基于傳感器的坐位體前屈體質檢測儀的設計與應用*

王 鵬

（福建船政交通職業學院體育教研部，福建 福州 350007）

1 研究背景

坐位體前屈裝置是為了鍛煉和檢測人體關節與肌肉的柔韌性而設計的，由于坐位體前屈的量程是-20～35 cm，因此目前市場上很多廠家生產的坐位體前屈裝置都有一段-20 cm 伸出至人體測試的擋板，這樣的結構會造成測試時不小心磕碰到，而且在鍛煉過程中，隨著韌性的增加，該段擋板會給使用過程帶來不便，并影響正常的檢測與鍛煉。

經調查，目前大部分坐位體前屈裝置主要由水平座板、弧形底板和支撐桿組成。經使用發現存在以下不足：數據測試不夠準確；不能對檢測人員的體質作完全了解；不能滿足人們對檢測和鍛煉的要求。為進一步提升測試數據的準確性，本研究運用重力傳感器、觸控傳感器和處理器的配合設置，對傳統坐位體前屈儀器進行改進，并對其準確性進行測試。期待該研究能為學校開展學生體質健康測試工作的測試工具提供多種選擇。

2 研究方法

2.1 研究對象

為進一步證實本研究坐位體前屈檢測儀的準確性和實用性，隨機選取筆者所任教單位福建船政交通職業學院的8 個班級共336 名學生（其中男生230 人、女生106人）為研究對象。

2.2 研究方法

1）體質測量法。本研究測試的坐位體前屈測量項目為長度測量，測量之前需向研究對象進行篩查與說明，如首先對研究對象的健康狀況進行詢問，詢問學生是否存在傷病情況，對無法參加測試的研究對象進行初步篩查；在每次測試之前，必須按照課堂常規進行必要的準備活動；教師嚴格按照《國家學生體質健康標準》中的規定進行示范動作的演示與說明；在測試過程中，教師需對易犯錯誤進行語言提示，如“兩腿保持伸直”等[1]。

2）實驗法。經篩查，選取為研究對象的福建船政交通職業學院336 名學生（其中男生230 人、女生106人），全部可以進行正常的坐位體前屈測試。將使用本研究提供的坐位體前屈體質檢測儀的學生編入實驗組，對照組研究對象為使用標準坐位體前屈體質檢測儀的學生，檢測的步驟與方法嚴格按照《國家學生體質健康標準》中的規定進行。為盡可能減少人為因素的干擾，檢測人員均為具有豐富教學經驗并具有副教授以上職稱的教師，被試的實驗組與對照組的學生同時進行檢測，交叉測量，將其坐位體前屈數據進行獨立樣本的t 檢驗。

3 系統設計

3.1 總體框架

本研究的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出一種用于坐位體前屈的體質檢測儀。為了實現上述目的，設計坐位體前屈檢測儀包括底板和支撐架兩部分。

底板上表面固定連接有坐墊，底板兩側均固定連接有重力傳感器，底板上表面的固定板一側設置有兩個腳槽，腳槽內部固定連接有觸控傳感器，底板上表面分別固定連接有支撐架和支撐板，支撐架頂部的兩側均固定連接有支撐塊，支撐塊一側活動連接有導向桿和滑桿。兩個導向桿和滑桿一端固定連接有同一個連接塊，滑桿一側設置有彈簧和套筒，彈簧一端與支撐板一側固定連接；套筒底部固定連接有紅外發射器，且套筒頂部活動連接有調節螺栓，底板上表面固定連接有限位塊，限位塊位于套筒一側并固定連接有紅外接收器，且紅外接收器與紅外發射器電性連接[2]。

支撐架一側固定連接有蓄電池，并分別固定連接有移動硬盤和處理器，處理器分別與觸控傳感器和重力傳感器電性連接，且處理器與紅外接收器電性連接。支撐架上表面分別固定連接有讀卡器、音響和顯示屏。讀卡器與處理器電性連接，且處理器與移動硬盤電性連接。移動硬盤分別與音響和顯示屏電性連接。蓄電池分別與讀卡器、處理器、移動硬盤、音響和顯示屏電性連接，且蓄電池分別與紅外發射器、紅外接收器、觸控傳感器和重力傳感器電性連接，坐位體前屈體質檢測儀的具體信號流程結構見圖1。

圖1 坐位體前屈體質檢測儀的信號流程結構示意圖

3.2 具體設計結構

圖2 為坐位體前屈體質檢測儀的立體結構示意圖。

圖2 坐位體前屈體質檢測儀的結構示意圖

下面結合結構示意圖，對坐位體前屈體質檢測儀進行具體闡述。如圖2 所示，底板1 上表面粘接有坐墊21，底板1 兩側均通過螺栓固定有重力傳感器23，該重力傳感器23 的型號為HZC-T，待檢測人員平穩坐于坐墊21 上表面，待檢測人員兩腳分別置于腳槽內部并處于雙腿繃直狀態，兩個重力傳感器23 可以檢測待檢測人員兩側臀肌及雙腿的重量，底板1 上表面通過螺栓固定有固定板2，固定板2 一側設置有兩個腳槽，且腳槽內部通過螺栓固定有觸控傳感器22，該觸控傳感器22 的型號為RFX-12 V DC，兩個觸控傳感器22 可以檢測待檢測人員兩腳是否規范放置，底板1 上表面分別通過螺栓固定有支撐架14 和支撐板5，支撐架14 頂部的兩側均通過螺栓固定有支撐塊4，支撐塊4 一側滑動連接有導向桿7，支撐板5 一側滑動連接有滑桿6，且兩個導向桿7 和滑桿6 一端通過螺栓固定有同一個連接塊8，滑桿6 一側套接有彈簧9，且彈簧9 一端與支撐板5 一側固定連接，滑桿6 一側套接有套筒10，當待檢測人員調整至適宜坐姿后，雙手平整向前推動連接塊8，并將滑桿6 往支撐板5 一側推動，此時套筒10 往一側擠壓彈簧9，彈簧9 發生形變，套筒10 底部通過螺栓固定有紅外發射器12，且套筒10 頂部插接有調節螺栓11，當待檢測人員雙臂或雙腿長度超出平均水平，此時可以將調節螺栓11 擰松，根據實際情況對套筒10 在滑桿6 上的位置進行適宜調整，調整到合適位置后，再利用機械扳手將調節螺栓11 擰緊固定，底板1 上表面通過螺栓固定有限位塊3，限位塊3 位于套筒10 一側，限位塊3 一側通過螺栓固定有紅外接收器13，且紅外接收器13 與紅外發射器12 電性連接，紅外接收器13 與紅外發射器12 的型號均為E3F-DS30C4[3]。

支撐架14 一側通過螺栓固定有蓄電池15，支撐架14 一側分別通過螺栓固定有移動硬盤16 和處理器17，該處理器17 的型號為ARM9TDMI，處理器17 分別與觸控傳感器22 和重力傳感器23 電性連接，且處理器17 與紅外接收器13 電性連接，套筒10 底部的紅外發射器12 將檢測信息傳導至紅外接收器13，處理器17 開始整理數據并計算出待檢測人員測試的最長距離，支撐架14 上表面分別通過螺栓固定有讀卡器18、音響19 和顯示屏20，讀卡器18 與處理器17 電性連接，且處理器17 與移動硬盤16 電性連接，處理器17 將檢測數據信息傳導至移動硬盤16，移動硬盤16 分別與音響19 和顯示屏20 電性連接，顯示屏20 將檢測數據顯現出來方便檢測人員查看并記錄數據，蓄電池15 分別與讀卡器18、處理器17、移動硬盤16、音響19 和顯示屏20 電性連接，音響19 開始播報數據信息方便檢測人員知曉并記錄數據，且蓄電池15 分別與紅外發射器12、紅外接收器13、觸控傳感器22 和重力傳感器23 電性連接[3]。上述結構中A 處包括限位塊3、支撐塊4、滑桿6、導向桿7、彈簧9、套筒10、調節螺栓11、紅外發射器12、紅外接收器13、支撐架14、讀卡器18。圖3 為A 處放大結構示意圖[4]。

圖3 坐位體前屈體質檢測儀的A 處放大結構示意圖

3.3 工作原理

在使用時，首先待檢測人員平穩坐于坐墊21上表面，待檢測人員兩腳分別置于腳槽內部并處于雙腿繃直狀態，兩個重力傳感器23 可以檢測待檢測人員兩側臀肌及雙腿的重量并傳導至處理器17，兩個觸控傳感器22 可以檢測待檢測人員兩腳是否規范放置并將信息傳導至處理器17，處理器17 可以接受信息并做出處理，當待檢測人員調整至適宜坐姿后，雙手平整向前推動連接塊8，并將滑桿6往支撐板5 一側推動，此時套筒10 往一側擠壓彈簧9，彈簧9 發生形變，且套筒10 底部的紅外發射器12 將檢測信息傳導至紅外接收器13[5]，處理器17 開始整理數據并計算出待檢測人員測試的最長距離，處理器17 將檢測數據信息傳導至移動硬盤16，此時顯示屏20 將檢測數據顯現出來方便檢測人員查看并記錄數據，音響19 開始播報數據信息方便檢測人員知曉并記錄數據，當待檢測人員雙臂或雙腿長度超出平均水平，此時可以將調節螺栓11 擰松，根據實際情況對套筒10 在滑桿6 上的位置進行適宜調整，調整到合適位置后，再利用機械扳手將調節螺栓11 擰緊固定，開始進行坐位體前屈的體質檢測。

4 坐位體前屈檢測儀準確性測試結果與分析

為了進一步證實本研究坐位體前屈檢測儀的準確性和實用性，隨機選取了福建船政交通職業學院8 個班級共336 名學生（其中男生230 人、女生106人）為研究對象。經篩查，研究對象全部可以進行正常的坐位體前屈測試。將使用本研究提供的坐位體前屈檢測儀的學生編入實驗組，對照組研究對象為使用標準坐位體前屈檢測儀的學生，檢測的步驟與方法嚴格按照《國家學生體質健康標準》中的規定進行，為盡可能減少人為因素的干擾，檢測人員均為具有豐富教學經驗并具有副教授以上職稱的教師，被試的實驗組與對照組的學生同時進行檢測，交叉測量，將其坐位體前屈數據進行獨立樣本的t 檢驗，得到結果見表1。

表1 實驗組與對照組數據（男、女）t 檢驗

通過表1 可以看出，男生和女生實驗組與對照組顯示P＞0.05，均無顯著性差異，由此看出采用本研究坐位體前屈檢測儀測量出的數據是具備準確性的。

5 坐位體前屈檢測儀使用情況分析

5.1 坐位體前屈檢測儀的創新性

本儀器突破人們對以往儀器的認知，運用重力傳感器、觸控傳感器和處理器的配合設置，可以在體質檢測前期對待檢測人員的坐姿以及雙腳放置位置進行初步判別，看是否符合坐位體前屈的體質檢測規定，以便后期可以更加準確地得出檢測數據。

5.2 擴大了坐位體前屈檢測儀的適用性和實用性范圍

本儀器通過滑桿、彈簧和調節螺栓的配合設置，可以根據不同年齡不同身高人群的實際需求進行調整，以便得出精準的坐位體前屈的體質檢測數據，使得本儀器的適用性和實用性范圍更加廣泛。

5.3 提升坐位體前屈檢測儀便捷性

本儀器通過處理器接受檢測信息，將信息分別由顯示屏進行實際檢測數據顯示，音響將實際檢測數據進行語音播報，方便檢測人員對于檢測結果進行記錄，以便參與其他檢測項目，進行更加細致的體質檢測，同時也降低了檢測人員的工作強度。

6 結束語

本研究的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種用于坐位體前屈的體質檢測儀器，設計坐位體前屈檢測儀包括底板和支撐架兩部分。突破了人們對以往儀器的認知，運用重力傳感器、觸控傳感器和處理器的配合設置；通過滑桿、彈簧和調節螺栓的配合設置，可以根據不同年齡不同身高人群的實際需求進行調整，以便得出精準的坐位體前屈的體質檢測數據，使得本儀器的適用性和實用性范圍更加廣泛；通過處理器接受檢測信息，將信息分別由顯示屏進行實際檢測數據顯示，音響將實際檢測數據進行語音播報，方便檢測人員對于檢測結果進行記錄，以便參與其他檢測項目，進行細的體質檢測，同時也降低了檢測人員的工作強度。為檢測儀器準確性，選取實驗對象分成實驗組與對照組的學生同時進行，交叉測量，將其坐位體前屈數據進行獨立樣本的t 檢驗，顯示P＞0.05，均無顯著性差異，由此看出采用本研究坐位體前屈檢測儀測量出的數據是具備準確性的。坐位體前屈作為體質健康測試必測項目，測試工具尤為重要。本研究為學校開展學生健康體質測試工作測試工具提供了多項選擇。