一种可组合模块式学生体质测试采集系统的制作方法

1.本实用新型涉及体育器材领域，具体涉及一种可组合模块式学生体质测试采集系统。


背景技术：

2.健康是永恒的话题，当代学生作为国家富强和民族复兴的主要希望，健康对于学生的生活、学业和工作都产生着重要的影响。对学生实施体质测试，是各级学校对学生体育素质教育成果进行检验的重要手段，也是全面把握学生体能情况的主要方式，在促进学生身体健康水平得到进一步提高方面也发挥着重要的作用。但是，调查研究显示，当前我国学生体能情况不容乐观，大多数存在体质差、心理素质不足等问题，对学生的个人成长和我国社会建设都会产生一定的不良影响。
3.目前，现有的体质测试设备功能固定，在实际使用中容易出现功能浪费的情况，且由于设备中功能电路集中，存在修理不便的问题，影响使用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种提高使用灵活性的可组合模块式学生体质测试采集系统。
5.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：
6.一种可组合模块式学生体质测试采集系统，包括本地端、云端以及采集单元，采集单元由若干采集模块组成，采集模块包括主控板，主控板通过can接口连接于can总线上，本地端包括can网关、主机以及无线通信模块，can总线、can网关以及主机依次连接，无线通信模块与主机连接，主机通过无线通信模块实现与云端的连接。
7.作为上述技术方案的进一步改进，所述采集模块由超声波采集模块、压力采集模块、气体压力采集模块、电压采集模块、第一红外线采集模块、射频采集模块、第二红外线采集模块、第三红外线采集模块、激光采集模块以及心率采集模块中的一种或多种组成，利于扩大测试项目的范围，提高适用性。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述超声波采集模块包括主控板、超声波传感器和 ad数据采集模块，超声波传感器与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接。通过超声波发射器发出超声波，超声波碰到测量者头顶端时会反射，超声波传感器检测超声波的反射波，从而获取发射超声波和接收到反射波之间的时间差，并根据超声波的声速算出超声波发射器与测试者头顶端之间的距离，然后根据超声波发射器的固定高度，进而计算出测试者的身高数据。
9.作为上述技术方案的进一步改进，所述压力采集模块包括主控板、压力传感器和ad数据采集模块，压力传感器与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接。通过压力传感器检测测试者施加的压力，从而获取测试者的体重和握力数据。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述电压采集模块包括主控板、两个电极片以及ad 数据采集模块，两个电极片分别与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接。通过两个电极片检测测试者人体的阻抗值，然后根据人体的阻抗值与人体的成分含量的关系，通过计算得出测试者体脂、总水、细胞内外液的含量，从而获取测试者的人体成分测试数据。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一红外线采集模块包括主控板、红外线传感器、控制板、第一zigbee模块以及第二zigbee模块，红外线传感器和第一zigbee模块分别与控制板连接，第一zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接。通过红外线传感器探测测试者人体发出的红外线，从而感应并定位测试者的位置，得出测试者完成测试所需的时长，配合控制板、第一zigbee模块以及第二zigbee 模块将计时数据无线上传至主控板，扩大了红外线传感器的使用范围，保障了测试项目的空间需求，从而实现短跑、足球运球以及篮球运球项目的测试。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述射频采集模块包括主控板、rfid读卡器、第一 zigbee模块以及第二zigbee模块，rfid读卡器通过无线射频方式与佩戴于测试者的手部上的rfid手环进行通信连接，rfid读卡器与第一zigbee模块连接，第一zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接。通过rfid手环和rfid 读卡器之间进行通信，配合第一zigbee模块和第二zigbee模块将计时数据无线上传至主控板，扩大rfid读卡器的使用范围，保障了测试项目的空间需求，从而实现中长跑项目的测试。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述所述第二红外线采集模块包括主控板、红外线发射模块、红外线接收模块、第一zigbee模块以及第二zigbee模块，红外线发射模块和红外线接收模块通过红外信号连接，红外线接收模块与第一zigbee模块连接，第一zigbee 模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接。通过红外线发射模块和红外线接收模块检测测试者起跳时鞋尖的位置和起跳落地时鞋跟的位置，从而实现立定跳远项目的测试，同时配合第一zigbee模块和第二zigbee模块将数据无线传输至主控板，扩大红外线发射模块和红外线接收模块的使用范围，保障了立定跳远项目的测试空间需求。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述激光采集模块包括主控板和激光测距模块，激光测距模块与主控板连接。通过激光测距模块获取距离数据，从而实现坐位体前屈项目的测试且提高测试结果的准确性。
15.作为上述技术方案的进一步改进，所述心率采集模块包括主控板和电极式心率传感器，电极式心率传感器与主控板连接。通过电极式心率传感器获取心率数据，测量方便，使用便利。
16.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
17.本实用新型通过采集单元、本地端以及can总线配合使用，利于根据测试项目的需求选择相应的采集单元与can总线连接，提高了使用的灵活性，且避免了功能浪费，利于控制测试成本。进一步的，通过can总线的使用，保障了数据传输的流畅和效率，且利于对采集单元的线路进行管理，降低采集单元的更换难度，提高使用的便利性。
附图说明
18.图1是实施例一一种可组合模块式学生体质测试采集系统的结构示意图。
19.图2是图1中所示超声波采集模块的结构示意图。
20.图3是图1中所示压力采集模块的结构示意图。
21.图4是图1中所示气体压力采集模块的结构示意图。
22.图5是图1中所示电压采集模块的结构示意图。
23.图6是图1中所示第一红外线采集模块的结构示意图。
24.图7是图1中所示射频采集模块的结构示意图。
25.图8是图1中所示第二红外线采集模块的结构示意图。
26.图9是图1中所示第三红外线采集模块的结构示意图。
27.图10是图1中所示激光采集模块的结构示意图。
28.图11是图1中所示心率采集模块的结构示意图。
29.图12是实施例二一种多功能学生体质测试采集设备的系统结构示意图。
30.图13是实施例二一种多功能学生体质测试采集设备的装置结构示意图。
31.图14是图13中所示机柜正面的结构示意图。
32.图15是图14中所示机柜背面的结构示意图。
33.图16是图14中所示机柜左侧的结构示意图。
34.图17是图12中所示跳绳测试仪中蓝牙采集模块的结构示意图。
35.其中，机柜1，安装座11，显示屏12，读卡器13，柜门14，延伸臂15，垫层2，垫层单元21，测试仪3，秤盘31，移动柱32，跳毯33，躺板架34，坐板架35，台阶件36，支撑架4，纵向杆41，横向杆42，握柄51，吹气柄52，手柄53，检测柄54，固定条6,支架 7。
具体实施方式
36.下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
37.实施例一。
38.参见图1
‑
图11，本实施例一种可组合模块式学生体质测试采集系统，包括本地端、云端以及采集单元，采集单元由若干采集模块组成，采集模块包括主控板。
39.所述采集单元包括超声波采集模块、压力采集模块、气体压力采集模块、电压采集模块、第一红外线采集模块、射频采集模块、第二红外线采集模块、第三红外线采集模块、激光采集模块以及心率采集模块。其中：
40.(1)所述超声波采集模块包括主控板、超声波传感器和ad数据采集模块，超声波传感器与
41.ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接。
42.(2)所述压力采集模块包括主控板、压力传感器和ad数据采集模块，压力传感器与ad数据
43.采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接。
44.(3)所述气体压力采集模块包括主控板、气体压力传感器以及ad数据采集模块，气体压力
45.传感器与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接。
46.(4)所述电压采集模块包括主控板、两个电极片以及ad数据采集模块，两个电极片分别与
47.ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接，
48.(5)所述第一红外线采集模块包括主控板、红外线传感器、控制板、第一zigbee模块以及
49.第二zigbee模块，红外线传感器和第一zigbee模块分别与控制板连接，第一zigbee 模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接。
50.(6)所述射频采集模块包括主控板、rfid读卡器、第一zigbee模块以及第二zigbee模块， rfid读卡器通过无线射频方式与佩戴于测试者的手部上的rfid手环进行通信连接， rfid读卡器与第一zigbee模块连接，第一zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接。
51.(7)所述第二红外线采集模块包括主控板、红外线发射模块、红外线接收模块、第一zigbee 模块以及第二zigbee模块，红外线发射模块和红外线接收模块通过红外信号连接，红外线接收模块与第一zigbee模块连接，第一zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接。
52.(8)所述第三红外线采集模块包括主控板和红外线传感器，红外线传感器与主控板连接。
53.(9)所述激光采集模块包括主控板和激光测距模块，激光测距模块与主控板连接。
54.(10)所述心率采集模块包括主控板和电极式心率传感器，电极式心率传感器与主控板连接。
55.上述各个采集模块的主控板通过can接口连接于can总线上，本地端包括can网关、主机以及无线通信模块，can总线、can网关以及主机依次连接，无线通信模块与主机连接，主机通过无线通信模块实现与云端的连接。
56.实施例二。
57.参见图12，本实施例提供了一种基于上述实施例中可组合模块式学生体质测试采集系统的多功能学生体质测试采集设备，该多功能学生体质测试采集设备包括本地端、云端以及客户端集群，所述本地端包括机柜1和主机电路。
58.参见图14
‑
图16，所述机柜1的四个侧面上安装固定有用于安装检测模块的安装座11 和显示屏12，安装座11位于显示屏12的下方，所述安装座11和显示屏12之间设有读卡器13，读卡器13安装固定于机柜1上，位于机柜1的同一侧面上的读卡器13和安装座11 一一对应，所述显示屏12的下方的左右各设置有一个安装座11，所述机柜1的一个侧面上安装固定有柜门14，柜门14上安装显示屏12和安装座11，所述机柜1放置于垫层2上，垫层2由若干垫层单元21拼接组成，所述机柜1具有支撑架4，以提高机柜1的结构强度，所述支撑架4包括四根纵向杆41和四根横向杆42，四根纵向杆41分布于机柜1的四个棱边处，其中，其中两根横向杆42分别位于机柜1的前侧上方和后侧上方，上述两根横向杆 42对应连接相邻纵向杆41的上端，其余两根横向杆42分别位于机柜1的左侧下方和右侧下方，该两根横向杆42对应连接相邻纵向杆41的下端。
59.参见图12，所述主机电路包括can总线、can网关、蓝牙网关、主机以及无线通信模块，can总线、can网关以及主机依次连接，蓝牙网关和无线通信模块分别与主机连接，主机通过无线通信模块实现与云端的连接，所述无线通信模块为4g模块，所述主机位于机柜 1上。
60.参见图12、图13，所述客户端集群包括身高测试仪、体重测试仪、握力测试仪、肺活量测试仪、人体成分测试仪、短跑测试仪、篮球运球测试仪、足球运球测试仪、中长跑测试仪、立定跳远测试仪、仰卧起坐测试仪、坐位体前屈测试仪、台阶心率测试仪以及跳绳测试仪，体重测试仪、短跑测试仪、篮球运球测试仪、足球运球测试仪、中长跑测试仪、立定跳远测试仪、仰卧起坐测试仪、坐位体前屈测试仪间隔分布于机柜1的外围。
61.下面对上述各个测试仪的电路构成进行说明：
62.参见图13，所述身高测试仪包括超声波采集模块和延伸臂15。所述延伸臂15安装固定于机柜1的顶部，延伸臂15的一端固定连接于机柜1上，延伸臂15的另一端延伸至机柜1的侧上方，延伸臂15的另一端上安装有超声波发射器。
63.参见图2，所述超声波采集模块包括超声波传感器、ad数据采集模块以及主控板，超声波传感器与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接。超声波传感器安装于延伸臂15的另一端上，ad数据采集模块和主控板均安装于机柜1上。所述超声波采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
64.通过超声波发射器发出超声波，超声波碰到测量者头顶端时会反射，超声波传感器检测超声波的反射波，从而获取发射超声波和接收到反射波之间的时间差，并根据超声波的声速算出超声波发射器与测试者头顶端之间的距离，由于超声波发射器的高度固定，可以计算获取测试者的身高测试数据。
65.所述体重测试仪和握力测试仪均包括压力采集模块。
66.参见图3，所述压力采集模块包括压力传感器、ad数据采集模块以及主控板，压力传感器与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，ad数据采集模块和主控板均安装于机柜1上。所述压力采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
67.参见图13，所述体重测试仪还包括秤盘31，秤盘31固定放置于垫层2上，压力传感器安装于秤盘31上。
68.通过测试者站立在秤盘上，压力传感器检测秤盘上测试者在重力作用下施加的压力，从而获取测试者的体重测试数据。
69.参见图15，所述握力测试仪还包括握柄51，握柄51安装固定于安装座11上，压力传感器安装于握柄51上。
70.通过测试者手握握柄并握紧，压力传感器检测握柄上测试者施加的压力，从而获取测试者的握力测试数据。
71.参见图15，所述肺活量测试仪包括气体压力采集模块和吹气柄52，吹气柄52的一端固定连接于机柜1上，吹气柄52的另一端插设于安装座11上。
72.参见图4，所述气体压力采集模块包括气体压力传感器、ad数据采集模块以及主控板，气体压力传感器与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板
连接，主控板通过can接口与can总线连接，气体压力传感器安装于吹气柄52内，ad数据采集模块和主控板均安装于机柜1上。所述气体压力采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
73.通过测试者向吹气柄内吹气，气体压力传感器检测吹气柄内气体压强，从而获取测试者的肺活量测试数据。
74.参见图14，所述人体成分测试仪包括电压采集模块和手柄53，手柄53安装固定于安装座11上。
75.参见图5，所述电压采集模块包括两个电极片、ad数据采集模块以及主控板，两个电极片分别与ad数据采集模块的输入端连接，ad数据采集模块的输出端与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，两个电极片分别安装固定于两个手柄53的表面上，ad数据采集模块和主控板均安装于机柜1上。所述电压采集模块的主控板采用stm32f105rbt6 芯片。
76.通过测试者手握两个手柄，两个电极片检测测试者人体的阻抗值，然后根据人体的阻抗值与人体的成分含量的关系，通过计算得出测试者体脂、总水、细胞内外液的含量，从而获取测试者的人体成分测试数据。
77.参见图13，所述短跑测试仪、篮球运球测试仪以及足球运球测试仪均包括第一红外线采集模块和移动柱32。
78.参见图6，所述第一红外线采集模块包括主控板、红外线传感器、控制板、第一zigbee 模块以及第二zigbee模块，红外线传感器和第一zigbee模块分别与控制板连接，第一 zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，红外线传感器、控制板以及第一zigbee模块均安装于移动柱32上，第二zigbee模块和主控板均安装于机柜1上。所述第一红外线采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片,第一红外线采集模块的控制板采用stm32f103c8t6芯片。
79.通过红外线传感器探测测试者人体发出的红外线，从而感应并定位测试者的位置，得出测试者完成测试所需的时长，进而获取测试者进行短跑、篮球运球或足球运球的测试数据。
80.所述中长跑测试仪包括用于佩戴于测试者的手部上的rfid手环和射频采集模块。
81.参见图7、图13，所述射频采集模块包括主控板、rfid读卡器、第一zigbee模块以及第二zigbee模块，rfid读卡器通过无线射频方式与佩戴于测试者的手部上的rfid手环进行通信连接，rfid读卡器与第一zigbee模块连接，第一zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接， rfid读卡器和第一zigbee模块均安装于支架7上，第二zigbee模块和主控板均安装于机柜1上。所述射频采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
82.通过rfid手环和rfid读卡器之间进行通信，从而对测试者进行识别，并将计时数据上传，进而获取测试者的中长跑测试数据。
83.参见图13，所述立定跳远测试仪包括第二红外线采集模块和跳毯33，跳毯33安装固定于垫层2上。
84.参见图8，所述第二红外线采集模块包括主控板、红外线发射模块、红外线接收模块、第一zigbee模块以及第二zigbee模块，红外线发射模块和红外线接收模块通过红外信
号连接，红外线接收模块与第一zigbee模块连接，第一zigbee模块和第二zigbee模块通过无线通信连接，第二zigbee模块与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，红外线发射模块和红外线接受模块分别相向且对应安装于跳毯33的两个固定条6上，第一 zigbee模块安装于任意一个固定条6上，第二zigbee模块和主控板均安装于机柜1上。所述第二红外线采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
85.通过红外线发射模块和红外线接收模块检测测试者起跳时鞋尖的位置和起跳落地时鞋跟的位置，根据起跳时鞋尖的位置判断测试者起跳是否犯规，根据起跳落地时鞋跟的位置得出跳远距离，从而获取测试者的立定跳远测试数据。
86.参见图13，所述仰卧起坐测试仪包括躺板架34和第三红外线采集模块，坐位体前屈测试仪包括坐板架35和激光采集模块，躺板架34和坐板架35均安装固定于垫层2上，躺板架34和坐板架35拼合后固定，躺板架34和坐板架35的顶面齐平。
87.参见图9，所述第三红外线采集模块包括红外线传感器和主控板，红外线传感器与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，红外线传感器安装于坐板架35上，主控板安装于机柜1上。所述第三红外线采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
88.通过测试者从仰卧变为坐姿时，红外线传感器探测测试者人体发出的红外线，根据红外线传感器探测到人体发出的红外线的次数，从而获取测试者的仰卧起坐测试数据。
89.参见图10，所述激光采集模块包括激光测距模块和主控板，激光测距模块与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，激光测距模块安装于坐板架35上，主控板安装于机柜1上。所述激光采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
90.通过测试者在坐姿状态下进行上躯体前屈时，以激光测距方式测得距离数据，从而获取测试者的坐位体前屈测试数据。
91.参见图13、图16，所述台阶心率测试仪包括台阶件36、检测柄54以及心率采集模块，台阶件36固定放置于垫层2上，检测柄54安装固定于安装座11上。
92.参见图11，所述心率采集模块包括电极式心率传感器和主控板，电极式心率传感器与主控板连接，主控板通过can接口与can总线连接，电极式心率传感器的两个电极片分别安装固定于两个检测柄54的表面上，主控板安装于机柜1上。所述心率采集模块的主控板采用stm32f105rbt6芯片。
93.通过测试者手握两个检测柄，电极片检测测试者人体内的生物电信号，根据电极片检测到的生物电信号次数，从而获取测试者的心率数据。
94.所述跳绳测试仪包括跳绳和蓝牙采集模块。
95.参见图17，所述蓝牙采集模块包括计数传感器、计时器、振动马达、控制板以及蓝牙通讯模块，计数传感器、计时器、振动马达以及蓝牙通讯模块分别与控制板连接，蓝牙通讯模块与蓝牙网关通信连接。跳绳包括两个手柄和连接于两个手柄之间的绳，蓝牙采集模块位于两个手柄中的任意一个手柄的空腔内。所述蓝牙采集模块的控制板采用bjf068ath 90906a芯片。
96.通过测试者跳绳时甩动绳转动，计数传感器检测绳的转动，根据计数传感器检测到的绳的转动次数，从而获取测试者的跳绳测试数据。
97.综上所述，本实用新型使用方法如下：
98.进行测试时，测试者通过刷卡登记的方式并根据刷卡登记的测试项目选择对应的
测试仪进行测试，测试结束后测试仪将获取的测试数据连同对应的测试者信息形成数据包并通过can总线和can网关传输至主机。以刷卡登记方式进行测试的项目包括身高测试、体重测试、握力测试、肺活量测试、人体成分测试、短跑测试、篮球运球测试、足球运球测试、立定跳远测试、仰卧起坐测试、坐位体前屈测试以及台阶心率测试。
99.进行中长跑测试时，测试者需佩戴存储有测试者个人身份信息的rfid手环，通过rfid 手环和rfid读卡器之间进行通信，从而对测试者进行识别，并将计时数据和测试者的信息形成数据包并通过zigbee无线通信网络发送给主控板，再由主控板上传主机。
100.进行跳绳测试时，测试者需使用存储有测试者个人身份信息的跳绳，测试者在跳绳过程中甩动绳转动，通过计数传感器检测绳的转动并记录绳的转动次数，同时将测试数据传输至控制板，控制板将测试数据和测试者信息形成数据包并通过蓝牙通讯模块实时上传主机，直至跳绳测试结束。
101.本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。