CN108721869A - 一种引体向上自动测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种引体向上自动测试装置，包括壳体、设置在壳体内的微控制器、分别与微控制器连接的图像采集模块、音频处理模块、存储模块和舵机驱动电路，在壳体侧面还分别设有IC卡读取模块、USB接口和网络接口，图像采集模块设置在壳体顶端。该装置通过融入了机器学的图像处理算法进行自动测试识别，同时融合了语音识别的方法进行人机交互，并以网络数据库的形式进行数据自动存储与更新网页显示，降低了硬件成本，简洁了机械结构，提高了交互能力。

Description

一种引体向上自动测试装置
技术领域
本发明涉及一种基于嵌入式移动终端的引体向上测试装置，具体是一种基于树莓派的引体向上自动测试装置。
背景技术
《国家学生体质健康标准》测试要求所有初高中和大学男生必须进行引体向上测试，并规定了具体的动作规范，这给测试老师带来了一项非常繁琐的工作任务。现有的测试模式主要是依赖人工测试评分，人工评测存在主观偏差和计数、计时误差，且大规模测试易出现工作疲劳。传统的引体向上测试需要人工监考，主观性大，标准不统一，使得考试成绩出现不公平现象。此外，监考老师需要打印每个考生的个人信息，然后将考生成绩填入表格，费时费力。
目前也有一些公司和学者提出了一些智能测试系统，如2014年五邑大学的赵素芳的硕士论文中利用了微软公司的Kinect传感器、PC机实现了引体向上的计数。2015年罗亮等公开的《自动防作弊引体向上测试仪》【CN204891143】利用两个传感器支架、计数控制器、防作弊检测传感器、PC机、主机和防作弊垫、外部存储USB模块、无线WIFI模块、语音模块、RFID模块、扬声器等实现了整个测试，并通过WIFI模块将数据发送给PC机。2016年胡振禹的发明《超声波引体向上测试仪及其控制方法》【CN105944363A】使用了单片机、超声波探头、红外探头、语音播报器来进行自动测试。2012年尹科奇公开的【103310179A】《一种基于人脸识别技术的最优姿态检测方法及系统》中就涉及到了人脸五官定位但并没很好的运用到引体向上仪器中来。对于现有的引体向上测试仪，基本依赖于高精度的传感器，成本高，不易安装、维护费用高，对于这种单独基于PC机网络数据共享模式，在户外就很难实现网络数据的更新和存储，而且PC机成本高，不易于携带，在现有的引体向上测试设备中缺少在网络平台中进行测试过程复查的功能。总之，现有的引体向上测试设备结构复杂，交互能力差，自动化程度低，网络数据化不强，硬件成本高，因此，市场急需一种简洁、方便的全自动智能测试系统。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于树莓派的引体向上自动测试装置，该系统通过融入了机器学的图像处理算法进行自动测试识别，同时融合了语音识别的方法进行人机交互，并以网络数据库的形式进行数据自动存储与更新网页显示，降低了硬件成本，简洁了机械结构，提高了交互能力。
实现本发明目的的技术方案是：
一种引体向上自动测试装置，包括壳体、设置在壳体内的微控制器、分别与微控制器连接的图像采集模块、音频处理模块、存储模块和舵机驱动电路，在壳体侧面还分别设有IC卡读取模块、USB接口和网络接口，图像采集模块设置在壳体顶端。
所述微控制器为树莓派微控制器，用于视频图像的处理和统计计数，搭载应用软件，连接网络。
所述图像采集模块为USB摄像头，通过支架和两个舵机固定在壳体顶部中央，用于测试前的二维码扫码登录，以及测试过程的视频图像采集，其中：
第一个舵机用于调节摄像头竖直方向；
第二个舵机用于调节摄像头水平方向。
所述音频处理模块包括蓝牙音箱和蓝牙耳麦，分别用于语音播报和语音识别中的信号采集。
进一步的，在壳体顶端还设有SIM900A模块。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明使用普通摄像头来采集信息和录制测试过程，以嵌入式移动终端来处理图形并获得测试结果，以触摸屏和语音识别技术来进行人机交互，并以WIFI、有线网络和4G网共存的模式来保证网络通讯。该测试系统能够很好的满足引体向上测试的自动化测试的需求，解决了现有半自动化技术的机械结构复杂的问题，避开了对于高精度传感器的依赖，同时也解决了一些测试中需要穿戴传感器的困惑，降低了成本，同时也确保了很好的人机交互和网络通讯，使得测试成绩和测试过程可复查。
附图说明
图1是本发明的整体安装示意图；
图2是本发明实施例的结构示意图；
图3是本发明的通讯结构示意图；
图4是本发明的测试过程成流程图；
图中：1.蓝牙音箱 2.测试系统设备 2-1.SIM900A模块 2-2.USB摄像头2-3.IC卡读取模块 2-4.USB接口 2-5.以太网接口 2-6.Class10高速内存卡 2-7.树莓派 2-8.触摸屏 2-9.第一舵机 2-10.第二舵机 3.支撑架
具体实施方式
如图1-2所示，一种引体向上自动测试装置，包括树莓派2-7及与其相连的USB摄像头2-2，触摸屏2-8，蓝牙音箱1和耳麦，IC卡读取模块2-3，SIM900A模块2-1，Class10高速内存卡2-6，云服务器。
所述的树莓派2-7单板机用于视频图像的处理和统计计数，搭载应用软件，连接网络；
所述的USB摄像头2-2通过第一舵机2-9和第二舵机2-10固定在壳体上，用于测试前的二维码扫码登录，以及测试过程的视频图像采集；
所述的触摸屏2-8用于用户登录、成绩查询等人机交换；
所述的蓝牙音箱1用于语音播报；
所述的蓝牙耳麦用于语音识别中的信号采集；
所述的IC卡读取模块2-3用于身份信息的读取；
所述的SIM900A模块2-1插入4G电话卡来连接网络；
所述的Class10高速内存卡2-6安装系统必要的驱动系统软件，测试结果和视频的存储。
所述的云服务器用来搭载数据库和网页页面文件。
所述的支撑架3用来固定测试系统设备；
本发明还采用以下方法实现：上述引体向上自动测试装置在实际应用中的实现方法如下：
步骤S1：把蓝牙音箱固定在单杠的横杆左端紧贴右边竖杆打开音箱开关，把树莓派的引体向上自动测试系统设备放到单杠正前方，链接蓝牙音箱，开启录像功能，保证整个单杠以及单杠的底部到单杠以上30厘米到40厘米在镜头内，并调好焦距固定好测试设备和摄像头，通过树莓派的内置网络模块或SIM900A模块连接网络。
步骤S2：被测试人员听到“XX验证身份开始测试”，在30秒钟内刷卡或者输入账号密码或者点击扫码微信登录开始测试。若30秒内未登录将提示下一位，改为对最后一位进行测试。
步骤S3：登录成功后系统将播报“双手握住单杠身体自然下垂”,此时系统再开启两个线程Thread01和线程Thread02，线程Thread01拍摄一段视频，通过人脸检测和下颚特征检测相结合,提取视频帧中人脸和下颚的中心位置(xn,yn)，(xj,yj)，单杠的纵向坐标yv，然后用(yn-yv)获得被测试人双手握住单杠身体自然下垂时脸到杆的垂直距离H1，以及(yj-yn)得到人脸中心到下颚的垂直距离H2；线程Thread2为语音识别线程，被测试人员完成操作后，可通过耳麦回复“开始”或者等待5秒，系统播报“开始测试”后，开始测试，关闭线程Thread01和线程Thread02。
步骤S4：系统开启记录视频线程Thread03和图像处理线程Thread04，当出现头到杆的距离超过H1或者测试时间超过120秒后停止记录，并关闭线程线程Thread03和Thread04。系统开启图像处理线程，对录制的视频帧进行处理，每5帧处理1帧，进行人脸检测，获得每一次人脸中心坐标在杆上面离杆最远和人脸杆中心坐标在杆下面离杆最远的脸部的中坐标(xm,ym),并将脸部中心坐标垂直坐标ym与单杠的垂直方向坐标yv求差获得距离Hm并与步骤S4中的H1，H2做差进行测试判断。
ym-yv＝Hm (1)
其中(2)中的n的取值是(0.75，1)可通过系统界面设置的，默认值是0.9。通过H>nH1，数据累加器Count1自加1，H<-nH2时累加器Count2自加1，视频帧处理完后，以Count1和Count2中最小的值为引体向上测试的个数。
步骤S5：系统本地存储测试数目同时更新网络数据库、播报成绩、触摸屏显示成绩，返回步骤S2。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明使用普通摄像头来采集信息和录制测试过程，以嵌入式移动终端来处理图形并获得测试结果，以触摸屏和语音识别技术来进行人机交互，并以WIFI、有线网络和4G网共存的模式来保证网络通讯。该测试系统能够很好的满足引体向上测试的自动化测试的需求，解决了现有半自动化技术的机械结构复杂的问题，避开了对于高精度传感器的依赖，同时也解决了一些测试中需要穿戴传感器的困惑，降低了成本，同时也确保了很好的人机交互和网络通讯，使得测试成绩和测试过程可复查。

Claims (5)

1.一种引体向上自动测试装置，其特征是：包括壳体、设置在壳体内的微控制器、分别与微控制器连接的图像采集模块、音频处理模块、存储模块和舵机驱动电路，在壳体侧面还分别设有IC卡读取模块、USB接口和网络接口，图像采集模块设置在壳体顶端。
2.根据权利要求1所述的引体向上自动测试装置，其特征是：所述微控制器为树莓派微控制器，用于视频图像的处理和统计计数，搭载应用软件，连接网络。
3.根据权利要求1所述的引体向上自动测试装置，其特征是：所述图像采集模块为USB摄像头，通过支架和两个舵机固定在壳体顶部中央，用于测试前的二维码扫码登录，以及测试过程的视频图像采集，其中：
第一个舵机用于调节摄像头竖直方向；
第二个舵机用于调节摄像头水平方向。
4.根据权利要求1所述的引体向上自动测试装置，其特征是：所述音频处理模块包括蓝牙音箱和蓝牙耳麦，分别用于语音播报和语音识别中的信号采集。
5.根据权利要求1所述的引体向上自动测试装置，其特征是：在壳体顶端还设有SIM900A模块。
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