基于物联网的多身体素质测试装置的制作方法

本公开涉及基于物联网的多身体素质测试装置。

背景技术：

随着社会的发展，人们越来越注重体育锻炼，特别是现在的年轻人因为学习或工作的需要，长时间坐在办公桌前，身体无法得到伸展，即使偶尔舒展身体也无法达到运动的目的。在体育锻炼过程往往需要进行功能性运动测试，对平衡能力、灵活性和反应能力等基础运动能力做评定，根据测试数据调整运动项目，为制定运动计划提供依据。

平衡能力是人体的一项重要生理机能，是指人体通过协调有关神经、肌肉、关节等，保持身体稳定，维持自身姿势，及在受到外界扰动时调节身体，使身体重回稳定状态的能力。在运动训练领域，大部分体育运动都要求参与者在进行大负荷运动和激烈对抗时能够保持身体稳定，其实这便是要求有很好的平衡能力。灵活性和反应能力也称为灵敏素质，灵敏素质是人体综合能力的表现，良好的灵敏性不但有助于更快、更多、更准确、更协调地掌握技术和练习手段，使已有的身体素质充分、有效地运用到实践中去。

体育测试是对体能、身体素质以及与健康密切相关的体能的检测，目的在于帮助人们了解自己的身体素质状况总体结果和总体的评价。目前的身体素质测试设备有很多，例如《国家学生体质健康标准》中采用50米跑、跳绳、踢毽子，另外还有五米三向折回跑、障碍跑等。这些方法在一定程度上都能起到锻炼和评价身体素质的效果，但是大多数都是人工测试，其缺点是主观性较强，并且开展测试需要耗费较高的人力资源成本。

因此，开发科学、高可靠性、高操作性的人体素质测试装置对开展体育锻炼的人群意义重大。

技术实现要素：

本公开依据专业的测试方法、提供一种简易、便携但科学专业的基于物联网的多身体素质测试装置。多身体素质测试装置可对测试者的灵敏素质和平衡素质进行测试和评估，自动记录体测数据，数据同时保存在服务器。

根据本公开实施例的一方面，提供一种多身体素质测试装置，包括：测试手套、中心通信设备和与所述中心通信设备通信的多个测试节点设备；

所述测试手套包括手套本体和设置在所述手套本体上的电子标签；

所述多个测试节点设备包括：信号源，用于产生声和/或光信号提示使用者的；阅读器，感应靠近所述测试节点设备的所述测试手套上的所述电子标签；第一控制器，并在所述阅读器读取到所述电子标签后获取时间戳和所述电子标签上到用户信息，并使所述信号源停止产生声和/或光信号；第一通信模块，将所述时间戳和所述用户信息发送给所述中心通信设备，并接收所述中心通信设备发送的控制所述信号源产生声和/或光信号的命令；其中所述第一控制器连接所述信号源、所述阅读器和所述第一通信模块；

所述中心通信设备包括：测试平台；第二通信模块，与所述多个测试节点设备的所述第一通信模块通信接收所述时间戳和所述用户信息，并发送控制所述信号源产生声和/或光信号的命令；分布在所述测试平台上的压力传感器阵列；第二控制器，用以根据所述压力传感器阵列采集的压力信息计算站在所述测试平台上的使用者身体倾斜时重心在所述测试平台上投影坐标；第三通信模块，发送所述时间戳、所述用户信息和所述投影坐标，并接收控制所述多个测试节点设备所述信号源产生声和/或光信号的指令序列；其中所述第二控制器连接所述第二通信模块、所述第三通信模块和所述压力传感器阵列。

在上述的多身体素质测试装置，所述压力传感器阵列包括以所述测试平台几何中心对称分布的至少四个压力传感器。

在上述的多身体素质测试装置，所述中心通信设备与所述多个测试节点设备可拆卸连接。

在上述的多身体素质测试装置，所述多个测试节点设备具有吸盘。

本公开的多身体素质测试装置可灵活拆卸、组装，该装置依据科学的测试方法，可以得出受人为因素影响小、人力资源成本更低的专业测试结果。该装置能提供灵敏素质和平衡素质的测试，设备成本较低，降低了专业体育测试设备的使用门槛，同时用户可自主选择测试测试方法，提高了体育测试的可操作性和趣味性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

图1示出了根据本公开的一个实施例的多身体素质测试装置的结构示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的中心通信设备和测试节点设备的结构示意图。

图3示出了根据本公开的一个实施例的测试节点设备的系统框图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的中心通信设备的系统框图。

图5示出了根据本公开的一个实施例的平衡素质测试原理图。

图6示出了根据本公开的一个实施例的灵敏素质测试系统整体结构图。

图7所示为根据本公开的一个实施例的平衡素质测试图。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的一个实施例的多身体素质测试装置的结构示意图。如图1，所述多身体素质测试装置包括中心通信设备10、多个测试节点设备20和测试手套30。中心通信设备10既可以独立用于身体平衡素质的测试，也可以和多个测试节点设备20组建测试传感网络进行灵敏素质测试。测试传感网络采用星型拓扑结构。中心通信设备10发起建立一个新网络的进程后，可选择一个或多个测试节点设备20加入该网络，即连接进测试传感网络的测试节点设备20数量可以灵活选择，整个网络的连接和使用更加简单，并易于扩展。测试手套30在进行灵敏素质测试使用，包括手套本体和设置在所述手套本体上的电子标签，所述电子标签包括相连接的ic芯片31和感应天线32，ic芯片31上存储有用户信息。

此外，中心通信设备10和多个测试节点设备20可拆卸连接，实现灵活组装和拆卸。如图2，中心通信设备10上具有凹槽17，测试节点设备20上具有与凹槽17匹配的28卡扣。测试节点设备20的背面具有将其固定在墙面的吸盘27。

测试节点设备20包括：信号源，用于产生声和/或光信号提示使用者的；阅读器24，感应靠近测试节点设备20的测试手套30上的所述电子标签；第一控制器，用以在阅读器24读取到所述电子标签后获取时间戳和所述电子标签上到用户信息，并使所述信号源停止产生声和/或光信号；第一通信模块，将所述时间戳和所述用户信息发送给中心通信设备10，并接收中心通信设备10发送的控制所述信号源产生声和/或光信号的命令；其中所述第一控制器连接所述信号源、所述第一通信模块和阅读器24。

图3示出了根据本公开的一个实施例的测试节点设备20的系统框图。如图3，采用集成了rf收发器和cpu的zigbee无线传感模块21作为所述第一控制器和所述第一通信模块。zigbee无线传感模块21又可选用德州仪器的cc2530，它结合了德州仪器的业界领先的黄金单元zigbee协议栈(z-stack^tm)，提供了一个强大和完整的zigbee解决方案，具有极高的抗干扰能力、拥有丰富的外设、同时能使用系统的超低功耗要求。电源模块22为测试节点设备20供电。所述信号源包括指示灯23和蜂鸣器25。指示灯23和蜂鸣器25通过io口与zigbee无线传感模块21连接，在开展灵敏素质测试时，指示灯23亮起、蜂鸣器25开始鸣叫，提示测试者需要达到的目标地点。当测试者戴上测试手套30，运动到测试节点设备20的放置位置，佩戴的测试手套30触摸测试节点设备20或与测试节点设备20垂直距离在5cm以内，基于射频识别技术的阅读器24能够读到测试手套30上的ic芯片31，判定测试者到达了目标地点，此时指示灯灭23、蜂鸣器25停止鸣叫，cc2530芯片从计时模块26获取时间戳，进而得到从指示灯23亮起、蜂鸣器25开始鸣叫到阅读器24读取到ic芯片31之间的时间。

中心通信设备10包括：测试平台；第二通信模块，与多个测试节点设备20的所述第一通信模块通信接收所述时间戳和所述用户信息，并发送控制所述信号源产生声和/或光信号的命令；分布在所述测试平台上的压力传感器阵列15；第二控制器，用以根据压力传感器阵列15采集的压力信息计算站在所述测试平台上的使用者身体倾斜时重心在所述测试平台上投影坐标；第三通信模块，发送所述时间戳、所述用户信息和所述投影坐标，并接收控制多个测试节点设备20所述信号源产生声和/或光信号的指令序列；其中所述第二控制器连接所述第二通信模块、所述第三通信模块和压力传感器阵列15。

图4示出了根据本公开的一个实施例的中心通信设备10的系统框图。如图4，采用stm32f407作为第二控制器11；电源模块12为中心通信设备10供电；采用cc2530的zigbee模块13作为第二通信模块与测试节点设备20的zigbee无线传感模块21组建测试传感网络，zigbee模块13作为测试传感网络的协调器，外接天线，与各测试节点设备20通信，zigbee模块13与第二控制器11通过串口连接通信；采用移动通信模块14作为第三通信模块，移动通信模块14可使用sim7100，移动通信模块14通过串口与第二控制器11连接，第二控制器11通过移动通信模块14与远程服务器通信；中心通信设备10还包括语音播放模块16、计时模块17，语音播报模块16用于提示用测试者开始测试开始和结束。

图5示出了根据本公开的一个实施例的平衡素质测试原理图。如图5，四个压力传感器15以中心通信设备10的所述测试平台几何中心对称分布。在测试时中心通信设备10水平放置，以所述测试平台几何中心为原点o，所述测试平台左右中点连线、经过原点o为x轴，上下中点连线、经过原点o为y轴。传感器15的坐标分别为a(a,b)，b(-a,b)，c(-a,-b)，d(a,-b)。设人体重力为g，计算测试人员身体倾斜时重心在所述测试平台上投影坐标(x,y)，四个压力传感器a、b、c、d所受的压力与测试人员重力分力的反作用力fa，fb，fc，fd大小分别相等，即有

g＝fa+fb+fc+fd(1)

根据力矩平衡公式可得

g*x＝fa*a+fb*(-a)+fc*(-a)+fd*a(2)

g*y＝fa*b+fb*b+fc*(-b)+fd*(-b)(3)

结合(1)、(2)、(3)式，可得人体重心偏移装置几何中心o的距离，也即在测试平台上投影点的坐标

第二控制器11结合公式(4)、(5)计算得到站在所述测试平台上的使用者身体倾斜时重心在所述测试平台上投影坐标(x,y)。

图6示出了根据本公开的一个实施例的灵敏素质测试系统整体结构图。按图6所示的方式可进行伊利诺伊敏捷测试。测试节点设备20摆放在水平地面上，摆放路线和距离如图6所示。中心通信设备10可放置在不影响测试、但需确保能够与测试节点设备20可通信距离范围内。测试者可使用移动终端，包括但不限于智能手机扫描位于中心通信设备10上的二维码，与中心通信设备10进行交互将其激活，被激活的中心通信设备10初始化一个网络、测试节点设备20加入网络。移动终端通过移动网络向服务器发送测试指令，服务器收到测试指令后将控制多个测试节点设备20指示灯23亮和蜂鸣器25鸣叫的指令序列发送到中心通信设备10，中心通信设备10在接收到指令序列后语音播报模块16播放语音提醒测者准备测试，在10s之后播放测试开始语音。测试开始后，中心通信设备10发送控制指示灯23亮和蜂鸣器25响的命令到起始位置的测试节点设备20，收到命令后的测试节点设备20指示灯23亮、蜂鸣器25开始鸣叫，运动至该测试节点设备20所在位置后，佩戴的测试手套30触摸测试节点设备20或与其垂直距离在5cm以内，阅读器24能够读到测试手套30上的ic芯片，判定测试者到达了目标地点，此时指示灯23灭、蜂鸣器25停止鸣叫、cc2530芯片从计时模块26获取时间戳，并从ic芯片上读取对应的用户信息，时间戳和用户信息将通过zigbee测试传感网络发送到中心通信设备10。中心通信设备10接收到测试节点设备20发回的时间戳和用户信息后，根据指令序列控制下一个测试节点设备20指示灯23亮和蜂鸣器25鸣叫，测试者按照图6的移动路线及测试节点设备20的提示运动至目标位置并触摸相应测试节点设备20，直到跑到终点。跑到终点之后，中心通信设备10会语音播报测试结束，用户信息和每个节点的时间戳都将发送到服务器保存，可在服务器上对照评测指标评分，同时和用户历史的测试数据进行对比，得到用户成绩是否提高，并返回数据到移动终端显示。

指令序列就是控制沿着摆放路径摆放的多个测试节点设备20指示灯亮23和蜂鸣器25响的多条命令的有序集合。不同的敏捷测试方法，测试节点设备20有不同的摆放路径，控制不同路径上的多个测试节点设备20指示灯亮23和蜂鸣器25响的指令序列也会不同。按图6所示的摆放路线和距离可进行伊利诺伊敏捷测试，其对应的指令序列就是依次控制沿路径顺序摆放的多个测试节点设备20的指示灯亮和蜂鸣器响的命令集合。

此外，测试节点设备20通过背部的吸盘固定在墙上，部署高度依据测试者身高，可呈环形部署，确保测试者不需要蹦跳能够触碰到。中心通信设备10可放置在不影响测试、但需确保能够与测试节点设备20可通信距离范围内。移动终端向服务器端发送一个测试指令，服务器收到该测试指令后会随机生成指示灯23亮和蜂鸣器25鸣叫的顺序指令序列，该指令序列通过移动网络发送到中心通信设备10。中心通信设备10接收到指令序列之后，语音播报模块16播放语音提醒测者准备测试，在10s之后播放测试开始语音。中心通信设备10根据指令序列每间隔5s控制特定的测试节点设备20指示灯23亮和蜂鸣器25鸣叫，测试者佩戴测试手套30需要尽快触摸测试节点设备20或与其垂直距离在5cm以内。当用户成功触碰到，测试节点设备20将成功触摸结果返回到协调器装置；如果没有成功触碰，该测试节点设备20的指示灯23灭、蜂鸣器25停止鸣叫，同时将测试失败结果返回给中心通信设备10。当指令序列执行完毕之后，测试结束，语音播放模块语音播报测试结束，成功触摸和失败触摸次数会通过移动网络发送到服务器保存，并将结果返回到移动终端显示。

图7所示为根据本公开的一个实施例的平衡素质测试图。如图7，中心通信设备10上的压力传感器15的压力数据是由其控制器11采集处理，不需要依赖测试节点设备20，直接站在中心通信设备10的所述测试平台上。测试者使用移动终端，包括但不限于智能手机扫描位于中心通信设备10上的二维码，与中心通信设备10进行交互将其激活。测试人员双脚合拢直立站在中心通信设备10上时，重心g的投影与o点重合，也即m(0,0)。开展测试后，测试人员在不移动位置的前提下，直挺身体向前、向后或其他任意方向尽可能倾斜，身体重心g1的投影为m1(x,y)。经过多轮测试、取每个方向的原理原点o的最大值。多个投影值的坐标由微控制器暂存、也可扩展存储，待测试结束后由中心通信设备10的控制器11通过移动通信网络发送到服务器。服务器后台对数据进行进一步处理如画出测试用户的闭合倾斜环线，得出测试结论并将结果返回给移动终端进行显示。

在实际测试与训练中，中心通信设备10既可以独立用于身体平衡素质的测试，也可以和多个测试节点设备20组建基于无线通信技术的测试传感网络进行灵敏素质测试。不同的组合可开展不同的测试，例如在灵敏素质测试中，将测试节点设备20在地面或在墙体上摆放，根据不同的测试路线，合理的选取不同数量测试节点装置的组合开展测试等。