CN105944363B - 超声波引体向上测试仪及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波引体向上测试仪，其特征在于：包括MCU以及与其相连的超声波探头、红外探头、语音播报器、电子显示屏；所述超声波探头用以实时测量人体头顶位移间距并记录人体引体向上的次数，所述红外探头用以检测手腕或前臂前端是否位于其检测路径上以及位于其检测路径上的时长。本发明采用超声波探头实时测量人体头顶位移间距，把有效距离的变化重复次数转化成电信号，结合红外探头进行人体感应和计时，记录引体向上次数的计数方法。该测试仪克服了现有技术中人工检测以及半自动检测的误差，使得测量结果更加精准，符合国家测试标准。
Description
技术领域
本发明涉及引体向上测试设备领域，特别是涉及一种超声波引体向上测试仪及其控制方法。
背景技术
一、引体向上是发展学生的躯干和上肢肌肉力量的锻炼项目。2013年开始《国家学生体质健康标准》测试把引体向上作为初高中和大学各年级男生必测项目之一，并对引体向上规定了具体的动作标准和测试方法。测试方法为“受试者跳起双手正握杠，两手与肩同宽成直臂悬垂，静止后两臂同时用力引体，上拉到下颌超过横杠上缘为完成一次，时间为一分钟记录引体总次数”。对测试标准提出了具体的要求。（1）受试者应双手正握单杠，待身体静止后开始测试；（2）引体向上时，下颌需超过横杠上缘，身体不得做大的摆动，也不得借助其他附加动作撑起；（3）两次引体向上的间隔时间超过10秒停止测试。因此在锻炼或测试的时候需要进行计数并检测姿势或动作是否符合标准。在现场的测试中对被测者的引体向上进行人工计数时，有的学生手臂未达到近垂直就开始做下个动作，有的下巴未达到横杠上缘状态就放下，有的被测人员垂吊在杠上休息超过10秒以上后再做动作等情况，因此在计数引体向上的次数时，出现模棱两可的状况，计数员在观察被测者引体向上动作是否达标存在主观判断因素，不仅耗费人力,还容易出错引发争议。为了规范引体向上动作标准和统一的计数尺度，引导学生进行正确练习和测试，并统一计数标准。本发明利用超声波测距（头顶位移区间）技术和红外线感应（计时、人体感应）技术相结合，经过大量人体工程学的人体骨骼尺度实验测量分析，巧妙利用物体重力原理的外观设计，创造一款实用便携的引体向上测试计数仪器。
二、在现有引体向上测试计数仪技术中，2009年马耀等利用一个检测计数单元以及一个计时计数值通告单元，分别设置在单杠器材的框体与横杆上，利用遮断红外线红和外线侦测器的方式触发计时与计数；2010年韩洪波利用测试主机和佩戴在测试者上臂部的无线姿态传感器组成系统来计数引体向上次数；2013年湖南师范大学的谭腾飞等，利用信号接收器通过支撑杆固定于单杠上接收佩戴于被测者身上的信号发射器发送的信号，根据收到的信号判断被测者所处的位置判断被测者的位置来计数引体向上； 2015年江西师范大学的袁艳等，利用磁性感应头连接磁铁用来引体向上计数；2015年邓奎等用设计的下滑轨、上滑轨、导轨、下臂固定连杆、计数器、下臂和上臂固定连杆和导轨上均匀分布有多个绑带,把计数器固定安装在导轨的顶端来计数。目前不管是使用机械运动原理还是电磁场技术还是使用红外线感应对被测者的引体向上项目进行自动检测并计数的技术，表现在结构复杂，配套设备多，不适合在户外或大规模使用，同时引体向上项目测试多在户外单杠上使用，现有技术的引体向上测试器安装复杂,不易携带移动，测试过程中较容易损坏，安装操作难以及维护难度大，易受到干扰。总之，现有的引体向上计数器材都不适合大规模范围使用，不能形成针对《国家学生体质健康标准》测试统一的引体向上计量尺度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种超声波引体向上测试仪，该测试仪克服了现有技术中人工检测以及半自动检测的误差，使得测量结果更加精准，符合国家测试标准。
本发明采用以下方案实现：一种超声波引体向上测试仪，包括MCU以及与其相连的超声波探头、红外探头、语音播报器、电子显示屏；所述超声波探头用以实时测量人体头顶位移间距并记录人体引体向上的次数，所述红外探头用以检测手腕或前臂前端是否位于其检测路径上以及位于其检测路径上的时长。
进一步地，所述超声波引体向上测试仪还包括用以设置MCU、语音播报器以及电子显示屏的箱体，所述箱体上方设置有一用以将超声波引体向上测试仪固定在单杠上的夹持装置，所述夹持装置上方设置有一探测延伸臂；所述夹持装置设置有所述红外探头，所述探测延伸臂设置有所述超声波探头。
进一步地，所述探测延伸臂设置有一温度传感器，所述温度传感器与所述MCU相连，用以对超声波的速度进行温度补偿。
进一步地，所述超声波探头通过所述探测延伸臂设置在单杠后方10厘米至20厘米，上方35厘米处。
进一步地，所述红外探头通过所述夹持装置在单杠的后下方10厘米至15厘米。
进一步地，所述夹持装置在所述超声波探头垂直线旁一定距离处。
进一步地，所述一定距离为30厘米至40厘米。
进一步地，所述MCU还连接有一用以传输测试数据的输出蓝牙设备、输入输出接口；所述输出蓝牙设备、输入输出接口设置于箱体上。
进一步地，所述MCU还连接有一可充电电池；所述可充电电池设置于箱体内。
本发明还采用以下方法实现：一种超声波引体向上测试仪的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：把超声波引体向上计数仪固定在距单杠正中30厘米至40厘米处，开启电源开关；
步骤S2：被测试人员站在所述超声波探头正下方跳起握杠，当红外探头感应到手腕为正握，即手腕或前臂前端位于杆后下方，语音播报器发出“准备”语音提示，同时超声波探头测距记录被测试人员的静止双臂悬垂时的头顶和超声波探头的距离，并保存为原始参照数据Ncm，2秒后发出“开始”语音提示，并开始记录１分钟的测试时间；
步骤S3：被测试人员双臂同时向上做引拉动作，当头顶距离超声波探头小于20cm时，发出“１”提示音，并记录为完成一次引体向上动作，显示“１”在电子显示屏上；
步骤S4：当被测试人员双臂还原成直臂悬垂到原始参照数据(N±5)cm位置时，语音播报器发出“嘀”提示音，表示可以继续做下一个引体向上的动作；
步骤S5：被测试人员双臂再次同时向上做引拉动作，当头顶再次距离超声波探头小于20cm时，发出计数提示音，再记录完成一次引体向上动作，显示当前计数值在电子显示屏上，返回步骤S4；
步骤S6：当超声波测距在10秒内未测到两次头顶离超声波探头小于20cm时；或者被测试人员已经无法继续完成引体向上动作而松开单杠，红外线2秒不能感应到被测试人员的手碗或前臂前端在单杠后下方时，自动结束超声波测距装置并语音播报“停止”；或者测试时间达到１分钟满，红外探头停上计时并自动结束超声波测距装置，并语音播报器报“测试结束”语音提示，１秒后语音播报器播报电子显示屏上显示的本次记录引体向上的总次数。
进一步地，所述原始参照数据N的取值范围为55cm至90cm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明采用超声波探头实时测量人体头顶位移间距，把有效距离的变化重复次数转化成电信号，结合红外探头进行人体感应和计时，进而记录引体向上次数的计数方法。该测试仪克服了现有技术中人工检测以及半自动检测的误差，使得测量结果更加精准，符合国家测试标准。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路原理示意图。
图中：1为超声波探头，2为红外探头，3为探测延伸臂，4为单杠，5为箱体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种超声波引体向上测试仪，如图1和图2所示，包括MCU以及与其相连的超声波探头1、红外探头2、语音播报器、电子显示屏；所述超声波探头用以实时测量人体头顶位移间距并记录人体引体向上的次数，所述红外探头用以检测手腕或前臂前端是否位于其检测路径上以及位于其检测路径上的时长。当人手在单杠上的握杠方向是正握时，手腕或前臂前端会挡住红外线，所述红外探头可以感应到手腕或前臂前端；同样的，当人手在单杠上的握杠方向是反握时，所述红外探头则无法感应到手腕或前臂前端（佩戴手表位置），不能进行识别。
在本实施例中，所述超声波探头所述超声波引体向上测试仪包括用以设置MCU、语音播报器以及电子显示屏的箱体5，所述箱体5上方设置有一用以将超声波引体向上测试仪固定在单杠4上的夹持装置，所述夹持装置上方设置有一探测延伸臂3；所述夹持装置设置有所述红外探头2，所述探测延伸臂5设置有所述超声波探头1。本实施例采用上轻下重的设计，科学利用重力力学原理，并且采用夹持装置减少测试仪需要利用螺丝等附件在杠上固定的结构设计。
在本实施例中，所述探测延伸臂设置有一温度传感器，所述温度传感器与所述MCU相连，用以对超声波的速度进行温度补偿。
在本实施例中，所述超声波探头1通过所述探测延伸臂设置在单杠4后方10厘米至20厘米，上方35厘米处。
在本实施例中，所述红外探头2通过所述夹持装置在单杠4的后下方10厘米至15厘米。
在本实施例中，所述夹持装置在所述超声波探头1垂直线旁一定距离处。
在本实施例中，所述一定距离为30厘米至40厘米。
在本实施例中，所述MCU还连接有一用以传输测试数据的输出蓝牙设备、输入输出接口；所述输出蓝牙设备、输入输出接口设置于箱体上。
在本实施例中，所述MCU还连接有一可充电电池；所述可充电电池设置于箱体内。
在本实施例中，如图1所示，图中，当被测试人员站在单杠的下方跳起握杠开始，所述红外探头能感应到被测试人员手腕为正握在单杠后，语音播报“准备”，同时超声波测距装置开始自动记录被测试人头顶部与超声波探头之间的距离，并2秒后播报“开始”并计时，计时时长为一分钟，时间到后自动停止超声波测距装置并语音播报“停止”；或者被测试人员已经无法继续完成引体向上动作而松开单杠，红外线2秒不能感应到被测试人员手碗握在单杠上时，自动结束超声波测距装置并语音播报“停止”；或者完成一次引体向上动作后10秒内超声波未能感应到下一次引体向上动作时的头部有效距离变化将自动停止并语音播报“停止”。
在本实施例中，所述超声波探头位于距单杠后方10厘米至20厘米，因为超声波有一定的扩散，位于下方的单杠会造成障碍；所述超声波探头同时位于上方35厘米处，用以发射和接收超声波。超声波探头最先记录的被测试人准备做引体向上直臂悬垂状态时头顶部与探头的距离作为原始参照距离55厘米至90厘米，后面的做每一次引体向上完成后手臂成直臂悬垂时的头部与探头距离在原始参照距离正负5厘米位置，当作有效识别距离位置并发“嘀”声提示，可以继续做下一个引体向上动作；当被测试人做引体向上动作下颌过杆时头顶离探头距离小于20厘米时记数为完成一次动作，发出“嘀”声提示并报数，并记录为完成一次引体向上动作，以此反复计算次数并记录报数。值得一提的是，本实施例中，所述输出蓝牙设备用于与用户的手持终端通讯，所述手持终端设置有一APP，所述APP包括头像获取模块、信息编辑模块以及成绩表生成模块；所述的头像获取模块用于学生在测试前，对其头像进行拍照；所述信息编辑模块用于编辑该头像学生的个人信息；所述成绩表生产模块用于在所述测试仪测试结束后通过蓝牙接收测试数据，并将测试数据与对应的个人信息绑定后形成成绩表；本实施例通过手持终端的操作，能实现测试无纸化；此外，老师还能通过该手持终端对学生测试的过程进行录像，并与对应个人信息绑定，以便后续调取图像，为学生讲解那些动作不规范，以进一步规范学生的肢体动作，达到体育教学的目的。
在本实施例中，一种超声波引体向上测试仪的控制方法，包括以下步骤：（在图1中，被测试人员站在单杠后方）
步骤S1：把超声波引体向上计数仪固定在距单杠正中30厘米至40厘米处，开启电源开关；
步骤S2：被测试人员站在所述超声波探头正下方，被测试人员跳起握杠开始，当红外探头感应到手腕为正握，即手腕或前臂前端位于杆后下方，语音播报器发出“准备”语音提示，同时超声波探头测距记录被测试人员的静止直臂悬垂时的头顶和超声波探头的距离，并保存为原始参照数据Ncm，2秒后发出“开始”语音提示，并开始记录１分钟的测试时长的引体向上次数；
步骤S3：被测试人员双臂同时向上做引拉动作，当头顶距离超声波探头小于20cm时，发出“１”提示音，并记录为完成一次引体向上动作，显示“１”在电子显示屏上；
步骤S4：当被测试人员双臂还原成直臂悬垂到原始参照数据(N±5)cm位置时，语音播报器发出“嘀”提示音，表示可以继续做下一个引体向上的动作；
步骤S5：被测试人员双臂再次同时向上做引拉动作，当头顶再次距离超声波探头小于20cm时，发出计数提示音，再记录完成一次引体向上动作，显示当前计数值在电子显示屏上，返回步骤S4；
步骤S6：当超声波测距在10秒内未测到两次头顶离超声波探头小于20cm时，或者被测试人员已经无法继续完成引体向上动作而松开单杠停止测试时红外探头未能感应到手碗或前臂前端；或者测试时间达到１分钟满，红外探头停上计时并自动停止超声波测距装置，并语音播报器报“测试结束”语音提示，１秒后语音播报器播报电子显示屏上显示的本次记录引体向上的总次数。
在本实施例中，所述原始参照数据N的取值范围为55厘米至90厘米。
特别地，参照人体工程学的数据表明：引体向上测试项目针对初中以上的男生，因此青少年12岁以后的头颅长度基本定型。据福建省1000正常例初高中学生和大学生人体测量数据表明：下颌最低点到头顶的最高点长度最大值为27.9cm，最小值20.1cm, 平均(24.2±1.35)cm之间，因此把超声波探头设于杠上方35cm处；颅高（大部分学生在做引体向上时都会有意识把头颈部向后伸展以抬高下颌达握杠的上缘以完成测试的要求）最大值为22cm，最小值为15cm，平均在（17.8±1.3）cm之间，因此把被测试人做引体向上动作下颌过杆时头顶离探头距离小于20cm时记数为完成一次动作；握杆垂吊时的头部顶部与杆的距离(握杆垂吊高度—身高)最大值为47cm，最小值为20cm，平均在(33.8±3.9)cm之间，因此把直臂悬垂状态时头顶部与探头的距离（55－90）cm作为原始参照距离；肩宽最大值48.00cm,最小值30.00 cm,平均(40.5±3.5)cm之间，因此利用人体工程学原理把仪器与单杠的联接固定点设计在距超声波探头垂直线旁边30-40cm处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种超声波引体向上测试仪，其特征在于：包括MCU以及与其相连的超声波探头、红外探头、语音播报器、电子显示屏；所述超声波探头用以实时测量人体头顶位移间距并记录人体引体向上的次数，所述红外探头用以检测手腕或前臂前端是否位于其检测路径上以及位于其检测路径上的时长；包括用以设置MCU、语音播报器以及电子显示屏的箱体，所述箱体上方设置有一用以将超声波引体向上测试仪固定在单杠上的夹持装置，所述夹持装置上方设置有一探测延伸臂；所述夹持装置设置有所述红外探头，所述探测延伸臂设置有所述超声波探头；所述超声波探头通过所述探测延伸臂设置在单杠后方10厘米至20厘米，上方35厘米处；所述红外探头通过所述夹持装置在单杠的后下方10厘米至15厘米，用来感应前臂前端和腕关节。
2.根据权利要求1所述的一种超声波引体向上测试仪，其特征在于：所述夹持装置在所述超声波探头垂直线旁一定距离处。
3.根据权利要求2所述的一种超声波引体向上测试仪，其特征在于：所述一定距离为30厘米至40厘米。
4.根据权利要求1所述的一种超声波引体向上测试仪，其特征在于：所述MCU还连接有一用以传输测试数据的输出蓝牙设备、输入输出接口；所述输出蓝牙设备、输入输出接口设置于箱体上。
5.根据权利要求1所述的一种超声波引体向上测试仪，其特征在于：所述MCU还连接有一可充电电池；所述可充电电池设置于箱体内。
6.一种基于权利要求1所述的超声波引体向上测试仪的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：把超声波引体向上计数仪固定在距单杠正中30厘米至40厘米处，开启电源开关；
步骤S2：被测试人员站在所述超声波探头正下方准备，当被测试人员跳起握杠开始，红外探头感应到手腕为正握，即手腕或前臂前端位于杆后下方，语音播报器发出“准备”语音提示，同时超声波探头测距记录被测试人员的静止双臂悬垂时的头顶和超声波探头的距离，并保存为原始参照数据Ncm，2秒后发出“开始”语音提示，并开始记录1分钟时长的测试时间；
步骤S3：被测试人员双臂同时向上做引拉动作，当头顶距离超声波探头小于20cm时，发出“1”提示音，并记录为完成一次引体向上动作，显示“1”在电子显示屏上；
步骤S4：当被测试人员双臂还原直臂悬垂到原始参照数据(N±5)cm位置时，语音播报器发出“嘀”提示音，表示继续做下一个引体向上的动作；
步骤S5：被测试人员双臂再次同时向上做引拉动作，当头顶再次距离超声波探头小于20cm时，发出计数提示音，再记录完成一次引体向上动作，显示当前计数值在电子显示屏上，返回步骤S4；
步骤S6：当超声波测距在10秒内未测到两次头顶离超声波探头小于20cm时；或者被测试者双手离开单杠停止测试使红外探头未能感应到手碗或前臂前端，或者测试时间达到1分钟时长，红外探头停上计时并停止超声波探头测距计数，同时语音播报器报“测试结束”语音提示，1秒后语音播报器播报电子显示屏上显示的本次记录引体向上的总次数。
7.根据权利要求6所述的一种超声波引体向上测试仪的控制方法，其特征在于：所述原始参照数据N的取值范围为55厘米至90厘米。
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| TR01 | Transfer of patent right |