轴加速度传感器18和zigbee处理器17相连接，为其提供电源；双轴加速度传感器18与zigbee处理器17相连接，将检测到的姿态信号发送给zigbee处理器17。仰卧起坐测试子系统也可以一次对多名测试者进行测试，通常以5～10人为一组。考核者佩戴安有姿态测量器9的测量帽，启动测试后，考核者做标准仰卧起坐动作则计数，不标准动作不计数，在规定时间内自动填入上报成绩表。测试者可以通过显示器实时看到仰卧起坐测试的结果。

上述双轴加速度传感器18为ADXL213加速度传感器，提供经过信号调理、占空比调制的输出，其信号可由微控制器直接测量，微控制器为zigbee处理器。zigbee处理器17为无线片上系统CC2430。zigbee处理器17是姿态测量器的微控制器和zigbee网桥的无线收发器。

进行俯卧撑或仰卧起坐测试时的工作过程描述如下：测试前先把姿态测量器固定在被测者身体合适位置，将显示器放在便于被测者观察的位置，在计算机上通过测试软件确定角度差和时间，确定后计算机将通过zigbee将判定标准发送到姿态测量器，开始测试后，姿态测量器以加速度传感器测量人体姿态，姿态信息经zigbee无线片上系统CC2430处理，判断动作是否合格到位，并通过zigbee处理器同时传送到液晶显示器显示和计算机，被测者可以通过放置在合适位置的液晶显示器实时了解自己的测试情况，计算机则可以接收并存储处理测试信息。启动后，在规定时间内，姿态测量器每当计数值加一后就把个数上传，当达到规定时间后，姿态测量器自动停止测量。具体如下：

根据标准俯卧撑的动作，手臂从弯曲到支撑直过程中，大臂需要达到一定的角度变化，因此将姿态测量器固定在人的大臂上，这样测量得到的角度信息能相对真实的模拟出俯卧撑过程中的动作变化情况。虽然利用一维的加速度就可以测量到大臂的角度变化，但是，由于加速度传感器在大角度时测量精度下降，因此单独采用单轴加速度传感器测量姿态变化效果欠佳，由于本发明选用双轴的加速度传感器，可以检测两个互相垂直轴向的加速度值，所以利用这两个轴向垂直的关系，将一个轴向上的大角度值用另一轴向的小角度值来配合判断，这样测量得到的姿态变化精度较高。zigbee处理器通过对测量得到的角度值进行数据分析，通过最大值、最小值以及两者之间的角度差来判断动作是否标准，如果达到标准则计数值加一，即做到一个符合标准的俯卧撑，并把结果通过zigbee发送到液晶显示器和相应的计算机。

在进行仰卧起坐测试时，根据标准仰卧起坐的动作，人体从仰卧曲到起坐过程中，上身需要达到从平躺到接近垂直地面的角度变化，因此将姿态测量器以测试帽的形式固定在被测者的头上，这样测量得到的角度信息能相对真实的模拟出仰卧起坐过程中的动作变化情况。虽然利用一维的加速度就可以测量到上半身的角度变化，但是，加速度传感器不能固定得与仰卧起坐的运动方向垂直，否则单独采用单轴加速度传感器无法测量姿态变化，由于本发明选用双轴的加速度传感器，可以检测两个互相垂直轴向的加速度值，所以利用这两个轴向垂直的关系，至少一个轴向上的角度变化可以用来判断。zigbee处理器通过对测量得到的角度值进行数据分析，通过最大值、最小值以及两者之间的角度差来判断动作是否标准，如果达到标准则计数值加一，即做到一个符合标准的仰卧起坐，并把结果通过zigbee发送到液晶显示器相应的计算机。

本发明的体能自动化测试系统以zigbee无线网桥连接3000m、5X10m、俯卧撑和仰卧起坐测试子系统与考核笔记本计算机，身高体重测试子系统通过RS232通信接口与主控计算机相连接，用笔记本计算机自带的无线网卡通过WIFI无线网桥构成考核计算机局域网，其覆盖范围在整个操场。5台考核笔记本计算机安装相同的考核软件，通过设置可设置为各考核分系统的控制计算机，通过该网络实现考试人员分组、考试名单下发，测试控制以及测试成绩上报等，如果测试人员不是很多，也可以由一台考核计算机分别完成5项测试任务。系统以zigbee无线传感器网络完成测量传感器和考核计算机的无线通信，以WIFI完成各考核计算机之间的联网。

Claims

1.一种体能自动化测试系统，其特征在于，包括体能测试考核管理计算机[1]、无线网关[15]和若干测试子系统，各个测试子系统将测试的信息传输给管理计算机[1]，由管理计算机[1]对测试的信息进行记录和处理；

所述测试子系统包括身高体重测试子系统、3000米测试子系统、5X10米测试子系统、俯卧撑测试子系统和仰卧起坐测试子系统，其中身高体重测试子系统[6]与管理计算机[1]通过计算机标配RS232通信接口相连接，将测试的信息传输给管理计算机[1]，其余的子系统通过无线网关将测试信息传输给管理计算机[1]。

2.根据权利要求1所述的体能自动化测试系统，其特征在于，所述身高体重测试子系统为超声波身高体重仪[6]。

3.根据权利要求1所述的体能自动化测试系统，其特征在于，3000米测试子系统包括3000米测试计算机[2]、考核者佩戴的测试号牌[7]和3000米测试zigbee无线网桥[11]，测试号牌[7]内含无线信号发射器并由考核者佩戴，3000米测试zigbee无线网桥[11]设置于跑道的终点处并与3000米测试计算机[2]的无线网卡相连接。

4.根据权利要求1所述的体能自动化测试系统，其特征在于，5X10米测试子系统包括5X10米测试计算机[3]、红外跑道器[8]和5X10米测试zigbee无线网桥[12]，红外跑道器[8]发射红外线，以测试者经过跑道器并遮断红外光线时进行计时和计数，并将测试的结果通过5X10米测试zigbee无线网桥[12]传输给5X10米测试计算机[3]。

5.根据权利要求1所述的体能自动化测试系统，其特征在于，俯卧撑测试子系统包括俯卧撑姿态测量器[9]、俯卧撑测试zigbee无线网桥[13]、显示器[15]和俯卧撑测试计算机[4]，俯卧撑姿态测量器[9]固定在待测人员的大臂，该姿态测量器通过俯卧撑测试zigbee无线网桥[13]与俯卧撑测试计算机[4]的无线网卡相连接，将测试的结果输送给俯卧撑测试计算机[4]，显示器[15]与俯卧撑测试计算机[4]相连接，实时显示俯卧撑测试的结果。

6.根据权利要求1所述的体能自动化测试系统，其特征在于，仰卧起坐姿态测量器[10]、仰卧起坐测试zigbee无线网桥[14]、仰卧起坐测试显示器[16]和仰卧起坐测试计算机[5]，仰卧起坐姿态测量器[10]固定于待测人员头上并通过仰卧起坐测试zigbee无线网桥[14]和仰卧起坐测试计算机[5]的无线网卡相连接，将测试结果输送给仰卧起坐测试计算机[5]，仰卧起坐测试显示器[16]与仰卧起坐测试计算机[5]相连接，实时显示仰卧起坐测试的结果。

7.根据权利要求5所述的体能自动化测试系统，其特征在于，所述俯卧撑姿态测量器包括双轴加速度传感器[18]、电源电路[19]、可充电电池[20]和zigbee处理器[17]，可充电电池[20]通过电源电路[19]与双轴加速度传感器[18]和zigbee处理器[17]相连接，为其提供电源；双轴加速度传感器[18]与zigbee处理器[17]相连接，将检测到姿态信号发送给zigbee处理器[17]。

8.根据权利要求6所述的体能自动化测试系统，其特征在于，仰卧起坐姿态测量器包括双轴加速度传感器[18]、电源电路[19]、可充电电池[20]和zigbee处理器[17]，可充电电池[20]通过电源电路[19]与双轴加速度传感器[18]和zibgee处理器[17]相连接，为其提供电源；双轴加速度传感器[18]与zigbee处理器[17]相连接，将检测到姿态信号发送给zigbee处理器[17]。

9.根据权利要求7或8所述的体能自动化测试系统，其特征在于，双轴加速度传感器[10]为ADXL213加速度传感器，提供经过信号调理、占空比调制的输出，其信号可由微控制器直接测量。

10.根据权利要求10所述的体能自动化测试系统，其特征在于，所述微控制器为zigbee处理器。