专利名称：电子摸高自动测量分析装置及其工作方法
技术领域：
本发明属于一种测量分析装置及方法，尤其是涉及一种体育运动中采用电子方式自动检测运动员助跑摸高或弹跳摸高高度的电子摸高自动测量分析装置及其工作方法。
背景技术：
摸高高度的测量是一项基本的身体素质和能力的测试，也是每个运动员训练和选拔所必不可少的，它可广泛地应用于学校体育教学，运动队专业训练的弹跳力测试和国民体能测试等需要准确数据的场合，同时也可用于蓝球、排球、跳高和跳远等与弹跳有关项目的运动员选材以及训练效果的检测等。为了提高测量的自动化水平，人们作了一些尝试和努力，如在2002年3月13日公告的中国实用新型专利说明书CN 2482183中披露的一种“摸高器”。它意欲提供一种解决用人工方法测试摸高高度不方便的困难，自动实时测试、显示并语言报告每次的摸高高度的摸高器。它由感应触摸条、印刷电路板、输出端、功能键、数码管、显示驱动芯片、单片机、电路板、优先编码器、或门集成电路等构成。使用时，当运动员的手同时触摸到几个感应触摸条时，摸高器选择最上面的感应触摸条信号进行编码，并报告摸高高度。但是，这种摸高器存在着不足之处首先，结构复杂，实现其功能的电路所用元器件过多，连接点也较多，使得工作稳定性较差，难以维修和排除故障；其次，功能单一，仅能测量摸高，不能再对其它项目进行测量和分析。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、实用，使用更方便的电子摸高自动测量分析装置及其工作方法。
电子摸高自动测量分析装置包括依次电连接的传感部件、数据处理部件和输出部件，特别是(a)所说传感部件为机械触摸式开关或电容感应式开关或光路阻断式开关，用于获得摸高数据；(b)所说数据处理部件为嵌入式模块，所说嵌入式模块由接口件和单片机MSP430F435组成，用于接收摸高数据，并对其进行处理和分析；(c)所说输出部件含有显示器、语音提示器和数据传输接口，用于数字显示和语音提示摸高值，以及将数据处理部件处理后的数字信号送往上位计算机。
作为电子摸高自动测量分析装置的进一步改进所述的传感部件与外壳相固定连接；所述的机械触摸式开关为条状，其动触点为触摸条、静触点固定于外壳上，动、静触点间经弹性物绝缘连接，其引出线与接口件电连接；所述的电容感应式开关为条状，其动触点的表面为触摸条、背面为电容极板，静触点的表面为电容极板、背面固定于外壳上，动、静触点间经刚性物绝缘连接，其引出线与接口件电连接；所述的光路阻断式开关为条状，其一端置有光发射器、另一端置有输出端与接口件电连接的光接收器；所述的接口件为两只按键插座，其中一只按键插座的输入端以其1～11端口为一组分别连续与传感部件的不同输出接点电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚L0～L10，另一只按键插座的每一输入端口分别与传感部件的已与前一只按键插座的输入端电连接的不同组之一电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚C0～C10，用于接收传感部件输出的开关信号并将其送往单片机MSP430F435；单片机MSP430F435的脚S0～S39与显示器电连接，用于输出经其处理过的摸高数字信号，单片机MSP430F435的脚P6.0～P6.4与语音提示器电连接，用于输出经其处理过的摸高语音数字信号，单片机MSP430F435的脚RXD、TXD和GND与数据传输接口电连接，用于将经其处理和分析过的摸高数字信号传送出去；显示器与单片机MSP430F435的脚S0～S39间串接有显示驱动器，所说显示驱动器为集成电路MC14489，所说显示器为数码管或液晶显示器；所述的语音提示器与单片机MSP430F435的脚P6.0～P6.4间串接有语音驱动器，所说语音驱动器为集成电路LM386，所说语音提示器为喇叭；所述的数据传输接口为串行接口RS-232，所说串行接口RS-232为集成电路MAX3232。
电子摸高自动测量分析装置的工作方法包括接收和处理传感部件的开关信号，特别是设定摸高器的工作状态，产生一个数据处理的工作模式摸高模式或净高模式；根据摸高器的工作状态，确定采集摸高数据的次数，对于摸高模式，采集一次，对于净高模式，则采集二次；对接收的摸高数据进行处理，即对于摸高模式的数据直接处理，对于净高模式的数据，取其差值，并据此判断被测量者的体能；将处理后的数据分别送往输出部件的显示器、语音提示器和数据传输接口，以数字显示和语音提示摸高、净高或弹跳的数值，并将摸高或弹跳的数值发送上位计算机，形成数据库，来供进一步的分析之用。
相对于现有技术的有益效果是，其一，结构简洁，不仅只用极少的电子元器件就实现了测量摸高的功能，还使其工作稳定，几乎不用维护，使其使用成本大大地降低了；其二，功能齐全，既能测量摸高，又能测量净高，还能根据净高数据来分析被测量者的体能；其三，单片机MSP430F435中驻有工作方法的程序，除使本发明装置具有智能化的功能外，且同时还使其上位计算机程序的模块化得到了改善，控制算法、运行速度也变得简单和获得了较大的提高。
作为有益效果的进一步体现，一是接口件采用两只按键插座，其中，一只按键插座的输入端以其1～11端口为一组分别连续与传感部件的不同输出接点电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚L0～L10，另一只按键插座的每一输入端口分别与传感部件的已与前一只按键插座的输入端电连接的不同组之一电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚C0～C10，仅用较少的连线巧妙地解决了单片机MSP430F435与众多的传感部件的连接难题；二是显示器与单片机MSP430F435间串接的显示驱动器选用集成电路MC14489，语音提示器与单片机MSP430F435间串接的语音驱动器选用集成电路LM386，除能确保其相应功能的实现之外，还使其结构简单，具有较高的性价比。
图1是电子摸高自动测量分析装置的电路原理示意图。
图2是电子摸高自动测量分析装置的外形示意图。
图3是电子摸高自动测量分析装置接口件的连线示意图。
图4是电子摸高自动测量分析装置传感部件原理示意5是电子摸高自动测量分析装置工作方法流程图。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的描述。图1是电子摸高自动测量分析装置的电路原理示意图。在图1中，1为传感部件、2为数据处理部件、3为输出部件，21为接口件、31为显示驱动器、32为显示器、33为语音驱动器、34为语音提示器、35为数据传输接口，其中所述传感部件1为机械触摸式开关或电容感应式开关或光路阻断式开关，其引出线与接口件21电连接用于获得摸高数据；所述数据处理部件2为嵌入式模块，所述嵌入式模块由接口件21和单片机MSP430F435组成，用于接收摸高数据，并对其进行处理和分析；所述输出部件3含有显示器32、语音提示器34和数据传输接口35，用于数字显示和语音提示摸高值，以及将数据处理部件2处理后的数字信号送往上位计算机。
图2是电子摸高自动测量分析装置的外形示意图。在图2中，所述的电子摸高自动测试装置的结构形状是窄的长方体，传感部件1粘贴在外壳4的正表面，每相邻的两个有效传感触摸条的中心距离为1厘米，传感部件1内附条状导电层，条状导电层分上下二层，分别粘俯于上下两层柔性基板上，条状导电层宽度为7mm，每个导电条中间间隔3mm，间隔部分用厚度为1mm的绝缘材料垫起，该上下二层柔性基板重叠后粘贴于环氧树脂板上形成一个整体；线路板5安装在外壳4的内部，装置上方安装有3位的液晶屏或数码显示器32，液晶屏或数码显示器32置于线路板5上，固定在外壳4的上方窗口处，显示测试数据。自动摸高测试装置的外壳4，可以根据摸高区的高度采用木制、注塑、金属等构成。
装置右面安装了5个功能按键键6，分别是复位键、电源开关键、设置键、+键、-键等，用于执行电子摸高自动测试装置各种状态的设置操作；外接电源插孔7安装在装置的右下侧，连接电源开关键和数据处理部件中的嵌入式模块，外接9V直流电源，同时内部提供9V叠层电池供电；装置的左侧下方嵌有的计算机RS232插孔8用于插RS232通讯插座，插座连接到计算机的RS232接口，对测试的数据进行处理分析，用于指导被测试者如何进行有效的训练，语音提示器34用于播放语音报告，满足测试人群的需要。
语音提示器34包含语音驱动电路、语音芯片、喇叭等，嵌入式模块2将转换后的有效摸高、净高数据通过语音提示器34发出。嵌入式模块2可处理256路以内的信号，根据用户的需要可分别设置60CM、90CM、120CM、240CM等不同测量高度的规格产品。
触摸动作传感部件1上粘贴色彩各异的薄膜面版，并印上间隔1CM的横线，标注相应的尺寸数据。触摸动作传感部件1中的条状导电层是由导电的材料制成的，为碳膜导电材料或银浆导电材料。
没有力按压触摸动作传感部件1时，电子摸高自动测试装置无反应，当被测试者摸高时，测试者的手指接触到触摸动作传感部件1时，装置将触摸动作传感部件1的信号送到数据处理部件2进行分析、处理。
图3是电子摸高自动测量分析装置接口件的连线示意图。接口件21包括按键插座J13、J14，其中，按键插座J13的输入端以其1～11端口为一组分别连续与传感部件1的不同输出接点电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚L0～L10，按键插座J14的每一输入端口分别与传感部件1的已与按键插座J13的输入端电连接的不同组之一电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚C0～C10，用于接收传感部件1输出的开关信号并将其送往单片机MSP430F435。
机械触摸式开关为条状，其动触点为触摸条、静触点固定于外壳4上，动、静触点间经弹性物绝缘连接，其引出线与接口件21电连接；电容感应式开关为条状，其动触点的表面为触摸条、背面为电容极板，静触点的表面为电容极板、背面固定于外壳4上，动、静触点间经刚性物绝缘连接，其引出线与接口件21电连接；光路阻断式开关为条状，其一端置有光发射器、另一端置有输出端与接口件21电连接的光接收器。
图4是电子摸高自动测量分析装置传感部件原理示意图。按键插座J13、J14形成行和列的二个不同的阵列，行线L0～L10和列线C0～C10相互交叉，分别为条状导电层，组合成交叉开关。
图5是电子摸高自动测量分析装置工作方法流程图。其装置工作方法流程是电子摸高自动测量分析装置上电开始(步骤100)，装置初始化并自检(步骤110)。接着，在步骤120中判断是否进行基准值设置？如是，对电子摸高自动测试装置悬挂的高度通过设置键以及+、-键进行设置，输入基准值并保存(步骤130)，如否即基准值已设置则直接进入下一步，装置判断测试是摸高或净高状态？(步骤140)，即当测量摸高值时，读取摸高数据一次(步骤150)；当测量净高值时，读取二次摸高数值(步骤160)，取二次的差值为净高(步骤170)；将单片机处理后的数据分别送往输出部件的显示器、语音提示器，以数字显示和语音提示摸高、净高的数值(步骤180)；最后将实时采集被测试者的摸高或净高数据形成的数据库上传到计算机(步骤190)，形成个体和团体的数据曲线，据此判断被测量者的体能或供运动员选材，指导科学训练。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的电子摸高自动测量分析装置及其工作方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种电子摸高自动测量分析装置，包括依次电连接的传感部件(1)、数据处理部件(2)和输出部件(3)，其特征在于(a)所述传感部件(1)为机械触摸式开关或电容感应式开关或光路阻断式开关，用于获得摸高数据，传感部件(1)与外壳(4)相固定连接；(b)所述数据处理部件(2)为嵌入式模块，所述嵌入式模块由接口件(21)和单片机MSP430F435组成，用于接收摸高数据，并对其进行处理和分析；(c)所述输出部件(3)含有显示器(32)、语音提示器(34)和数据传输接口(35)，用于数字显示和语音提示摸高值，以及将数据处理部件(2)处理后的数字信号送往上位计算机。
2.根据权利要求1所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述机械触摸式开关为条状，其动触点为触摸条、静触点固定于外壳(4)上，动、静触点间经弹性物绝缘连接，其引出线与接口件(21)电连接。
3.根据权利要求2所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述电容感应式开关为条状，其动触点的表面为触摸条、背面为电容极板，静触点的表面为电容极板、背面固定于外壳(4)上，动、静触点间经刚性物绝缘连接，其引出线与接口件(21)电连接。
4.根据权利要1所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述光路阻断式开关为条状，其一端置有光发射器、另一端置有输出端与接口件(21)电连接的光接收器。
5.根据权利要求1所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述接口件(21)为按键插座(J13，J14)，其中，按键插座(J13)的输入端以其1～11端口为一组分别连续与传感部件(1)的不同输出接点电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚L0～L10，按键插座(114)的每一输入端口分别与传感部件(1)的已与按键插座(J13)的输入端电连接的不同组之一电连接、输出端接单片机MSP430F435的脚C0～C10，用于接收传感部件(1)输出的开关信号并将其送往单片机MSP430F435，单片机MSP430F435的脚S0～S39通过显示驱动器(31)与显示器(32)电连接，用于输出经其处理过的摸高数字信号，单片机MSP430F435的脚P6.0～P6.4通过语音驱动器(33)与语音提示器(34)电连接，用于输出经其处理过的摸高语音数字信号，单片机MSP430F435的脚RXD、GND和TXD与数据传输接口(35)电连接，用于将经其处理和分析过的摸高数字信号传送出去。
6.根据权利要求1所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述显示驱动器(31)为集成电路MC14489，所述显示器(32)为数码管或液晶显示器，其是采用带背光的液晶或高亮度数码管显示，在10米范围内可以清晰地看到显示的摸高高度，测试与显示精度达到1cm。
7.根据权利要求1所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述语音驱动器(33)为集成电路LM386，所说语音提示器(34)为喇叭。
8.根据权利要求1所述的电子摸高自动测量分析装置，其特征是所述数据传输接口(35)为串行接口RS-232，所说串行接口RS-232为集成电路MAX3232。
9.根据权利要求1所述的电子摸高自动测量分析装置的工作方法，包括接收和处理传感部件的开关信号，其特征在于设定摸高器的工作状态，产生一个数据处理的工作模式摸高模式或净高模式；根据摸高器的工作状态，确定采集摸高数据的次数，对于摸高模式，采集一次，对于净高模式，则采集二次；对接收的摸高数据进行处理，即对于摸高模式的数据直接处理，对于净高模式的数据，取其差值，并据此判断被测量者的体能；将处理后的数据分别送往输出部件的显示器、语音提示器和数据传输接口，以数字显示和语音提示摸高、净高或弹跳的数值，并将摸高、净高或弹跳的数值发送上位计算机，形成数据库，来供进一步的分析之用。
全文摘要
本发明公开了电子摸高自动测量分析装置及其工作方法，装置包括依次电连接的传感部件、数据处理部件和输出部件。传感部件为机械触摸式开关或电容感应式开关或光路阻断式开关，用于获得摸高数据并与外壳相固定连接；数据处理部件为嵌入式模块，由接口件和单片机组成，用于接收摸高数据，并对其进行处理和分析；输出部件含有显示器、语音提示器和数据传输接口，用于数字显示和语音提示摸高值，以及将数据处理部件处理后的数字信号送往上位计算机。工作方法包括接收和处理传感部件的开关信号，设定装置的工作状态，产生一个数据处理的模式，对接收的摸高或净高数据进行处理并形成数据库，据此判断被测量者的体能或供运动员选材，指导科学训练。
文档编号A63B71/06GK1969742SQ20061009813
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者孔令成, 梅涛, 梁华为 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院