便携式坐位体前屈测试仪控制系统及测试仪的制作方法

本发明涉及一种体育测试器材，特别涉及一种座位体前屈测试仪及其控制系统。

背景技术：

坐位体前屈测试不仅是中考体育测试项目之一，同时也是大学生、中学生体质测试项目，其主要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。

现有技术中公开了一种坐位体前屈测试仪，其公开号为：cn304838326s，其不足之处在于，待测者在测试时若身高较高，在测试时容易撞到头，从而影响测试精度，同时，现有的测试方法均通过人工读数的方式来获取数据，容易造成误差，精度较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种便携式坐位体前屈测试仪控制系统及测试仪，使得坐位体前屈测试时更加准确精度更高，且测试更加方便快捷。

本发明的目的是这样实现的：一种便携式坐位体前屈测试仪控制系统，包括：

横向伺服电机驱动电路，用以接收来自主控制器的控制指令控制横向伺服电机实现滑杆的前后位移；

纵向伺服电机驱动电路，用以接收来自主控制器的控制指令控制纵向伺服电机实现滑杆的上下位移；

激光测距传感器，用以检测滑块与第二挡边之间的距离，并将其发送给主控制器；

接近开关模块，用以记录滑块穿过第二挡边的时间点，并将该时间点的电信号发送给主控制器；

压力触摸屏，用以检测待测人员手指是否与第一挡边是否脱离，并将脱离的电信号发送给主控制器；

触摸触摸显示屏，用以显示待测人员的坐位体前屈成绩数据，并可通过其控制横向伺服电机、纵向伺服电机动作；

主控制器，用以实现激光测距传感器、接近开关、压力触摸屏的数据采集、处理、计算，并输送至触摸触摸显示屏显示，同时还接收来自触摸触摸显示屏的位移指令并控制横向伺服电机、纵向伺服电机动作；

电源模块，为整个系统进行供电。

作为本发明的进一步限定，所述主控制器选用stm32f407zet6系列arm，预留有usb、uart、i2c等多种接口以进行功能的扩展和应用。

作为本发明的进一步限定，所述横向伺服电机驱动电路、纵向伺服电机驱动电路原理相同，均选用drv8701驱动芯片作为核心芯片，驱动芯片drv8701的引脚1与引脚2经电解电容器c44短接，引脚1还经电解电容器c42接地，引脚1与电源装置p4的1端相连接；引脚3与引脚4经电解电容器c43短接；引脚5接地；引脚7经电解电容器c45接地，引脚7经串联的电阻r27、电阻r28接引脚5，引脚6接电阻r27、电阻r28之间的电极点，引脚7还经电阻r30接引脚12；引脚8经电解电容器c46接地；引脚12还经电阻r31接地；引脚25接地；引脚16接地，引脚17与高侧场效应管q4栅极相连接，引脚19与低侧场效应管q3栅极相连接，引脚22与低侧场效应管q2栅极相连接，引脚24与高侧场效应管q1栅极相连接，高侧场效应管q1的源极、低侧场效应管q2的漏极与引脚23连接，同时与电机p3的1端相连接，低侧场效应管q3的漏极、高侧场效应管q4的源极与引脚18连接，同时与电机p3的2端相连接，引脚21与低侧场效应管q2的源极、低侧场效应管q3的源极相连接，引脚21通过电流感测电阻器r29与引脚20相连接，并接地；高侧场效应管q1的漏极、高侧场效应管q4漏极与电源装置p4的1端相连接，电容器c47正极与电源装置1端相连接，电容器c47另外一端与电源装置2端相连接并接地。电容器c48与电容器c47并联连接在电源装置p4上。

作为本发明的进一步限定，所述电源模块选用mp2303adn-lf-z芯片作为核心，配合外围电路实现5v/3a供电，选用ams1117-3.3芯片作为3.3v供电。

一种便携式坐位体前屈测试仪，包括箱体，所述箱体正面安装有滑杆，滑杆上滑动设置有滑块，所述滑块外周设置有用以供测试者手推动的第一挡边，所述箱体的正面安装有位移调节机构，所述位移调节机构包括用以实现滑杆前后移动的横向位移调节机构和实现滑杆上下移动的纵向位移调节机构，滑块的底部安装有激光测距传感器，所述滑杆的端部加工有与所述激光测距传感器配合的第二挡边，所述箱体正面与顶面过渡处加工有顶面向前延伸的第三挡边，所述第三挡边中部开设有供滑杆穿过的缺口，所述第三挡边底面设置有接近开关，所述第一挡边上安装有两供测试者手指触摸的压力触摸屏，所述箱体的侧部安装有触摸显示屏，触摸显示屏配备语音播报装置。

作为本发明的进一步限定，所述横向位移调节机构包括固定在凹槽内的连接板，所述连接板的尾部固定安装有减速机支撑座，所述减速机支撑座上安装有减速机，减速机上安装有与其传动连接的第一电机，所述减速机的输出轴经联轴器传动连接有滚珠丝杆组件，丝杆的两端分别经丝杆支座安装在连接板上，丝杆螺母上固定安装有支架。通过设置横向位移调节机构可轻松实现滑杆前后位移调节，调节时，只需控制第一电机工作，通过减速机、联轴器将动力传输给丝杆，丝杆转动带动丝杆螺母沿丝杆轴向运动，从而带动支架做前后运动。

作为本发明的进一步限定，所述纵向位移调节机构安装在所述支架上，所述纵向位移调节机构包括顶板与底板，所述滑杆固定安装在顶板上，所述顶板与底板之间设置有多块交叉布置的升降板，所述升降板之间均通过连接轴铰接在一起，连接轴在顶板与底板之间由上、中、下两两分布，上部两连接轴，其一连接轴两端固定在顶板两侧，另一连接轴两端滑动设置在顶板两侧，顶板两侧对应设置有滑槽，底部两连接轴，其一连接轴两端固定在底板两侧，另一连接轴两端滑动设置在底板两侧，底板两侧对应设置有滑槽，中部两连接轴之间贯穿设置有螺杆，螺杆的一端经两圆环与其一连接轴相连，另一连接轴与螺杆螺纹连接，通过螺杆的转动调节中部两连接轴之间的间距从而调节顶板与底板之间的间距，实现上下位移调节，所述支架上还安装有电机支撑板，所述电机支撑板上设置有可上下滑动的第二电机，第二电机输出轴与螺杆传动连接。其工作时，第二电机将动力传输给螺杆，螺杆转动从而带动纵向位移调节机构做上下伸缩动作，将第二电机通过螺栓活动安装在电机支撑板上，使得纵向位移调节机构做上下伸缩动作时第二电机可跟随螺杆做上下运动。

为了保证第二电机可在电机支撑板上稳定滑动，所述电机支撑板中部开设有供电机输出轴穿过并上下移动的主槽孔，主槽孔两侧对应开设有安装第二电机用的辅槽孔，辅槽孔内对应设置有安装第二电机的螺栓，所述螺栓将第二电机活动安装在电机支撑板上。

作为本发明的进一步限定，所述激光测距传感器经l形板安装在滑块的底部，所述第一挡边上开设有与所述激光测距传感器同轴的通孔。该设置保证了测距的精度。

为了使得测试者测试更加舒适，且本发明携带更加方便，所述箱体的背面与顶面过渡处加工有背面向上延伸的第四挡边，第四挡边顶部经铰链连接有可折叠的延长边，所述第四挡边的侧部铰接有用以压紧测试者双腿的脚环压板，所述第四挡边与延长边上对应开设有便于拖拉的腰型孔，所述箱体的底部安装有四个脚轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过使用本发明进行坐位体前屈测试，使得测试测试更加方便，精度更高，同时整个控制系统电路简洁、功耗低、驱动强、易于功能扩展、便于移动、使用和维护；通过设置位移调节机构解决了现有技术中待测者测试时经常撞头的问题，从而影响测量成绩，使得待测者测试时更加准确；同时通过激光测距探头进行距离测试相对于原有的人工读数的方式测距其精度更高，自动化程度更高。本发明可用以体育考核测试中。

附图说明

图1为本发明控制原理框图。

图2为本发明中电源模块电路原理图。

图3为本发明中接近开关电路原理图。

图4为本发明中横向伺服电机驱动电路原理图。

图5为本发明测试仪立体结构示意图一。

图6为本发明测试仪立体结构示意图二。

图7为本发明测试仪中横向位移调节机构示意图。

图8为本发明测试仪中纵向位移调节机构示意图一。

图9为本发明测试仪中纵向位移调节机构示意图二。

图10为本发明测试仪中激光测距处局部放大图。

图11为本发明测试仪中箱体立体结构示意图。

图12为本发明测试仪中滑块立体结构示意图。

图13为本发明测试仪中滑杆立体结构示意图。

其中，1箱体，101第三挡边，102第四挡边，103腰型孔，104延长边104凹槽；2横向位移调节机构，201连接板，202a、202b丝杆支座，203丝杆，204支架，205丝杆螺母，206联轴器，207减速机支撑座，208减速机，209第一电机；3纵向位移调节机构，301底板，302顶板，303a、303b、303c、303d、303e、303f连接轴，304升降板，305螺杆，306电机支撑板，306a主槽孔，306b辅槽孔，307第二电机，308圆环；4滑杆，401第一挡边，5滑块，501第二挡边，6箱盖，7脚环压板，8显示屏，9脚轮，10激光测距探头，11接近开关，12压力触摸屏。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1-4所示的一种便携式坐位体前屈测试仪控制系统，包括：

横向伺服电机驱动电路，用以接收来自主控制器的控制指令控制横向伺服电机实现滑杆的前后位移；

纵向伺服电机驱动电路，用以接收来自主控制器的控制指令控制纵向伺服电机实现滑杆的上下位移，所述横向伺服电机驱动电路、纵向伺服电机驱动电路原理相同，均选用drv8701驱动芯片作为核心芯片，驱动芯片drv8701的引脚1与引脚2经电解电容器c44短接，引脚1还经电解电容器c42接地，引脚1与电源装置p4的1端相连接；引脚3与引脚4经电解电容器c43短接；引脚5接地；引脚7经电解电容器c45接地，引脚7经串联的电阻r27、电阻r28接引脚5，引脚6接电阻r27、电阻r28之间的电极点，引脚7还经电阻r30接引脚12；引脚8经电解电容器c46接地；引脚12还经电阻r31接地；引脚25接地；引脚16接地，引脚17与高侧场效应管q4栅极相连接，引脚19与低侧场效应管q3栅极相连接，引脚22与低侧场效应管q2栅极相连接，引脚24与高侧场效应管q1栅极相连接，高侧场效应管q1的源极、低侧场效应管q2的漏极与引脚23连接，同时与电机p3的1端相连接，低侧场效应管q3的漏极、高侧场效应管q4的源极与引脚18连接，同时与电机p3的2端相连接，引脚21与低侧场效应管q2的源极、低侧场效应管q3的源极相连接，引脚21通过电流感测电阻器r29与引脚20相连接，并接地；高侧场效应管q1的漏极、高侧场效应管q4漏极与电源装置p4的1端相连接，电容器c47正极与电源装置1端相连接，电容器c47另外一端与电源装置2端相连接并接地。电容器c48与电容器c47并联连接在电源装置p4上；

激光测距传感器，用以检测滑块与第二挡边之间的距离，并将其发送给主控制器；

接近开关模块，用以记录滑块穿过第二挡边的时间点，并将该时间点的电信号发送给主控制器；

压力触摸屏，用以检测待测人员手指是否与第一挡边是否脱离，并将脱离的电信号发送给主控制器；

触摸触摸显示屏，用以显示待测人员的坐位体前屈成绩数据，并可通过其控制横向伺服电机、纵向伺服电机动作；

主控制器，用以实现激光测距传感器、接近开关、压力触摸屏的数据采集、处理、计算，并输送至触摸触摸显示屏显示，同时还接收来自触摸触摸显示屏的位移指令并控制横向伺服电机、纵向伺服电机动作，所述主控制器选用stm32f407zet6系列arm；

电源模块，为整个系统进行供电，所述电源模块选用mp2303adn-lf-z芯片作为核心，配合外围电路实现5v/3a供电，选用ams1117-3.3芯片作为3.3v供电。

如图5-13所示的一种便携式坐位体前屈测试仪，包括箱体1，箱体1正面安装有滑杆4，滑杆4上滑动设置有滑块5，滑块5外周设置有用以供测试者手推动的第一挡边401，箱体1的正面安装有位移调节机构，位移调节机构包括用以实现滑杆4前后移动的横向位移调节机构2和实现滑杆4上下移动的纵向位移调节机构3，滑块5的底部安装有激光测距探头10，滑杆4的端部加工有与激光测距探头10配合的第二挡边501，箱体1正面与顶面过渡处加工有顶面向前延伸的第三挡边101，第三挡边101中部开设有供滑杆4穿过的缺口，第三挡边101底面设置有接近开关11，箱体1的侧部铰接有箱盖6。

箱体1的正面开设有凹槽105，横向位移调节机构2与纵向位移调节机构3设置在凹槽105内，横向位移调节机构2包括固定在凹槽105内的连接板201，连接板201的尾部固定安装有减速机支撑座207，减速机支撑座207上安装有减速机208，减速机208上安装有与其传动连接的第一电机209，减速机208的输出轴经联轴器206传动连接有滚珠丝杆203组件，丝杆203的两端分别经丝杆支座202a、202b安装在连接板201上，丝杆螺母205上固定安装有支架204。

纵向位移调节机构3安装在支架204上，纵向位移调节机构3包括顶板302与底板301，滑杆4固定安装在顶板302上，顶板302与底板301之间设置有多块交叉布置的升降板304，升降板304之间均通过连接轴303a、303b、303c、303d、303e、303f铰接在一起，连接轴303a、303b、303c、303d、303e、303f在顶板302与底板301之间由上、中、下两两分布，上部两连接轴303e、303f，其一连接轴303e两端固定在顶板302两侧，另一连接轴303f两端滑动设置在顶板302两侧，顶板302两侧对应设置有滑槽，底部两连接轴303a、303b，其一连接轴303a两端固定在底板301两侧，另一连接轴303b两端滑动设置在底板301两侧，底板301两侧对应设置有滑槽，中部两连接轴303c、303d之间贯穿设置有螺杆305，螺杆305的一端经两圆环308与其一连接轴303c相连，另一连接轴303d与螺杆305螺纹连接，通过螺杆305的转动调节中部两连接轴303c、303d之间的间距从而调节顶板302与底板301之间的间距，实现上下位移调节，支架204上还安装有电机支撑板306，电机支撑板306上设置有可上下滑动的第二电机307，第二电机307输出轴与螺杆305传动连接，电机支撑板306中部开设有供电机输出轴穿过并上下移动的主槽孔306a，主槽孔306a两侧对应开设有安装第二电机307用的辅槽孔306b，辅槽孔306b内对应设置有安装第二电机307的螺栓，螺栓将第二电机307活动安装在电机支撑板306上。

激光测距探头10经l形板安装在滑块5的底部，第一挡边401上开设有与激光测距探头10同轴的通孔，第一挡边401上安装有两供测试者手指触摸的压力触摸屏12，箱体1的侧部安装有显示屏8，显示屏8配备语音播报装置，箱体1的背面与顶面过渡处加工有背面向上延伸的第四挡边102，第四挡边102顶部经铰链连接有可折叠的延长边104，第四挡边102的侧部铰接有用以压紧测试者双腿的脚环压板7，第四挡边102与延长边104上对应开设有便于拖拉的腰型孔103，箱体1的底部安装有四个脚轮9。

本发明测量原理的步骤如下：

1）将坐位体前屈测试仪放倒，并将延长边104展开；

2）待测者坐在延长边104上，调节位移调节机构的位置，使得滑杆4调至待测试者不撞头的位置，并将第一挡边401滑动到靠近待测者的一端；

3）待测者坐好位置后使用脚环压板7将双腿固定住；

4）待测者双手触摸在压力触摸屏12上向前推动第一挡边401，第一挡边401带动滑块5沿滑杆4滑动；

5）安装在滑块5底部的激光测距探头10将测的距离数据发送至显示屏8显示，同时语音播报装置将该数据播报出来，测量方法具体为：

若推动的第一挡边401穿过第二挡边501上的接近开关11，则触发接近开关11时，记录激光测距探头10测到的距离a，待测者其中一只手指脱离第一挡边401时，记录激光测距探头10测到的距离b，则此时该名待测者的测试成绩为：b-a；

若推动的第一挡边401未穿过第二挡边501，则取消此次激光测距探头10记录的数据，同时辅助推动第一挡边401穿过第二挡边501上的接近开关11，触发接近开关11时，记录激光测距探头10测到的距离c，重新将第一挡边401滑动到靠近待测者的一端，待测者重新推动第一挡边401，待第一挡边401停止移动后，记录激光测距探头10测到的距离d，则此时改名待测者的成绩为：d-c，第一挡边401停止移动时激光测距探头10测到的距离以两压力触摸屏12中任一压力屏失去压力时，激光测距探头10测到的数据为准，测量过程中存在的各个边的厚度、距离数据可预先设定在系统中，做好数据的加减即可。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。