CN105833511A - 一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，包括传感元件、中央处理模块、数码显示板、LED灯带、扬声器和仪器本体，传感元件为柔性阵列压力传感器，传感元件产生传感信号并传输给中央处理模块；中央处理模块包括传输模块、微控制器、显示模块、语音模块和存储模块，微控制器经传输模块接收传感元件的传感信号并将传感信号转换为数字信号，再将数字信号传输至显示模块、语音模块和存储模块；显示模块驱动数码显示板显示摸高值；语音模块驱动扬声器播报摸高值；存储模块存储摸高数据；本发明采用柔性阵列压力传感器作为传感元件，检测精度、可靠性和稳定性更高；具有检测模式和训练模式；支持数码显示、语音播报、数据无线传输与下载。

Description

一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器及其工作方法
技术领域
本发明属于电子测量仪器技术领域，特别是涉及一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器及其工作方法。
背景技术
摸高高度的测量是运动训练中必不可少的测试，是一项基本身体素质和能力的测试，其广泛应用于学生体质测试、体能锻炼、运动员和军人专业训练、人才选拔、竞技体育科研等诸多领域，特别是运动员专业训练中跳跃摸高的测量，要求测试摸高高度的准确性。
传统的摸高器材具有测量误差比较大，需要人为读数和使用不方便等特点。而电子摸高器则以数字显示，具有自动语音播报功能，而且具有测量精度高等优点，有着广泛的应用前景。
经检索专利申请号为CN200610098134.7的专利文件，公开了电子摸高自动测量分析装置及其工作方法，装置包括依次电连接的传感部件、数据处理部件和输出部件。传感部件为机械触摸式开关或电容感应式开关或光路阻断式开关，用于获得摸高数据并与外壳相固定连接；数据处理部件为嵌入式模块，由接口件和单片机组成，用于接收摸高数据，并对其进行处理和分析；输出部件含有显示器、语音提示器和数据传输接口，用于数字显示和语音提示摸高值，以及将数据处理部件处理后的数字信号送往上位计算机。工作方法包括接收和处理传感部件的开关信号，设定装置的工作状态，产生一个数据处理的模式，对接收的摸高或净高数据进行处理并形成数据库，据此判断被测量者的体能或供运动员选材，指导科学训练。
虽然该专利提供了一种电子摸高自动测量装置，比手动测量高度精确了许多，但是，这种摸高器还存在以下不足之处：
1.这种传统面板式电子摸高器，采用机械触摸开关作为传感元件用于摸高，长时间的触摸会导致开关易坏、易变不灵敏等故障，从而导致测量精度降低，测量稳定性低等异常现象；
2.这种传统面板式电子摸高器，还存在粘结失效、接触不良误报等问题；
3.这种传统面板式电子摸高器，工作模式单一；
4.这种传统面板式电子摸高器，不可以储存用户的训练数据，不支持联网，这样在当今智能化的社会，是不能满足用户的需求的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器及其工作方法，本发明所公开的智能摸高器以柔性阵列压力传感器作为传感元件，并采用模块化设计方法，解决了传统面板式数字摸高器所存在的粘结失效、接触不良误报等问题，实现了摸高高度数字化显示、语音化播报、数据无线传输与下载、游戏化训练等功能，本发明具有性能稳定、运行可靠、性价比高等特点，在学生体质测试、体能锻炼、运动员/军人专业训练、人才选拔、竞技体育科研等诸多领域具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，包括传感元件、中央处理模块、数码显示板、LED灯带、扬声器和仪器本体，所述传感元件为柔性阵列压力传感器，所述柔性阵列压力传感器将检测到摸高按压位置的传感信号传输给中央处理模块；所述中央处理模块包括传输模块、微控制器、显示模块、语音模块和存储模块，其中微控制器中包括A/D转换器；所述微控制器通过传输模块接收传感元件获取的传感信号，且微控制器将传感信号通过A/D转换器转换为数字信号；继而微控制器将转换后的数字信号传输至显示模块、语音模块和存储模块；所述数字信号经显示模块处理后，所述显示模块驱动数码显示板显示摸高高度；所述数字信号经语音模块处理后，所述语音模块驱动扬声器播报摸高高度和激励语；所述存储模块存储摸高高度数据。
进一步地，所述传感元件采用一体化印刷成型平面式的柔性阵列压力传感器，所述柔性阵列压力传感器基于电阻式结构。
进一步地，所述中央处理模块通过对传感元件检测到的传感信号进行行列扫描，继而确定摸高的高度。
进一步地，所述LED灯带与传输模块电连接，所述LED灯带通过传输模块接收微控制器发出的数字信号，所述LED灯带通过数字信号控制开启点亮，继而LED灯带跟随柔性阵列压力传感器受到触摸时被按压的位置而点亮，从而提供灯光效果，便于用户清晰看到摸高位置。
进一步地，所述LED灯带为两条，传感元件、数码显示板和LED灯带安装在仪器本体的正面面板上，所述传感元件位于仪器本体正面面板的正中央区域，所述数码显示板位于传感元件的正上方，所述两条LED灯带与传感元件同等长度且位于传感元件的两侧，所述中央处理模块和扬声器安装在仪器本体的背面。
进一步地，所述传输模块通过蓝牙等无线传输方式与手机/PAD等手持设备联网交互，实现用户信息的录入，用户信息包括用户姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度，并且支持下载用户测试数据；传输模块通过USB接口与计算机连接，从而通过计算机客户端读取用户数据和更新用户数据库。
进一步地，所述存储模块包括FLASH存储器，所述FLASH存储器用于存储用户测试数据。
进一步地，所述FLASH存储器通过数据接口导出用户测试数据。
本发明所述的智能摸高器的工作方法包括以下步骤：
步骤101，智能摸高器接通电源，上电操作；
步骤102，对智能摸高器进行初始化设置；
步骤103，用户根据智能摸高器的悬挂高度，设置基准高度并保存下来；
步骤104，用户进行模式选择，智能摸高器具有检测模式和训练模式，检测模式即测试用户的摸高高度，训练模式即根据用户初次测试的摸高高度和用户输入的身高、年龄等个人信息选择训练游戏和难度进行摸高训练，用户根据需求选择a检测模式或者b训练模式，若选择a则执行步骤105，若选择b则执行步骤106；
步骤105，选择a则进入检测模式即测试摸高高度；
步骤106，选择b则进入训练模式，即输入用户基本信息，如姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度等个人信息，从而选择训练游戏和难度；
步骤107，用户在静止站立或跳跃的情况下，通过按压智能摸高器面板上的传感元件，从而使传感元件产生与按压位置对应的传感信号，并将传感信号通过传输模块传输给中央处理模块；
步骤108，中央处理模块对传感信号进行处理后计算出摸高高度，并通过显示模块驱动数码显示板显示出摸高高度，同时通过语音模块驱动扬声器语音播报摸高高度；
步骤109，中央处理模块将用户的测试数据存储到存储模块，建立用户数据库，且据此可判断出用户的摸高能力或供运动员选材，从而指导科学训练。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用柔性阵列压力传感器作为摸高器的传感检测元件，通过行列扫描检测触摸时传感器的按压位置确定摸高的高度，高密度和阵列化的柔性压力传感器使得摸高检测精度更高；
2.本发明采用一体化印刷成型的柔性阵列压力传感器作为摸高器的传感检测元件，不会出现粘结失效、接触不良和误报等问题，确保了摸高器运行的可靠性和稳定性，且更便于维护；
3.本发明具有检测模式和训练模式，检测模式即测试用户的摸高高度，训练模式即根据用户初次测试的摸高高度和输入身高、年龄等信息选择训练游戏和难度进行摸高训练；
4.本发明和传统的电子摸高器相比，本发明更加智能，具体是，通过数码显示板实时显示摸高高度，同时通过扬声器语音播报摸高高度和激励语，且LED灯带跟随触摸到的传感器位置而点亮，从而提供灯光效果；还支持通过蓝牙等无线传输方式与手机/PAD等手持设备联网交互的功能，从而实现用户信息录入和用户测试数据下载，并且具有支持数据存储和数据EXCEL表格导出功能，还支持联网。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的后视图；
图3为本发明的系统框图；
图4为本发明的工作流程图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-传感元件，2-中央处理模块，3-数码显示板，4-LED灯带，5-扬声器，6-仪器本体，7-微控制器，8-显示模块，9-语音模块，10-传输模块，11-存储模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-3所示，为本发明的示意图。本发明为一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，包括传感元件1、中央处理模块2、数码显示板3、LED灯带4、扬声器5和仪器本体6，
传感元件1采用的是柔性阵列压力传感器，用户在静止站立或跳跃的情况下，通过按压智能摸高器面板上的传感元件1，从而使传感元件1产生与按压位置对应的传感信号，然后传感元件1再将该传感信号传输给中央处理模块2；
中央处理模块2包括传输模块10、微控制器7、显示模块8、语音模块9和存储模块11，其中微控制器7中包括A/D转换器；微控制器7通过传输模块10接收传感元件1获取的传感信号，然后微控制器7将传感信号通过A/D转换器转换为数字信号；继而微控制器将转换后的数字信号传输至显示模块8、语音模块9和存储模块11；数字信号经显示模块8处理后，通过显示模块8驱动数码显示板3将摸高高度显示出来；同时数字信号经语音模块9处理后，再通过语音模块9驱动扬声器5播报摸高高度和激励语，存储模块11存储检测到的摸高高度数据。
其中传感元件1采用的是一体化印刷成型的平面式的柔性阵列压力传感器，该柔性阵列压力传感器的基本单元最小尺寸为1cm2，点阵密度在1个压力敏感点/cm2～9个压力敏感点/cm2之间，其特性为：柔性阵列压力传感器基于电阻式结构，上层柔性基材、下层柔性基材采用耐高温聚酯薄膜，上层柔性基材、下层柔性基材经过电晕处理以防止静电干扰，上层柔性基材、下层柔性基材上分别印刷有敏感层，敏感层包括分层依次印刷的导线银浆层、绝缘层、粘合丝印胶层以及应变电阻浆料层，其中导线银浆层最接近上层柔性基材和下层柔性基材，且导线银浆层设有银浆引线；上敏感层和下敏感层组成网格状测量回路，压力敏感点位于网格的各个节点处，柔性阵列压力传感器通过银浆引线输出信号。
中央处理模块2通过行列扫描的方式确定柔性压力传感器受到触摸时被按压的位置坐标，继而确定摸高的高度。
LED灯带4与传输模块10电连接，LED灯带4通过传输模块10接收微控制器7发出的数字信号，LED灯带4通过数字信号控制开启点亮，继而LED灯带4跟随柔性阵列压力传感器受到触摸时被按压的位置而点亮。
LED灯带4为两条，传感元件1、数码显示板3和LED灯带4安装在仪器本体6的正面面板上，传感元件1位于仪器本体6正面面板的正中央区域，数码显示板3位于传感元件1的正上方，两条LED灯带4与传感元件1同等长度且位于传感元件1的两侧，中央处理模块2和扬声器5安装在仪器本体6的背面。
传输模块10支持通过蓝牙等无线传输方式与手机/PAD等手持设备联网交互的功能，从而实现用户信息的录入和用户测试数据的下载，用户信息包括用户姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度等信息；传输模块10通过USB接口与计算机连接，从而通过计算机客户端读取用户数据和更新用户数据库。
存储模块支持将用户的测试数据存储在FLASH存储器的功能；智能摸高器支持将用户的测试数据以EXCEL表格形式导出功能，且支持联网。
智能摸高器具有检测模式和训练模式，检测模式即测试用户的摸高高度，训练模式即根据用户初次测试的摸高高度和用户输入的个人信息选择训练游戏和难度进行摸高训练，用户输入的个人信息包括用户姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度等信息。
请参阅图4所示，为本发明的工作流程图。本发明所述的智能摸高器的工作方法包括以下步骤：
步骤101，智能摸高器接通电源，上电操作；
步骤102，对智能摸高器初始化设置；
步骤103，用户根据智能摸高器的悬挂高度，设置基准高度并保存下来；
步骤104，进行模式选择，智能摸高器具有检测模式和训练模式，选择检测模式时，即测试用户站立或跳跃起来时的摸高高度；选择训练模式时，即根据用户初次测试的摸高高度和输入的用户年龄、性别、身高和上下肢长度等个人信息选择训练游戏和难度进行摸高训练，从而进行科学训练指导，用户根据需求选择a检测模式或者b训练模式，若选择a则执行步骤105，若选择b则执行步骤106；
步骤105，选择a则进入检测模式即测试摸高高度；
步骤106，选择b则进入训练模式，即输入用户基本信息，如姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度等个人信息，从而选择训练游戏和训练难度；
步骤107，用户在静止站立或跳跃的情况下，通过按压智能摸高器面板上的传感元件1，从而使传感元件1产生与按压位置对应的传感信号，并且传感元件1将传感信号通过传输模块10传输给中央处理模块2；
步骤108，中央处理模块2对传感信号进行处理后计算出摸高高度，然后通过显示模块8驱动数码显示板3显示出摸高高度，同时通过语音模块9驱动扬声器5语音播报摸高高度，并且面板上的LED灯带4会跟随传感元件1的按压位置而点亮，从而提供灯光效果，便于用户清晰看见触摸位置；
步骤109，中央处理模块2将用户的测试数据存储到存储模块11，继而建立用户数据库，并且据此可判断用户的摸高能力或供运动员选材，从而指导科学训练。
综上所述，本发明具体是这样工作的：先将智能摸高器接通电源，进行初始化，初次测量时，输入用户姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度等个人信息，通过按压智能摸高器面板上的传感元件1，从而使传感元件1产生与按压位置对应的传感信号，并且传感元件1将传感信号通过传输模块10传输给中央处理模块2；中央处理模块2通过行列扫描检测对传感元件1发来的传感信号进行分析处理并经A/D转换器转换为数字信号，然后将数字信号通过显示模块8驱动数码显示板3显示出摸高高度，同时通过语音模块9驱动扬声器5语音播报摸高高度，且面板上的LED灯带4会跟随传感元件1的按压位置而实时点亮，从而提供灯光效果，便于用户清晰看见触摸位置；最后，中央处理模块2将用户的测试数据存储到存储模块11中，建立用户数据库，据此判断用户的摸高能力或供运动员选材，从而指导科学训练；另外，智能摸高器支持通过蓝牙等无线传输方式与手机/PAD等手持设备联网交互的功能，从而实现用户信息的录入和用户测试数据的下载，智能摸高器还支持用户测试数据转存至FLASH存储器和数据EXCEL表格导出功能，便于管理用户信息和用户测试数据。智能摸高器也可以通过USB接口连接到计算机上，打开计算机客户端即可读取用户数据并更新用户数据库。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后需要说明的是，以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，包括传感元件(1)、中央处理模块(2)、数码显示板(3)、扬声器(5)、LED灯带(4)和仪器本体(6)，其特征在于：
所述传感元件(1)为柔性阵列压力传感器，该柔性阵列压力传感器将检测到的与按压位置对应的传感信号传输给中央处理模块(2)；
所述中央处理模块(2)包括传输模块(10)、微控制器(7)、显示模块(8)、语音模块(9)和存储模块(11)；所述微控制器(7)通过传输模块(10)接收传感元件(1)获取的传感信号；所述微控制器(7)将传感信号经A/D转换器转换为数字信号，继而所述微控制器(7)将转换后的数字信号传输至显示模块(8)、语音模块(9)和存储模块(11)；所述数字信号经显示模块(8)处理后，所述显示模块(8)驱动所述数码显示板(3)显示摸高高度；所述数字信号经语音模块(9)处理后，所述语音模块(9)驱动所述扬声器(5)播报摸高高度和激励语；所述存储模块(11)存储摸高高度数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述传感元件(1)采用一体化印刷成型平面式的柔性阵列压力传感器，所述柔性阵列压力传感器基于电阻式结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述中央处理模块(2)通过对传感元件(1)检测到的传感信号进行行列扫描，继而确定摸高的高度。
4.根据权利要求1所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述LED灯带(4)与传输模块(10)电连接，所述LED灯带(4)通过传输模块(10)接收微控制器(7)发出的数字信号，所述LED灯带(4)通过数字信号控制开启点亮，继而所述LED灯带(4)跟随柔性阵列压力传感器受到触摸时被按压的位置而点亮。
5.根据权利要求1所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述LED灯带(4)为两条，所述传感元件(1)、数码显示板(3)和LED灯带(4)安装在仪器本体(6)的正面面板上，所述传感元件(1)位于仪器本体(6)正面面板的正中央区域，所述数码显示板(3)位于传感元件(1)的正上方，所述两条LED灯带(4)与传感元件(1)同等长度且位于传感元件(1)的两侧，所述中央处理模块(2)和扬声器(5)安装在仪器本体(6)的背面。
6.根据权利要求1所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述传输模块(10)通过无线传输方式与手持设备联网交互；所述传输模块(10)通过对外交互接口与计算机连接；所述无线传输方式包括蓝牙，所述手持设备包括手机和PAD，所述对外交互接口包括USB接口。
7.根据权利要求1所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述存储模块(11)包括FLASH存储器，所述FLASH存储器用于存储用户测试数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器，其特征在于：所述FLASH存储器通过数据接口导出用户测试数据。
9.一种如权利要求1所述的基于柔性阵列压力传感器的智能摸高器的工作方法，其特征在于：该工作方法包括以下步骤：
步骤101，智能摸高器接通电源，上电操作；
步骤102，对智能摸高器初始化设置；
步骤103，根据智能摸高器的悬挂高度，设置基准高度并保存下来；
步骤104，进行模式选择，智能摸高器具有检测模式和训练模式，检测模式即测试用户的摸高高度，训练模式即根据用户初次测试的摸高高度和用户输入的个人信息选择训练游戏和难度进行摸高训练，用户输入的个人信息包括姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度；用户根据需求选择a检测模式或者b训练模式，若选择a则执行步骤105，若选择b则执行步骤106；
步骤105，选择a则进入检测模式，即测试摸高高度；
步骤106，选择b则进入训练模式，即输入用户基本信息，用户基本信息包括姓名、年龄、性别、身高和上下肢长度，然后选择训练游戏和难度；
步骤107，用户在静止站立或跳跃的情况下，通过按压智能摸高器面板上的传感元件(1)，继而使传感元件(1)产生与按压位置对应的传感信号，然后传感元件(1)将传感信号通过传输模块(10)传输给中央处理模块(2)；
步骤108，中央处理模块(2)对传感信号进行处理后计算出摸高高度，继而通过显示模块(8)驱动数码显示板(3)显示摸高高度，同时通过语音模块(9)驱动扬声器(5)语音播报摸高高度；
步骤109，中央处理模块(2)将用户的测试数据存储到存储模块(11)，建立用户数据库，据此判断用户的摸高能力或供运动员选材。
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