一種測量仰臥舉腿的方法及裝置製造方法
2023-09-12 23:46:50 2
一種測量仰臥舉腿的方法及裝置製造方法
【專利摘要】一種仰臥舉腿的測量方法和裝置，包括單片機，顯示器，小鍵盤，以及分別固定在小腿部分和大腿部分的2個傾角傳感器。通過判斷小腿部分傾角傳感器的角度測量值是否達到或者超過90度，來認定上舉動作是否達標，並通過判斷大腿部分傾角傳感器的角度測量值與小腿部分傳感器的角度測量值的差是否小於或等於一個預設值，來認定雙腿是否伸直，當上舉動作達標並且雙腿伸直時，認定動作合格。
【專利說明】一種測量仰臥舉腿的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種仰臥舉腿的測量方法和裝置，特別涉及一種根據傳感器及單片機來檢測仰臥舉腿動作是否達標的一種方法和裝置。
【背景技術】
[0002]仰臥舉腿是一項簡單易做的大學生素質考試項目，要求大學生在I分鐘時間內按照動作標準的要求完成一定數量才能及格。
[0003]如圖1所示，被測者身體仰臥於體操墊上，兩臂置於身體兩側，兩腿併攏伸直。墊側放置一個雙柱標杆，位於髖關節兩側，標杆高50釐米，用一皮筋連於兩桿。受試者做收腹、直抬腿必須舉成直角(同地面成直角)，然後還原成開始姿勢。
[0004]在實際測量時，還要求雙腿併攏並儘量伸直。由於測試屬於規定時間內計數，動作相對較快，所以雙腿是否伸直的判斷就比較困難。在實際的測試中，學生為了追求速度，動作往往會出現變化，動作是否達標就很難以肉眼來判斷。這樣就造成了最後考核執行者與考生自己所記錄的次數不一致的情況發生。同時，在檢測時必須一對一的進行測量，也造成了大量的人員浪費和提升了·教師的工作量。
[0005]為了幫助老師掌握此項考試的判斷並減輕工作量，急需一種便捷簡易的仰臥舉腿測試儀器，輔助教師對測試者的檢測和對其完成動作進行計數，從而解決以上出現的問題。
【發明內容】
[0006]本發明利用兩組傾角傳感器來檢測雙腿動作是否達標。具體方法如下:
[0007]將一組傾角傳感器水平固定於小腿，根據傾角傳感器的特點，當雙腿上舉時，傾角傳感器會有一個與角度相對應的電平輸出，根據電平的變化情況來判斷上舉是否達到動作要求。這樣就解決了直抬腿必須舉成直角(同地面成直角)的動作要求。
[0008]為了解決判斷雙腿伸直的問題，引入另外一組傾角傳感器。將這組傾角傳感器水平固定於大腿部分，此時，小腿和大腿由於粗細不同會造成兩組傳感器初始輸出的角度存在一個差值，可以根據輸出的情況通過一單片機對這個角度差進行預設。將預設的角度差值或電位差值作為一個標準。在雙腿上舉的過程中，通過單片機來檢測此角度差的變化情況，當角度差在一個微小的範圍內變動時，認定動作合格，否則，不合格。而這個範圍的設定可以通過與單片機連接的一個外接鍵盤參考初始角度差進行預設。
[0009]最後，將兩組動作同時達標的一次動作作為一次成功的考核動作，通過與單片機相連的
[0010]一個液晶顯示模塊進行顯示，達到計數的目的。
[0011]通過本發明的仰臥舉腿測量裝置，可以有效的檢測仰臥舉腿這個項目的完成情況。
【專利附圖】
【附圖說明】[0012]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的方式。
[0013]圖1是現有的仰臥舉腿測試計數方法。
[0014]圖2是本發明實施例的仰臥舉腿測量裝置的結構示意圖。
[0015]圖3是傾角傳感器3的工作電路。
[0016]圖4是傾角傳感器3的電源模塊。
[0017]圖5是本發明實施例的仰臥舉腿測試方法的流程圖。
[0018]圖6是本發明實施例的仰臥舉腿測量裝置的系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式做進一步地詳細介紹。
[0020]圖2是本發明實施例的仰臥舉腿測量裝置的結構示意圖。如圖2所示，該仰臥舉腿測量裝置I包括單片機2，傾角傳感器31和32，顯示器4，以及小鍵盤5。其中傾角傳感器，顯示器4，以及小鍵盤5分別與單片機2相聯接。
[0021]顯示器4用於顯示完成的合格動作數，起到計數的目的。其可以是小型的128*64的顯不器。
[0022]傾角傳感器31和32採用單軸傾角傳感器SCA60C，其可以考察0_90度的角度傾斜，並將與角度對應的電位信息輸出，具體電路如圖3所示。
[0023]傳感器31和32使用5V直流電源驅動，7端為測量電壓輸出端。內部具有角度與電壓轉換裝置，根據不同的角度輸出與之相對應的電壓，依據公式:
[0024]a = arcsin (0.5Vo_0.25Vdd),
[0025]其中，a為測量輸出角度，Vo為輸出的測量電壓，Vdd為輸入電壓，即驅動電壓5V。
[0026]當雙腿並舉，使傾角傳感器SCA60C處於水平位置時，Vo端輸出+0.5V的模擬電壓。傳感器SCA60C僅可精確檢測到0-90度的角度範圍，當雙腿舉到使傾角傳感器與水平面成90度的角度時，此時Vo端輸出+4.5V的模擬電壓。在0-90度的傾角範圍內，Vo端輸出的是正比於傾角大小的+0.5-+4.5V的模擬電壓信號，當雙腿並舉到使傾角傳感器與水平面間的角度從90度到180度的範圍變化時，輸出端Vo輸出的是從+4.5V依次變化到+0.5V的模擬電壓信號，因此通過測定傳感器SCA60C輸出端No電壓的大小即可確定雙腿與水平面的夾角。根據輸出端的電壓變化情況，通過Α/D轉換裝置將輸出的模擬量轉換為數字量輸入單片機，利用單片機對其進行控制，達到測試的目的。
[0027]從膝蓋區分，膝蓋以下小腿部分固定傾角傳感器31，膝蓋以上固定傾角傳感器32，雙腿伸直，平放於測試墊上，傾角傳感器是水平面作為參考面，因為大腿和小腿的粗度不同，所以此時，兩組傾角傳感器會有兩組不同的與水平面的夾角。
[0028]當雙腿上舉時，傾角傳感器會出現角度變化。當傳感器31的角度達到或者超過90度時，認為上舉動作達標。此時，傳感器32同時也會出現角度變化，將傳感器31與傳感器32的角度進行比較，當兩者的角度差在整個動作過程中基本保持一致時，認為雙腿伸直達標。
[0029]當兩組數據同時達標時，認為該組動作達標，此時，計數器進行一次計數。依次類推，將每次達標的動作通過一個加法運算在計數器上進行顯示，從而達到在規定時間內技術的目的。
[0030]上述的角度差可以利用單片機進行預設。在開始測試前，首先需要固定檢測裝置。固定之後需要測試者將雙腿併攏，水平放置於墊子上。由於本裝置兩個傳感器固定在腿上的位置不同，還有就是個人腿部情況存在差異，會使得初始時兩傳感器之間存在一個角度差，我們需要將此角度差進行記錄並通過單片機預設一個有角度差為根據引入的允許偏差上限，即為預設的角度差值。該預設的角度可通過小鍵盤5輸入，當兩組傾角傳感器檢測到的值之間的差在預設的角度範圍內時，則認定雙腿伸直達標。
[0031]圖4是傾角傳感器的電源模塊。如圖4所示，傾角傳感器使用的電源驅動為5V直流電源，鑑於此儀器在使用過程中應該儘量輕便以達到不影響測試者的目的，本設計採用紐扣電池或者乾電池來供電，這就需要一個穩壓的5v轉換電路，在此，本設計利用集成穩壓器L7805來實現。具體實現方式如下:L7805為一三端5V穩壓輸出晶片，I端連接輸入電壓，3端為5V輸出，2端接地。輸入和輸出端的兩個101無極性小電容，作用是改善穩壓電源的高頻瞬態響應的。兩端的IOOyF電容主要器抑制自激振蕩的作用。
[0032]單片機2採用C8051F005。這種單片機功耗低，性能穩定，可以很好的進行AD轉換和電壓比對，是本設計的理想器件。利用此單片機，可以實現上述的幾種功能:
[0033]1.通過程序控制可以確定傳感器3所測量的具體偏離角度所造成的電壓變化，從而確定被測者的上舉動作是否達標；
[0034]2.通過預設，將檢測前所固定好的兩個傳感器之間存在的夾角作為參考項，對比上舉過程中兩個傳感器之間的夾角變化情況來判斷雙腿的伸直情況；
[0035]3.將符合條件的動作通過加法程序輸入與之相連的計數器進行計數。通過這個過程，起到智能檢測的目的。
[0036]圖5是本發明實施例的仰臥舉腿測試方法的流程圖。如圖5所示，本實施例的測試方法500，具體可以包括如下步驟:
[0037]步驟501，儀器通電，計數器清零；
[0038]步驟502，初始化，觀測初始狀態時兩傳感器輸出電位，並確定電位差，同時，根據電位差進行角度預設，即通過鍵盤5輸入一個預設的角度值a ；
[0039]步驟503，讀取傾角傳感器31測量的角度值al，以及傾角傳感器32測量的角度值a2 ；
[0040]步驟504，判斷al的值是否是大於90度。如果大於90度則轉入步驟505，否則轉入步驟507 ；
[0041]步驟505，判斷al與a2的差的絕對值與預設角度值a的關係，如果|al_a2| < a,則轉入步驟506，否則轉入步驟507 ；
[0042]步驟506，計數器值加I，轉入步驟507 ；
[0043]步驟507，讀取下兩個傾角傳感器的下一測量角度值；
[0044]步驟508，是否到 時間？
[0045]步驟509，測試結束，顯示計數器的值；[0046]步驟510，結束。
[0047]圖6是本發明實施例的仰臥舉腿測量裝置的簡單系統結構示意圖。
[0048]在本設計中，通過兩個角度傳感器SCA60C採集並得到與角度相關的一個電壓模擬量，通過Α/D轉換裝置將次模擬量轉換為數字量輸入到控制器C8051F005中，通過控制器根據此時的輸入與預先設定的角度數字量進行比較，從而確定是否達標。預先設定量通過小鍵盤來進行輸入設定。程序本身具有角度預設和比對功能，通過輸出字符串來確定合格的動作。最後，通過一個LCD液晶顯示器來顯示最終的測量合格數。
[0049]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種仰臥舉腿測量裝置，包括: 2個傾角傳感器，其內部有角度與電壓轉換裝置，根據不同的角度輸出與之相對應的電壓，一個固定在膝蓋以下小腿部分，另一個固定在膝蓋以上大腿部分； 單片機，通過判斷小腿部分傾角傳感器的角度測量值是否達到或者超過90度，來認定上舉動作是否達標，並通過判斷大腿部分傾角傳感器的角度測量值與小腿部分傳感器的角度測量值的差是否小於或等於一個預設值，來認定雙腿是否伸直，當上舉動作達標並且雙腿伸直時，認定動作合格； 顯示器，用於顯示完成的合格動作數； 小鍵盤，用於輸入預設值； 其中顯示器，小鍵盤，以及傾角傳感器均連接到單片機。
2.如權利要求1所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，當傾角傳感器處於水平位置時，傾角傳感器輸出+0.5V的模擬電壓；當雙腿舉到使傾角傳感器與水平面成90度的角度時，傾角傳感器輸出+4.5V的模擬電壓。
3.如權利要求2所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，傾角傳感器內部具有角度與電壓轉換裝置，根據不同的角度輸出與之相對應的電壓，依據公式:
a = arcsin(0.5Vo-0.25Vdd)， 其中，a為測量輸出角度，Vo為輸出的測量電壓，Vdd為輸入電壓。
4.如權利要求1所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，固定傾角傳感器後需要測試者將雙腿併攏，水平放置於墊子上，記錄兩傳感器之間的角度差，並根據該角度差確定預設值。
5.如權利要求1所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，傾角傳感器採用單軸傾角傳感器SCA60C，單片機採用C8051F005。
6.一種仰臥舉腿測量裝置的測量方法，該仰臥舉腿測量裝置包括單片機，顯示器，小鍵盤，以及分別固定在小腿部分和大腿部分的2個傾角傳感器，其中顯示器，小鍵盤，以及傾角傳感器均連接到單片機，該方法包括以下步驟: 讀取兩個傾角傳感器測量的角度值； 通過判斷小腿部分傾角傳感器的角度測量值是否達到或者超過90度，來認定上舉動作是否達標； 通過判斷大腿部分傾角傳感器的角度測量值與小腿部分傳感器的角度測量值的差是否小於或等於一個預設值，來認定雙腿是否伸直； 如果上舉動作達標並且雙腿伸直則認定動作合格； 顯示在規定時間內完成的合格動作次數。
7.如權利要求6所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，判斷傾角傳感器角度測量值的方法為，當傾角傳感器處於水平位置時，傾角傳感器輸出+0.5V的模擬電壓；當雙腿舉到使傾角傳感器與水平面成90度的角度時，傾角傳感器輸出+4.5V的模擬電壓。
8.如權利要求7所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，傾角傳感器內部具有角度與電壓轉換裝置，根據不同的角度輸出與之相對應的電壓，依據公式:
a = arcsin(0.5Vo-0.25Vdd)， 其中，a為測量輸出角度，Vo為輸出的測量電壓，Vdd為輸入電壓。
9.如權利要求6所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，預設值的確定方式為，固定傾角傳感器後需要測試者將雙腿併攏，水平放置於墊子上，記錄兩傳感器之間的角度差，並根據該角度差確定預設值。
10.如權利要求6所述的仰臥舉腿測量裝置，其特徵在於，傾角傳感器採用單軸傾角傳感器SCA60C，單片機採 用C8051F005。
【文檔編號】A61B5/103GK103431866SQ201310396269
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】傅蘭英, 張業宏, 於毅, 李明彩, 王海燕, 王洋洋, 穆鵬 申請人:新鄉醫學院