CN116966530A - 一种坐位体前屈智能测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坐位体前屈智能测试仪。本发明机械结构包括在脚蹬纵板、推动滑块、膝盖垫板、参考挡板和刻度尺。脚蹬纵板包括纵板和按钮模块，两个按钮模块设置在纵板上；膝盖位置对应的底板上放置膝盖垫板，膝盖垫板上设置有两个光敏传感器；推动滑块安装在刻度尺上，且推动滑块上设置有两个触摸传感器和一个测距传感器，在刻度尺前端固定一块参考挡板，测距传感器直接测量推动滑块与参考挡板之间的距离；脚蹬纵板一侧安装有一块显示屏，实时显示正确的测量数据。本发明能够监测受试者在姿势正确的前提下自动地实时测量并显示成绩，使用简便，功能强大，成本低廉，易于推广。

Description

一种坐位体前屈智能测试仪

技术领域

本发明涉及一种测试仪，尤其涉及一种坐位体前屈智能测试仪。

背景技术

坐位体前屈是中国大中小学体质健康测试项目，它的测试目的是测量在静止状态下的躯干、腰、髋等关节可能达到的活动幅度，主要反映这些部位的关节、韧带和肌肉的伸展性和弹性及身体柔韧素质的发展水平。现在坐位体前屈已经是中国体育中考中的必考项目之一。然而目前学校或家庭普遍使用的坐位体前屈测量仪存在如下问题：1、学生使用时无法独立完成自测，需同学或家人协助；2、使用过程中姿势规范无法保证，导致成绩不可信；3、测量仪的读数滑块容易因“碰撞”、“摇晃”等情况导致刻度成绩偏差或失效；4、测量成绩仅有长度数值，无法直接体现测试分数、成绩等级等直观的指标。

同时跟进一步的为了了解当前坐位体前屈测试仪，本发明还委托中国科学院成都科技查新咨询中心进行了查新，查新后发现我们的想法目前没有公开，为此我们搜索了其它能解决上述部分问题的产品，发现市面上的类似产品价格昂贵，并且不能满足我们设想的全部功能。于是我们结合学习过的创客类的知识，决定通过Arduino智能硬件平台，使用相关的传感器和Mixly图形化程序，改造家中现有的普通体前屈测量仪，实现设想。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种坐位体前屈智能测试仪。

本发明基于市面上普通的坐位体前屈测试仪设计制作而成。通过分体式结构，结合智能主板与传感器实现，本发明通过将智能主板与传感器加装在普通的坐位体前屈测试仪上，使其智能化。

本发明结构包括机械结构和智能设备；其中机械结构包括在脚蹬纵板、推动滑块、膝盖垫板、参考挡板和刻度尺。

脚蹬纵板包括纵板和按钮模块，两个按钮模块设置在纵板上，当双脚掌充分接触纵板时，通过直接检测纵板上的两个按钮是否按下，来确定姿势是否正确；

同时在膝盖位置对应的底板上放置膝盖垫板，膝盖垫板上设置有两个光敏传感器，用于检测光线强弱；如果膝盖伸直则膝盖接近贴地，会遮住两个光敏传感器；如果膝盖弯曲则光线强度较强；所以只要光线强度很弱则说明膝盖伸直且姿势正确。

所述的推动滑块安装在刻度尺上，且推动滑块上设置有两个触摸传感器，两手指抵住推动滑块，通过两个触摸传感器，感应手指是否接触，从而判断使用者是否正在测试中。

进一步的，推动滑块上设置有测距传感器，且在刻度尺前端(远离人体的一端)固定一块参考挡板，测距传感器直接测量推动滑块与参考挡板之间的距离，再通过基础换算就能得到体前屈的测量值。

所述的测距传感器选择低成本的超声波传感器，不管是测量范围还是测量精度已经能达到作品的需求。

脚蹬纵板一侧安装有一块显示屏，实时显示正确的测量数据，通过数据划分，也可以同时显示对应的分数和等级，同时将测量数据在存储模块存储。本发明进一步的使用一个RGB三色灯模块显示不同颜色来提示使用者当前成绩是优秀、良好还是及格，再通过MP3播放模块自动播放成绩的鼓励语音，通过视觉和听觉的刺激激励测试者努力取得更好的成绩。

本发明智能设备包括主板、触摸传感器、按钮模块、测距传感器、LCD液晶显示屏、光敏传感器、RGB三色灯模块、电源模块、MP3播放模块和存储模块、复位按键；其中感应手指的两个触摸传感器分别与主板的A3和D8引脚相连接；对应脚掌的两个按钮模块分别与主板的D3和D4引脚相连接；用于测距的测距传感器与主板的D12和D13引脚相连接；LCD液晶显示屏与主板的A4和A5引脚相连接；感应膝盖的两个光敏传感器分别与主板的A1和A2引脚相连接；用于显示成绩等级的RGB三色灯模块分别与主板的D9、D10和D11引脚相连接；用于复位的复位按键与主板的D2引脚相连接；用于语音播报的MP3播放模块与主板的D5和D6引脚相连接。电源模块为主板供电。

电源模块为锂电池，锂电池可以用市电给锂电池充电。

本发明有益效果实现如下：

本发明为了保证使用者测试姿势正确,从三个必要条件来确定姿势正确性：脚蹬纵板，既双脚掌充分接触纵板；两腿伸直，主要是膝盖不能弯曲；两手指尖都要接触来推动滑块。脚蹬纵板，通过两个按钮模块装在纵板上，直接检测两个按钮是否按下，来确定是否正确。两腿伸直，通过在膝盖位置装上两个光敏传感器，检测光线强弱，如果膝盖伸直是接近贴地的，会遮住两个光敏传感器，所以只要光线强度很弱就说明姿势正确。两手指抵住滑块，通过两个触摸传感器，感应手指是否接触，来判断使用者是否在测试中。

本发明在姿势正确的前提下自动地实时测量并显示成绩，原测量仪通过滑块在刻度尺上的位置，想要获得结果需要完成测量后旁人或者自己起身观察滑块刻度，为了让作品能自动得到结果，需要进行自动测量。这里需要测距传感器，在测量时实时检测出刻度值，我们选择使用最常见的也是低成本的超声波传感器，不管是测量范围还是测量精度已经能达到作品的需求。超声波装在滑块上，需要在固定位置给它一个参考点，在刻度尺前端固定一块挡板，超声波传感器直接测量与挡板之间的距离，再简单换算就能得到体前屈的测量值。同时

本发明希望成绩能更方便更直观的呈现给使用者。所以我们设计在纵板一侧装一块显示屏，实时显示正确的测量数据，同时还显示对应的分数和等级。同时使用一个RGB三色灯显示不同颜色来提示使用者当前成绩是优秀、良好还是及格，再通过MP3模块自动播放成绩的鼓励语音，通过视觉和听觉的刺激激励测试者努力取得更好的成绩。

本发明主要功能包括检测使用者测试姿势是否正确、在姿势正确的前提下自动地实时测量并显示成绩、指示灯显示成绩等级、语音播报、按钮复位等功能。本作品使用简便，功能强大，成本低廉，易于推广。不管在家里、学校还是考试场地上，通过本发明可以实现“一秒钟测量身体前屈度，物美价廉又智能”。

附图说明

图1为本发明设计初步示意图；

图2为本发明脚挡板示意图；

图3为本发明膝盖垫板结构示意图；

图4为本发明初步成品示意图。

图5为本发明初始化模块示意图；

图6为本发明姿势判断程序示意图；

图7为本发明使用函数示意图；

图8为本发明使用局部函数示意图；

图9为五年级坐位体测评标准示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明基于市面上普通的坐位体前屈测试仪设计制作而成。通过分体式结构，结合智能主板与传感器实现，本发明通过将智能主板与传感器加装在普通的坐位体前屈测试仪上，使其智能化。

如图1和4所示，本发明结构包括机械结构和智能设备；其中机械结构包括在脚蹬纵板、推动滑块、膝盖垫板、参考挡板和刻度尺。

如图2所示，脚蹬纵板包括纵板和按钮模块，两个按钮模块设置在纵板上，当双脚掌充分接触纵板时，通过直接检测纵板上的两个按钮是否按下，来确定姿势是否正确；

如图3所示，同时在膝盖位置对应的底板上放置膝盖垫板，膝盖垫板上设置有两个光敏传感器，用于检测光线强弱；如果膝盖伸直则膝盖接近贴地，会遮住两个光敏传感器；如果膝盖弯曲则光线强度较强；所以只要光线强度很弱则说明膝盖伸直且姿势正确。

所述的推动滑块安装在刻度尺上，且推动滑块上设置有两个触摸传感器，两手指抵住推动滑块，通过两个触摸传感器，感应手指是否接触，从而判断使用者是否正在测试中。

进一步的，推动滑块上设置有测距传感器，且在刻度尺前端(远离人体的一端)固定一块参考挡板，测距传感器直接测量推动滑块与参考挡板之间的距离，再通过基础换算就能得到体前屈的测量值。

所述的测距传感器选择低成本的超声波传感器，不管是测量范围还是测量精度已经能达到作品的需求。

脚蹬纵板一侧安装有一块显示屏，实时显示正确的测量数据，通过数据划分，也可以同时显示对应的分数和等级，同时将测量数据在存储模块存储。本发明进一步的使用一个RGB三色灯模块显示不同颜色来提示使用者当前成绩是优秀、良好还是及格，再通过MP3播放模块自动播放成绩的鼓励语音，通过视觉和听觉的刺激激励测试者努力取得更好的成绩。

本发明智能设备包括主板、触摸传感器、按钮模块、测距传感器、LCD液晶显示屏、光敏传感器、RGB三色灯模块、电源模块、MP3播放模块和存储模块、复位按键；其中感应手指的两个触摸传感器分别与主板的A3和D8引脚相连接；对应脚掌的两个按钮模块分别与主板的D3和D4引脚相连接；用于测距的测距传感器与主板的D12和D13引脚相连接；LCD液晶显示屏与主板的A4和A5引脚相连接；感应膝盖的两个光敏传感器分别与主板的A1和A2引脚相连接；用于显示成绩等级的RGB三色灯模块分别与主板的D9、D10和D11引脚相连接；用于复位的复位按键与主板的D2引脚相连接；用于语音播报的MP3播放模块与主板的D5和D6引脚相连接。电源模块为主板供电。

电源模块为锂电池，锂电池可以用市电给锂电池充电。

其中机械结构包括在脚蹬纵板、推动滑块、膝盖垫板、参考挡板和刻度尺。

进一步，本发明选用的主板是Arduino UNO主板。

进一步的，本发明具体使用方法如下：

步骤1、打开背后电池盒开关，主控板开启，显示屏正常显示。

步骤2、受试者两腿伸直在坐垫，保证双膝盖住膝盖垫板上的光敏传感器，脚底抵住脚蹬纵板，并按住脚蹬纵板上的按钮模块不放松。

步骤3、上体前屈，两臂伸直前，用两手中指尖接触推动滑块上的触摸传感器，逐渐将推动滑块向前移动，直到不能前推为止，如果姿势不标准会闪红灯(当光敏传感器没有达到要求，或脚蹬纵板上的按钮模块处于放松状态时)，需要调整好正确姿势。

步骤4、随着推动滑块向前移动，屏幕显示当前成绩，并显示分数和等级，RGB灯显示不同颜色表示优、良、及格，超过3秒成绩不变就自动语音播报成绩等级。

步骤5、结束测试，查看成绩。如果需要再次测试，可按下重置按钮，即可再次测试。

进一步的，本发明测距使用超声波传感器配合挡板，后续可以选择更精确的红外、激光等测距传感器。

进一步的，本发明可以进行识别精准化，利用图像识别等更先进的人工智能技术来更准确的判断使用者的姿势是否正确。

进一步的，主板内写入判断模块、通讯模块、数据转换模块和复位模块；

判断模块用于判断当前受试者的姿势是否标准，对接收到的触摸传感器、按钮模块和光敏传感器进行判断，当触摸传感器、按钮模块和光敏传感器均符合设置条件时，姿势标准；否则任何一个对应的条件不符合，发出警报闪烁红灯，并通过MP3播放模块播放语音；

通讯模块用于数据的传输，包括接收触摸传感器、按钮模块和光敏传感器检测到的信号，将主板的信号传输到显示屏进行显示；

数据转换模块用于将测距传感器测量得到的数据进行转换，使得转换后的显示数据符合测试要求，具体转换是超声波测距数值(厘米)+体前屈成绩数值(厘米)；同时根据体育测试项目及评分标准，将转换后的数据对应的分数和等级在显示屏显示；

复位模块设置有布尔变量“是否重置”，用于复位重置；

进一步的，本发明对于系统数据设置如下：

首先，初始化程序，所有变量参数设好初始值，其中变量‘当前距离值代表当前超声波测距数值，‘历史距离值’表示前一次测距数值，‘分数’为转换成的成绩分数，布尔变量‘是否重置‘代表是否需要复位，变量’有效成绩时间‘用于判断是否需要语音播报成绩信息，显示屏默认显示英语名称，MP3模块默认音量为最大值30，成绩指示灯处于不亮状态，如图5所示。

复位按键的功能是通过变量‘是否重置来存储是否复位的状态，并实时判断；

如图6所示，本发明在姿势正确(所有传感器数值达到要求)的条件下，开始每隔0.5秒测距，如果测距比之前的数值大，就更新并显示结果，亮等级灯。如果测试过程中膝盖弯曲，即光敏传感器数值较大时，就判断为姿势错误，停止测试并闪烁红色警报灯。

语音播报功能，测试过程中成绩有效且超过3秒不变的情况下，就判断为本次测试完成，播报语音成绩，并重置‘有效成绩时间‘变量，用于继续判断。

如图7和8所示，为本发明用到的函数模块。

进一步的，本发明调试主要是修改测距换算参数，保证显示数值是准确的。超声波测量的是滑块到挡板的距离，与正常的距离有简单的数学关系，实际关系是：超声波测距数值(厘米)+体前屈成绩数值(厘米)＝38.19(厘米)，根据测试结果，实际误差不超过0.3厘米，能达到设想的测量效果。

另外是换算条件，根据参考图9的评分表格，目前用的是网上找杭州小学生体育测试项目及评分标准(五年级)表格，程序里使用的是五年级女生的评分标准，如图9所示。

实际使用时可以根据地区、性别、年级等情况修改成对应的成绩关系评分标准。

还有测试膝盖的伸直的光线条件，在目前测试环境下，膝盖覆盖住时，串口打印的模拟数值在0到200之前，所以程序中的判断阈值设定的是200，可以根据实际情况进行调整。而光敏传感器固定的结构位置摆放需要根据使用者使用时膝盖的位置进行调整。

Claims (10)

1.一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，基于市面普通的坐位体前屈测试仪，结合智能主板与多个传感器，在能确保姿势正确的前提下自动地实时测量并显示成绩；该测试仪包括机械结构和智能设备；其中机械结构包括在脚蹬纵板、推动滑块、膝盖垫板、参考挡板和刻度尺；

脚蹬纵板包括纵板和按钮模块，两个按钮模块设置在纵板上，当双脚掌充分接触纵板时，通过直接检测纵板上的两个按钮是否按下，来确定姿势是否正确；

膝盖位置对应的底板上放置膝盖垫板，膝盖垫板上设置有两个光敏传感器，用于检测光线强弱；如果膝盖伸直则膝盖接近贴地，会遮住两个光敏传感器；如果膝盖弯曲则光线强度较强；所以只要光线强度很弱则说明膝盖伸直且姿势正确；

推动滑块安装在刻度尺上，且推动滑块上设置有两个触摸传感器，两手指抵住推动滑块，通过两个触摸传感器，感应手指是否接触，从而判断使用者是否正在测试中；

推动滑块上设置有测距传感器，通过测距传感器获取测量数据；

脚蹬纵板一侧安装有一块显示屏，实时显示正确的测量数据。

2.根据权利要求1所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，在刻度尺前端固定一块参考挡板，测距传感器直接测量推动滑块与参考挡板之间的距离，再通过基础换算得到体前屈的测量值。

3.根据权利要求1所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，所述的测距传感器选择超声波传感器。

4.根据权利要求1所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，显示屏除了实时显示正确的测量数据，也能够同时显示数据划分后对应的分数和等级，同时将测量数据在存储模块存储。

5.根据权利要求4所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，设置一个RGB三色灯模块显示不同颜色来提示使用者当前成绩等级，再通过MP3播放模块自动播放成绩的鼓励语音，通过视觉和听觉的刺激激励测试者努力取得更好的成绩。

6.根据权利要求1所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，智能设备包括主板、触摸传感器、按钮模块、测距传感器、LCD液晶显示屏、光敏传感器、RGB三色灯模块、电源模块、MP3播放模块、存储模块和复位按键；其中感应手指的两个触摸传感器分别与主板的A3和D8引脚相连接；对应脚掌的两个按钮模块分别与主板的D3和D4引脚相连接；用于测距的测距传感器与主板的D12和D13引脚相连接；LCD液晶显示屏与主板的A4和A5引脚相连接；感应膝盖的两个光敏传感器分别与主板的A1和A2引脚相连接；用于显示成绩等级的RGB三色灯模块分别与主板的D9、D10和D11引脚相连接；用于复位的复位按键与主板的D2引脚相连接；用于语音播报的MP3播放模块与主板的D5和D6引脚相连接；电源模块为主板供电。

7.根据权利要求6所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，电源模块为锂电池，锂电池可以用市电给锂电池充电。

8.根据权利要求6所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，选用的主板是ArduinoUNO主板。

9.根据权利要求6所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，该测试仪的使用方法如下：

步骤1、打开电池盒开关，主控板通电开启，显示屏正常显示；

步骤2、受试者两腿伸直在坐垫，保证双膝盖住膝盖垫板上的光敏传感器，脚底抵住脚蹬纵板，并按住脚蹬纵板上的按钮模块不放松；

步骤3、上体前屈，两臂伸直前，用两手中指尖接触推动滑块上的触摸传感器，逐渐将推动滑块向前移动，直到不能前推为止，如果姿势不标准会闪红灯需要调整好正确姿势；

所述的姿势不标准是指当光敏传感器没有达到要求，或脚蹬纵板上的按钮模块处于放松状态，或触摸传感器没检测到手指时，主板会发出警报闪烁红灯；

步骤4、随着推动滑块向前移动，屏幕显示当前成绩，并显示分数和等级，RGB灯显示不同颜色表示优、良、及格，超过3秒成绩不变就自动语音播报成绩等级；

步骤5、结束测试，查看成绩；如果需要再次测试，可按下重置按钮，即可再次测试。

10.根据权利要求6所述的一种坐位体前屈智能测试仪，其特征在于，主板内写入判断模块、通讯模块、数据转换模块和复位模块；

判断模块用于判断当前受试者的姿势是否标准，对接收到的触摸传感器、按钮模块和光敏传感器进行判断，当触摸传感器、按钮模块和光敏传感器均符合设置条件时，姿势标准；否则任何一个对应的条件不符合，发出警报闪烁红灯，并通过MP3播放模块播放语音；

通讯模块用于数据的传输，包括接收触摸传感器、按钮模块和光敏传感器检测到的信号，将主板的信号传输到显示屏进行显示；

数据转换模块用于将测距传感器测量得到的数据进行转换，使得转换后的显示数据符合测试要求，具体转换是超声波测距数值(厘米)+体前屈成绩数值(厘米)；同时根据体育测试项目及评分标准，将转换后的数据对应的分数和等级在显示屏显示；

复位模块设置有布尔变量“是否重置”，用于复位重置。