CN205683550U - 一种基于多传感器的运动评估系统 - Google Patents

Abstract

一种基于多传感器的运动评估系统包括可穿戴装备、服务器、客户端以及控制端，可穿戴装备部分包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块以及无线模块；加速度计、陀螺仪以及磁强计用于计算运动员的竖直方向的位移与速度；气压计用于测量单杠处气压，计算单杠高度，并补偿竖直位移误差；计时模块对运动员单个引体向上时间进行测量；无线模块将实际测量和计算结果发送给服务器，由服务器系统软件对数据进行存储与分析，确定运动员的实际引体向上个数和体能状况，并将信息反馈给客户端。该系统不仅能够快速准确地计算引体向上的个数，防止多数或漏数情况，减轻工作量，而且能科学地分析运动员的体能状况，并给出相关建议，实现了在功能性与精确性方面的巨大改进。

Description

一种基于多传感器的运动评估系统

技术领域

本实用新型涉及到一种运动评估系统，尤其涉及一种基于多传感器的运动评估系统。

背景技术

引体向上是一种基本的锻炼上肢和躯干力量的运动方法。当前引体向上项目已经成为国家教育部要求学生体育必测项目之一。但是，一方面由于引体向上具有其特定的动作标准和规则，因此在锻炼或测试的时候需要进行计数并检测姿势或高度是否符合标准。对被测者的引体向上进行人工计数时，不仅需要计数员一对一地进行记录，还需要计数员观察被测者是否动作达标，不仅耗费人力，还容易出错。另一方面，进行体能测试后，没能及时对学生体能进行评估与反馈，学校也无法实时跟踪学生的体能增长情况，这样锻炼效果不佳。

现有技术中，存在引体向上测试器，能够对被测试者的引体向上运动进行自动检测并计数，但是大多数结构复杂，安装操作以及维护难度大，不易拆除，尤其“触碰计数”方式易产生“二次触碰”等情况；而且当前装置中没有一种能合理利用测量数据对运动员体能进行分析与评估的装置系统。

因此，现有技术有待进一步完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于多传感器的运动评估系统，解决学生做引体向上运动项目过程中，存在的“工作量大”、“计数易出错”和“缺少体能评估与反馈机制”等问题。

本实用新型所述一种基于多传感器的运动评估系统，其特征在于：包括可穿戴装备、服务器、客户端以及控制端；所述可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块以及无线模块；所述加速度计、陀螺仪以及磁强计用于计算运动员的竖直方向的位置与速度；所述气压计用于测量单杠处气压，计算单杠高度，并辅助修正竖直位置和速度误差；所述计时模块对运动员单个引体向上时间进行测量；所述无线模块将实际测量和计算结果发送给服务器；所述服务器中上位机软件对数据进行存储与分析，确定运动员的实际引体向上个数和体能状况，并将信息反馈给客户端。

所述体能评估系统的评估指标包括：引体向上运动数目多少、平均速度快慢以及有无规律性等三个方面。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型结构简单，使用方便，可以实现精确的实时计数，并且能有效帮运动员提高动作标准，达到训练的真正目的。

2.本实用新型使用无线模块对数据进行无线传送，能耗低，信令信道可设置，有效避免同频干扰且安装灵活，操作快捷。而且不需提前安装复杂昂贵的专用训练单杠，且维修方便。

3.本实用新型所采用的算法可以获得较为精确的上升、下降高度，提高上位机系统判断的准确性，降低误判率。

4.本实用新型充分利用测量数据，科学地分析了运动员的体能状况，突破以往的只有单一计数功能的限制，既降低人力成本，又存在实时反馈评估机制，实现在功能性与精确性方面的巨大改进。

附图说明

图1为本实用新型的引体向上标准计数与体能评估系统的结构示意图。

图2为本实用新型的引体向上标准计数与体能评估系统的原理图。

图3为本实用新型的可穿戴装置安装与实际运动示意图。

图4为本实用新型的引体向上标准计数与体能评估系统的实施流程图。

图5和图6为本实用新型的引体向上标准计数与体能评估系统的评价标准。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型。

如图1，引体向上标准技术与体能评估系统包括可穿戴装置、服务器、客户端以及控制端；可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块以及无线模块；每一套可穿戴装置都有内置的固定编号n，用于辨别运动员身份。测试前，将装置放在单杠附近，利用气压计采集单杠处气压数据，测量稳定气压值，并计算单杠高度；加速度计、陀螺仪以及磁强计分别用于输出线加速度、角速度以及磁场强度等信息；温度计用于测量装置的温度，以实现对其它传感器的温度补偿；CPU模块用于收集传感器数据，对数据进行温度补偿和算法滤波，并通过无线模块与服务器系统进行互相通信；计时模块用于实时测量运动时间；显示模块用于显示引体向上的完成个数；服务器对传输的数据进行分析与评估，并上传至客户端与控制端。

如图2、3，测试时，将可穿戴装置安装在运动员的衣领或肩上；随着运动员开始上升或下降，装置内部的传感器将实时输出相关运动数据，如加速度、角速度、气压强度等；利用以上数据，通过姿态解算与位置解算能获取运动员的竖直位移和竖直速度；结合单杠高度、竖直位移以及加速度与角速度数据，对引体向上运动进行科学计数；再结合引体向上的个数、计时器的输出以及竖直方向的速度，对运动员体能进行有效评估。

如图4，为本实用新型所述方法在具体应用时的流程图，使用本实用新型所述方法在进行具体应用时的具体步骤如下：

步骤S1，首先打开电源开关，将装置放在单杠处，按下“初始化”按钮，测量稳定气压值，计算单杠高度，并将计数清零以及对程序进行刷新，完成装备的初始化。

步骤S2，将装备安装在运动员的衣领或者肩上，并按下计数按钮。

步骤S3，运动员开始引体向上运动，传感器实时测量运动数据，并通过无线模块上传到服务器。

步骤S4，服务器系统对数据进行处理，通过姿态解算和导航解算，计算出运动员竖直方向位置、高度、速度等信息。

步骤S5，根据加速度计与陀螺仪输出数据，计算加速度计与角速度幅值，并判断其是否在设定的阈值范围内，如果在阈值范围内，则执行S6；如果不在阈值范围内，则返回S4，进行下一次判断。

步骤S6，根据已知的竖直高度计算出上升位移，并判断是否大于m米(m大小应根据成人与儿童两种情况来设定)，如果大于或等于m米，则执行S7；如果小于m米，则返回S4继续判断。

步骤S7，根据已知的竖直高度，判断其是否在单杠高度附近(允许存在一定误差ε)，如果在，则表明运动员整个头部超过单杠(即肩部与单杠高度大致相同)，执行S8；如果不在范围内，则返回S4继续判断。

步骤S8，满足上述条件，表明引体向上动作合格，计数加1。

步骤S9，根据竖直高度与加速度、角速度幅值，判断运动员下落到最低处。

步骤S10，判断计数按钮是否被再次按下，如果是，则表明计数停止，执行S11；如果不是，则表明继续引体向上运动，返回S4。

步骤S11，关闭电源开关，运动结束。

如图5和6，评估系统的评价标准包括：引体向上运动持续时间长短、运动员上升速度快慢以及运动有无规律性。如果运动持续时间长，上升速度快，运动有规律，则表明该运动员体力很好；如果运动持续时间长，上升速度快，但运动无规律，则表明该运动员体力较强，应该继续保持；如果运动持续时间长，运动有规律，但是上升速度慢，则表明该运动员体力较强，应该继续保持；如果运动持续时间长，但上升速度慢且运动无规律，则表明该运动员体力一般，要开始注意锻炼了；如果运动上升速度快，运动有规律，但持续时间短，则表明该运动员体力一般，要开始注意锻炼了；如果运动上升速度快，但持续时间短且测量数据无规律，则表明该运动体力较弱，需加强锻炼；如果运动有规律，但持续时间短且上升速度慢，则表明该运动体力较弱，需加强锻炼；如果运动持续时间短，上升速度慢且运动无规律性，则表明该运动员体力很差，要注意自身健康问题了。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于多传感器的运动评估系统，其特征在于：包括可穿戴装置、服务器、客户端以及控制端；所述可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块以及无线模块；所述加速度计、陀螺仪以及磁强计用于计算运动员的竖直方向位置与速度；所述气压计用于测量单杠处气压，计算单杠高度，并辅助修正竖直位置误差；所述计时模块用于实时测量运动时间；所述无线模块将测量数据发送给服务器；所述服务器系统软件对数据进行存储与分析，确定运动员的实际引体向上个数和体能状况，并将信息反馈给客户端。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的运动评估系统，特征在于，所述气压计为一种高精度气压传感器，能够感知一定高度范围内的气压变化；所述加速度计、陀螺仪以及磁强计均经过温度补偿以及算法滤波，输出稳定；所述CPU模块采用内置电源供电，使接在上面的传感器均能获得电源；所述可穿戴装置输出的数据通过无线模块发送给服务器进行数据处理。