体质测试智能化系统的研制与实践

雷 鸣

（陕西科技大学体育部，西安，710021）

1 研制背景

社会环境的不断发展变化也对体质测试体统有了新的要求，原有的陈旧测试模式已经无法适应新时代的发展。以往的体质测试大多是人工或者单击测试，将测试结果向计算机传输这一途径无法实现，测试结果只能进行手工记录、人工评价，导致测试工作含有太多人为因素。而对于测试基数大的测试工作，人工统计和人工传输信息工作量非常大，容易出现测试出现误差或者记录错误现象。

2 研制的方法与原则

国家体育总局针对人民群众的需求制定的《中国成就人体质标准手册》是此套系统的研制依据，其系统将计算机技术、网络技术、传感技术、光电子技术、信息处理技术和机械制造相结合，进而开发研制智能化的体制测试系统。计算机技术包括基本的运算方法与运算器的设计，指令系统，CPU（中央处理器）设计、储存体系、总线输出输入。智能化体质系统属于一种集散型的控制系统，通过分散控制数据，进而便于操作和管理的基本设计。

3 设计系统组成

其设计系统由一台上位PC 机、打印机和多个单片机控制器组成的小型人体体制智能测试系统。下图为设计框架构成：

4 体质智能测试系统的控制系统构建

该系统的PC 机用于上位控制机，测试单机则采用MCS-51 系列的8031 作为控制机。上位计算机与多个单片机同时进行信息交换，采集单片机的测试信息，采集完毕时，计算机能够对数据信息进行准确快速的评分，并建立测试数据库。

测试单机所用的传感器可分为力传感器、光电传感器、光电码盘式传感器、开关式传感器和压力传感器等。系统的信息采集通过以上传感器进行，操作系统则采用键盘方式进行测试，单片机接受信息则依靠传感器的信息传递，并将完成与计算机之间的信息传递。如下图：

5 系统各部分组成介绍

5.1 测试单机

此系统目前支持的单机包括：身高体重测试仪、体前屈测试仪、握力测试仪、单脚站立测试仪、肺活量测试仪、俯卧撑测试仪、纵跳测试仪、仰卧起坐测试仪、背肌力测试仪、台阶测试仪、往返跑测试仪、反应能力测试仪。当单机测试仪没有同上位计算机进行连接时，测试选择手工记录方式也可完成各单项的测试，所以，测试单机本身是一台完整的单项测试仪器。而俯卧撑测试仪不仅可以计算出测试人员在一定时间内的俯卧撑数量，而且结果会呈现在显示屏上。

5.2 测试控制器

测试控制器本身是一台智能化设备，功能比较健全，拥有以下功能：

1）磁卡读写。磁卡通过磁卡卡座与测试单机相连，测试单机将卡上信息传于上位计算机，以便于测试数据完整记录。同时可以在卡上记录测试者的相关测试进度以及测试评价。

2）键盘。键盘针对的对象主要是测试人员的身份信息，设置测试控制器的工作状态、功能，以及人工控制测试进程。该测试控制器设有9 个数字键和7 个功能键共15 个按键，当测试信息通过键盘输入时，上位计算机会对使用磁卡的测试进行有效数据的反馈。

3）控制器功能设置。当管理系统密码经工作人员输入后，上位计算机会自动跳转设置服务成语，再经键盘的输入，便可以对测试控制器相关信息、输入模式（键盘或磁卡模式）、通讯模式（内部储存或实时信息传输）、储存新的测试数据以及所连接的测试单机类型等进行设定和查询。

6 上位计算机测试软件分析

测试软件系统分析：测试系统应具备单机测试仪采集数据和传输数据的相关功能，数据的管理分析、综合评定，以及打印等。

软件具体模块：测试软件分为5 个模块，测试数据采集模块、测试者信息模块、测试评分标准模块、评分数据记录管理模块以及数据统计模块。

7 测试软件系统的抗干扰性

在程序运行过程方面，系统的抗干扰性是十分重要的。

硬件方面，单片机中的系统元件、信号接收器、电源集合体，单片机的好坏影响着系统抗干扰能力。此外，电路板的设计必须符合系统的整体设计，而并非简单的元件、线路布局安排。如果单是电路安排合理，而电路板设计的不合理，依旧会对系统运行产生不利影响。

软件方面，单片机内的CPU 部件受到外部干扰，会导致测试系统的失控。破坏程序中的PC 状态，使得程序运行软件崩溃或者陷入“死循环”。为了避免此种状况发生，通常运用“陷阱技术”或者“看门狗”技术使得系统恢复正常状态。

8 测试控制器的硬件设计

整个系统的核心部分是测试控制器，它是整个系统的主要功能完成部分。

单片机系统功能丰富、元器件复杂，可独立工作，所以应首先考虑硬件电路设计系统。一个单片机应用系统的硬件电路设计主分两部分：一是系统扩展，如计数器、中断系统、RAM、RMO、等容量无法达到应用系统的要求时，必须选择适当的芯片在单片机外进行扩展，相应的电路也应被设计；二是系统配置，也就是按照系统功能要求配置键盘、打印机、显示器、转换器等外围设备，合适的接口电路也应考虑在内。

在硬件系统配置与拓展设计中应注意以下几点：

（1）系统拓展要符合一定的要求、条件，既要与外围配置设备保持一致又要将测试系统的功能要求加以满足。此外，为了调节系统和进行系统的二次开发，在测试系统运行过程中要适当保留储存空间。

（2）测试系统的整体性能要尽量保持平衡性,例如当存储器的存取容量有限时,应该选择允许存取率高的芯片；在选择单片机低功耗系统时,系统中所有的配套设置都应该选择低功耗的产品。

（3）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分,它对上位计算机、芯片、元件选择、电路板布置等均有严格要求，一个地方有误差会直接导致测试系统测试出的数据失实。

（4）单片机外接电路较多时,必须考虑元件驱动能力，驱动能力低下会导致测试系统工作崩溃，其他单片机受到牵连而失去原有作用，使整体工作环境受到影响。

9 结语

体质测试智能化系统能够对人体体质的12 个相关指标进行自动测试、采集数据和评价。运用现代信息技术，科学的解决在以往体质测试中以人工测试、采集信息和人为因素过多带来的各种问题。使环节繁琐、等待时间长以及劳动强度大的体质测试变成省时省力的自主测试。通过对国民体质的科学检测、评价，对国民身体健康和体育锻炼自觉性的提高有极大帮助，科学健身可以更有效的提高国民身体素质，为国家相关政策的制定提供真实可靠的科学依据，为国家建设可持续发展的经济环境提供大量高素质人才。

[1] 邱亚雷,孙晋,刘徽.国民体质监测数据应用与管理系统设计和实现研究[J].信息系统工程.2009(10)

[2] 谢凤玲.国民体质监测数据处理系统的设计方法[J].河北工程技术高等专科学校学报.2002(01)