一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)包括可穿戴裝備、服務器、客戶端以及控制端，可穿戴裝備部分包括氣壓計、加速度計、陀螺儀、磁強計、溫度計、CPU模塊、電源模塊、計時模塊、顯示模塊以及無線模塊；加速度計、陀螺儀以及磁強計用于計算運動員的豎直方向的位移與速度；氣壓計用于測量單杠處氣壓，計算單杠高度，并補償豎直位移誤差；計時模塊對運動員單個引體向上時間進行測量；無線模塊將實際測量和計算結果發(fā)送給服務器，由服務器系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行存儲與分析，確定運動員的實際引體向上個數(shù)和體能狀況，并將信息反饋給客戶端。該系統(tǒng)不僅能夠快速準確地計算引體向上的個數(shù)，防止多數(shù)或漏數(shù)情況，減輕工作量，而且能科學地分析運動員的體能狀況，并給出相關建議，實現(xiàn)了在功能性與精確性方面的巨大改進。
【專利說明】
一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及到一種運動評估系統(tǒng)，尤其涉及一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]引體向上是一種基本的鍛煉上肢和軀干力量的運動方法。當前引體向上項目已經(jīng)成為國家教育部要求學生體育必測項目之一。但是，一方面由于引體向上具有其特定的動作標準和規(guī)則，因此在鍛煉或測試的時候需要進行計數(shù)并檢測姿勢或高度是否符合標準。對被測者的引體向上進行人工計數(shù)時，不僅需要計數(shù)員一對一地進行記錄，還需要計數(shù)員觀察被測者是否動作達標，不僅耗費人力，還容易出錯。另一方面，進行體能測試后，沒能及時對學生體能進行評估與反饋，學校也無法實時跟蹤學生的體能增長情況，這樣鍛煉效果不佳。
[0003]現(xiàn)有技術中，存在引體向上測試器，能夠?qū)Ρ粶y試者的引體向上運動進行自動檢測并計數(shù)，但是大多數(shù)結構復雜，安裝操作以及維護難度大，不易拆除，尤其“觸碰計數(shù)”方式易產(chǎn)生“二次觸碰”等情況;而且當前裝置中沒有一種能合理利用測量數(shù)據(jù)對運動員體能進行分析與評估的裝置系統(tǒng)。
[0004]因此，現(xiàn)有技術有待進一步完善。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)，解決學生做引體向上運動項目過程中，存在的“工作量大”、“計數(shù)易出錯”和“缺少體能評估與反饋機制”等問題。
[0006]本實用新型所述一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)，其特征在于:包括可穿戴裝備、服務器、客戶端以及控制端;所述可穿戴裝置包括氣壓計、加速度計、陀螺儀、磁強計、溫度計、CPU模塊、電源模塊、計時模塊、顯示模塊以及無線模塊;所述加速度計、陀螺儀以及磁強計用于計算運動員的豎直方向的位置與速度;所述氣壓計用于測量單杠處氣壓，計算單杠高度，并輔助修正豎直位置和速度誤差;所述計時模塊對運動員單個引體向上時間進行測量;所述無線模塊將實際測量和計算結果發(fā)送給服務器;所述服務器中上位機軟件對數(shù)據(jù)進行存儲與分析，確定運動員的實際引體向上個數(shù)和體能狀況，并將信息反饋給客戶端。
[0007]所述體能評估系統(tǒng)的評估指標包括:引體向上運動數(shù)目多少、平均速度快慢以及有無規(guī)律性等三個方面。
[0008]本實用新型的有益效果為:
[0009]1.本實用新型結構簡單，使用方便，可以實現(xiàn)精確的實時計數(shù)，并且能有效幫運動員提高動作標準，達到訓練的真正目的。
[0010]2.本實用新型使用無線模塊對數(shù)據(jù)進行無線傳送，能耗低，信令信道可設置，有效避免同頻干擾且安裝靈活，操作快捷。而且不需提前安裝復雜昂貴的專用訓練單杠，且維修方便。
[0011]3.本實用新型所采用的算法可以獲得較為精確的上升、下降高度，提高上位機系統(tǒng)判斷的準確性，降低誤判率。
[0012]4.本實用新型充分利用測量數(shù)據(jù)，科學地分析了運動員的體能狀況，突破以往的只有單一計數(shù)功能的限制，既降低人力成本，又存在實時反饋評估機制，實現(xiàn)在功能性與精確性方面的巨大改進。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的引體向上標準計數(shù)與體能評估系統(tǒng)的結構示意圖。
[0014]圖2為本實用新型的引體向上標準計數(shù)與體能評估系統(tǒng)的原理圖。
[0015]圖3為本實用新型的可穿戴裝置安裝與實際運動示意圖。
[0016]圖4為本實用新型的引體向上標準計數(shù)與體能評估系統(tǒng)的實施流程圖。
[0017]圖5和圖6為本實用新型的引體向上標準計數(shù)與體能評估系統(tǒng)的評價標準。
【具體實施方式】
[0018]為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型。
[0019]如圖1，引體向上標準技術與體能評估系統(tǒng)包括可穿戴裝置、服務器、客戶端以及控制端;可穿戴裝置包括氣壓計、加速度計、陀螺儀、磁強計、溫度計、CPU模塊、電源模塊、計時模塊、顯示模塊以及無線模塊;每一套可穿戴裝置都有內(nèi)置的固定編號n，用于辨別運動員身份。測試前，將裝置放在單杠附近，利用氣壓計采集單杠處氣壓數(shù)據(jù)，測量穩(wěn)定氣壓值，并計算單杠高度;加速度計、陀螺儀以及磁強計分別用于輸出線加速度、角速度以及磁場強度等信息；溫度計用于測量裝置的溫度，以實現(xiàn)對其它傳感器的溫度補償;CPU模塊用于收集傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行溫度補償和算法濾波，并通過無線模塊與服務器系統(tǒng)進行互相通信;計時模塊用于實時測量運動時間；顯示模塊用于顯示引體向上的完成個數(shù);服務器對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分析與評估，并上傳至客戶端與控制端。
[0020]如圖2、3，測試時，將可穿戴裝置安裝在運動員的衣領或肩上；隨著運動員開始上升或下降，裝置內(nèi)部的傳感器將實時輸出相關運動數(shù)據(jù)，如加速度、角速度、氣壓強度等;利用以上數(shù)據(jù)，通過姿態(tài)解算與位置解算能獲取運動員的豎直位移和豎直速度;結合單杠高度、豎直位移以及加速度與角速度數(shù)據(jù)，對引體向上運動進行科學計數(shù);再結合引體向上的個數(shù)、計時器的輸出以及豎直方向的速度，對運動員體能進行有效評估。
[0021]如圖4，為本實用新型所述方法在具體應用時的流程圖，使用本實用新型所述方法在進行具體應用時的具體步驟如下:
[0022]步驟SI，首先打開電源開關，將裝置放在單杠處，按下“初始化”按鈕，測量穩(wěn)定氣壓值，計算單杠高度，并將計數(shù)清零以及對程序進行刷新，完成裝備的初始化。
[0023]步驟S2，將裝備安裝在運動員的衣領或者肩上，并按下計數(shù)按鈕。
[0024]步驟S3，運動員開始引體向上運動，傳感器實時測量運動數(shù)據(jù)，并通過無線模塊上傳到服務器。
[0025]步驟S4，服務器系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理，通過姿態(tài)解算和導航解算，計算出運動員豎直方向位置、高度、速度等信息。
[0026]步驟S5，根據(jù)加速度計與陀螺儀輸出數(shù)據(jù)，計算加速度計與角速度幅值，并判斷其是否在設定的閾值范圍內(nèi)，如果在閾值范圍內(nèi)，則執(zhí)行S6;如果不在閾值范圍內(nèi)，則返回S4，進行下一次判斷。
[0027]步驟S6，根據(jù)已知的豎直高度計算出上升位移，并判斷是否大于m米(m大小應根據(jù)成人與兒童兩種情況來設定)，如果大于或等于m米，則執(zhí)行S7;如果小于m米，則返回S4繼續(xù)判斷。
[0028]步驟S7，根據(jù)已知的豎直高度，判斷其是否在單杠高度附近(允許存在一定誤差ε)，如果在，則表明運動員整個頭部超過單杠(即肩部與單杠高度大致相同)，執(zhí)行S8;如果不在范圍內(nèi)，則返回S4繼續(xù)判斷。
[0029]步驟S8，滿足上述條件，表明引體向上動作合格，計數(shù)加I。
[0030]步驟S9，根據(jù)豎直高度與加速度、角速度幅值，判斷運動員下落到最低處。
[0031]步驟S10，判斷計數(shù)按鈕是否被再次按下，如果是，則表明計數(shù)停止，執(zhí)行Sll;如果不是，則表明繼續(xù)引體向上運動，返回S4。
[0032]步驟Sll，關閉電源開關，運動結束。
[0033]如圖5和6，評估系統(tǒng)的評價標準包括:引體向上運動持續(xù)時間長短、運動員上升速度快慢以及運動有無規(guī)律性。如果運動持續(xù)時間長，上升速度快，運動有規(guī)律，則表明該運動員體力很好;如果運動持續(xù)時間長，上升速度快，但運動無規(guī)律，則表明該運動員體力較強，應該繼續(xù)保持;如果運動持續(xù)時間長，運動有規(guī)律，但是上升速度慢，則表明該運動員體力較強，應該繼續(xù)保持;如果運動持續(xù)時間長，但上升速度慢且運動無規(guī)律，則表明該運動員體力一般，要開始注意鍛煉了 ；如果運動上升速度快，運動有規(guī)律，但持續(xù)時間短，則表明該運動員體力一般，要開始注意鍛煉了；如果運動上升速度快，但持續(xù)時間短且測量數(shù)據(jù)無規(guī)律，則表明該運動體力較弱，需加強鍛煉;如果運動有規(guī)律，但持續(xù)時間短且上升速度慢，則表明該運動體力較弱，需加強鍛煉;如果運動持續(xù)時間短，上升速度慢且運動無規(guī)律性，則表明該運動員體力很差，要注意自身健康問題了。
[0034]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)，其特征在于:包括可穿戴裝置、服務器、客戶端以及控制端;所述可穿戴裝置包括氣壓計、加速度計、陀螺儀、磁強計、溫度計、CPU模塊、電源模塊、計時模塊、顯示模塊以及無線模塊;所述加速度計、陀螺儀以及磁強計用于計算運動員的豎直方向位置與速度;所述氣壓計用于測量單杠處氣壓，計算單杠高度，并輔助修正豎直位置誤差;所述計時模塊用于實時測量運動時間；所述無線模塊將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器;所述服務器系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行存儲與分析，確定運動員的實際引體向上個數(shù)和體能狀況，并將信息反饋給客戶端。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多傳感器的運動評估系統(tǒng)，特征在于，所述氣壓計為一種高精度氣壓傳感器，能夠感知一定高度范圍內(nèi)的氣壓變化;所述加速度計、陀螺儀以及磁強計均經(jīng)過溫度補償以及算法濾波，輸出穩(wěn)定;所述CPU模塊采用內(nèi)置電源供電，使接在上面的傳感器均能獲得電源;所述可穿戴裝置輸出的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送給服務器進行數(shù)據(jù)處理。
【文檔編號】A63B1/00GK205683550SQ201620396748
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月5日 公開號201620396748.2, CN 201620396748, CN 205683550 U, CN 205683550U, CN-U-205683550, CN201620396748, CN201620396748.2, CN205683550 U, CN205683550U
【發(fā)明人】樊啟高, 孫璧文, 孫艷, 武亞恒
【申請人】江南大學