电子式人体重心测量仪的设计及应用
电子式人体重心测量仪的设计及应用
电子式人体重心测量仪的设计及应用于岱峰(山东体育学院,山东济南260063)摘要:根据运动生物力学关于人体重心测试原理,设计出一种高精度的人体重心测量仪器。
该仪器采用传感器和单片机技术,采集、处理、显示数据,使测试人体重心的方法更简便,结果更精确。
关键词:人体重心;测试仪;传感器;单片机中图分类号:G 804.2-39 文献标识码:B 文章编号:1006-2076(2000)02-0092-03收稿日期:2000-01-04 修回日期:2000-06-02作者简介:于岱峰,男,1955年生,实验师。
人体重心是运动生物力学分析和研究人体环节参数的一个重要数据。
由于人体是一个组合物体,它是由头、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足等系列环节组成,而这些环节的每一部分,由于受到地心吸引力的作用,使人体的各个环节都有重心。
我们把全部环节(即整个人体)所受重力的合力作用点称做人体重心或人体总重心。
由于每个人体的结构不同,人体的重心不像物体那样恒定在一个点上。
目前,国内运动生物力学在测量活体静态一维人体重心位置时,主要使用平衡板、体重称测力的方法。
此种方法主要存在以下不足:1)测量速度慢在测量人体重心的过程中,需要反复拨动体重称的砝码,直至体重称砝码完全稳定后,才能读出数据。
对大量运动员和学生进行测试时,获取数据慢,测试时间长。
2)测量误差大,精度低目前国内使用的体重称最小分辨率仅为0.1kg 。
再加上体重称内部机械磨损,弹簧疲劳以及气温等因素的影响,大大降低了体重称的灵敏度。
因此,使用体重称测力的方法不能满足体育学院的本科生、专业研究生对实验精度的要求。
3)测试功能单一,仅能测得一项测力数据。
4)测试过程繁琐,受试者要在不同的仪器上测试体重、身高、重力等数据后,通过手工计算才能求出重心结果。
为了解决以上问题,我们根据普通物理学的力学原理,设计了一种电子式重心测量仪,即采用传感器转换人体的压力,使用微型计算机监控传感器信号,将数据采集、运算处理、数字显示合为一体的测量仪器。
测控电路电子秤课设报告
《测控电路课程设计》报告题目人体电子秤设计院系仪器科学与光电工程专业测控技术与仪器班级测控1102学号 2011010652学生姓名丁向友指导老师刘国忠实验时间 2014.06-2014.07实验成绩目录一、课程设计目的及意义 (3)二、系统设计的主要任务 (3)三、总体方案设计 (3)四、电路设计及调试 (4)4.1称重传感器电路 (4)4.2信号调理电路 (5)4.2.1放大电路 (5)4.2.2调零电路 (7)4.3比较电路 (7)4.4或非电路 (9)4.5显示模块 (10)4.6报警系统 (10)五、电路调节 (10)六、实验数据分析与处理 (11)6.1准确性 (11)6.2稳定性 (12)6.3关键点电压 (13)七、总结 (14)八、参考文献 (14)一、课程设计目的及意义测控电路课程设计是测控电路课程体系的一个重要组成环节，独立实践教学环节是对《测控电路》理论部分的必要补充。
课程设计内容为典型测控系统电路设计，通过课程设计，使学生完成测控系统任务分析、电路总体设计、单元电路设计以及电路调试等各个环节。
掌握有关传感器接口电路、信号处理电路、放大电路、滤波电路、运算电路、显示电路以及执行部件驱动电路等内容在测控系统中的使用方法。
了解有关电子器件和集成电路的工作原理。
在课程设计中，做到理论联系实际，加深对理论知识的进一步理解，提高分析问题和解决问题的能力。
本课程设计以AD620、LM741、LM339为核心，进行智能人体电子秤的设计,并详述该系统硬件的设计方法。
该系统集称重、显示、报警于一体,功能齐全,实用性强，充分利用了电路分析、模拟电路、测控电路、信号分析与处理、传感器等课堂上学到的知识，有机的将所学到的知识融合在一起，投入到实际运用中，便于对知识的综合掌握及运用。
二、系统设计的主要任务任务：设计一个人体电子秤测量系统。
要求：1）基本要求最大称重：150KG用3位半数字显示表头显示体重，输入电压范围0-2V,当体重大于W1时，点亮LED1，发出声音提示；当体重小于W2时，点亮LED2，发出声音提示。
智能人体电子称的设计开题报告
毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号：专业：电子与电气工程学院设计(论文)题目：智能人体电子称的设计——硬件子系统设计指导教师:2014 年 2 月20 日1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文献综述1 引言随着社会经济发展，国民生活水平日趋提高，人体电子秤广泛应用于家庭、医院、医药商店等场所，目前绝大多数采用机械式指针显示人体重量，测量误差较大，可靠性差，功能单一。
但是随着科学水平迅速发展，称重技术也突飞猛进，电子秤的更新步伐也相当快。
我国称重技术虽与国外一些先进技术有一定差距，但通过近几年努力研究，在产品标准化、系列化、生产工艺等方面都有了很大的进步。
2 现状50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。
60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。
我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。
电子衡器制造技术及应用得到了新发展。
电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用也得到了快速发展。
但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。
3 发展趋势通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性[3]。
1.小型化体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。
对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）本课题是智能人体电子秤的设计，是基于单片机的设计，再根据课题要求，最终进行硬件子系统的设计。
人体心电测试电路设计
人体心电测试电路设计1.电极设计：人体心电测试电路的第一步是正确地设计电极用于连接测试仪器和人体。
首先，需要有两个电极（一正一负）用于检测心电信号，并将其连接到测试仪器上。
这些电极通常是金属片，可以通过电导胶粘贴在人体皮肤上，以确保稳定的信号接收。
2.放大器设计：心电信号是非常微弱的，因此需要一个放大器来增加其幅度，以便更容易测量和分析。
这种放大器通常使用差分放大器电路来检测电极之间的电压差异，并放大到一个可以进行测量的合适幅度。
此外，放大器还需要具有适当的带宽，以便能够捕捉到心电信号的相关频率。
3.滤波器设计：为了减少噪声和过滤电源干扰等不需要的信号，需要在放大器之后添加滤波器。
滤波器可以根据需要选择不同的截止频率，并抑制在该频率范围之外的信号。
常用的滤波器类型包括低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器。
4.调理电路设计：此阶段的设计将进一步处理滤波后的心电信号，以适应后续的数字分析或显示。
可能需要对信号进行放大、平滑或调整增益等处理，以确保其质量和合适的幅度范围。
5.ADC（模数转换器）设计：心电信号通常是模拟信号，需要将其转换为数字信号进行处理。
模数转换器（ADC）可以对模拟信号进行取样和量化，并将其转换为数字信号。
设计中需要选择合适的ADC进行信号转换，并根据需要选择合适的分辨率和采样率。
6.数字分析和显示：一旦心电信号被转换为数字信号，可以使用计算机或其他设备进行进一步的分析和显示。
这些数字信号可以通过滤波、傅里叶变换、心电图绘制等算法进行分析，并通过电脑、智能手机或其他设备进行显示。
综上所述，人体心电测试电路设计是一个复杂而精细的过程，其中涉及到电极设计、放大器设计、滤波器设计、调理电路设计、ADC设计以及数字分析和显示。
设计人员需要综合考虑电路的精度、稳定性、抗干扰能力和功耗等因素，以确保获得准确、可靠的心电信号测试结果。
同时，需要遵循相关的医疗电子设计标准和法规，以确保电路的安全性和可靠性。
人体电子秤设计
设计方案
• 采用各类传感器、89C51单片机、12864液 晶显示屏 • 画图环境：protel99 • 编程环境：KEIL4 • 仿真环境：protues7.5 • 其他：液晶图片取模软件
系统框图
数据采样
M C
液晶屏显示
U
开始
流程图
M>=( L-K1-5)&& M<=(L-K1+5) N N Y M>(L-K1+5) K1=100 N 显示偏瘦 显示偏胖 Y
• 灵敏度：0.5~5v/mm，提高灵敏度励磁电压 10v左右，电源频率10~50kHz • 线性范围：线圈骨架长度的 1/10左右 • U ：初级线圈激励电压 ：其角频率 • M M ：两次级绕组的互感M 2M U U ( )
1
1 2
1
2
r1
2
L1
2
• 鉴于计算过于麻烦可实际测量参考值
方案三：超声波传感器
• • • • S=C×V÷2 C：超声波传输时间 V：超声波传播速度 S：路程
方案四：光栅传感器
• 光栅传感器由光源、透镜、光栅副（主光 栅和指示光栅）和光电接收元件组成。
方案五：市场常用测量仪
• 采用同步电机指挥机械臂向下运作
• 电机预设一个值，每转几度就是一个脉冲 ，碰到人体（感应开关断开）后停止运作 将采集到的值送入后续电路。 • 精度0.几毫米。 • 【摄像头 电脑软件编程 镜像成像——分析 身高】
电桥平衡： 当温度变化
时，
•
只有阻值变化电桥才会有电压输出：
•
桥式电阻应变片测量计算
• R1=R2=R3=R4=350欧姆
• 体重：0~255kg
便携式多功能动人体平衡检测仪
题目：便携式多功能动人体平衡检测仪摘要（中英文）本文设计一种人体平衡机能测试系统，包括测试平台和手持终端两部分，能够对测试者重心移动情况做出实时测量，并在屏幕上显示出重心移动的轨迹，通过重心移动的轨迹来判断人体的平衡性，对于体育保健、医疗等行业有着重要的使用价值。
We designed a balance measure system, which is made up of the test platform and the handhold device. It can measure the movement of the tester’s barycenter, and display the track of the barycenter on the screen, then the system can estimate the tester’s balance ability based on the track. This system is useful to the physical health care and medical aspect.1.引言平衡功能是人体神经运动系统的一项重要功能，许多神经系统疾病均表现出不同程度的平衡功能障碍。
人体平衡功能的检测在无创医疗检测、运动生理检测等领域正日益受到人们的重视并获得应用。
但是目前市场上使用的检测人体平衡能力的仪器大多体积较大、操作复杂、价格较高、功耗较大。
本文旨在设计一种操作简单、功耗较低的手持型人体平衡性检测设配，能够满足普通用户的使用。
2.系统方案系统总体的结构框图如图1所示。
系统的硬件部分包括测试平台和目标板两部分。
前者是一块带有三个压力传感器的铁三角板，后者是包括LM3S9D90单片机、放大电路、通讯模块、存储模块、显示模块以及电源等几个部分；软件的核心部分是数据分析处理模块，此外还包括通信模块、人机交互界面、会员管理模块。
人体尺寸测量与重心测量实验
人体尺寸测量与重心测量实验摘要：一、人体尺寸测量的重要性二、重心测量的方法及应用1.杠杆平衡法2.垂心法3.计算法三、人体重心测量在实际中的应用四、测量注意事项及技巧正文：人体尺寸测量与重心测量实验在日常生活中，人体尺寸测量和重心测量发挥着重要作用。
无论是服装设计、家具制造，还是运动器材研发，都需要对人体尺寸和重心进行精确测量。
本文将详细介绍人体尺寸测量的重要性、重心测量的方法及应用，以及测量注意事项和技巧。
一、人体尺寸测量的重要性人体尺寸测量旨在获取人体的各个部位尺寸，如身高、肩宽、臀围等。
这些数据在设计符合人体工程学的产品时至关重要。
此外，人体尺寸测量还为医学、康复研究、运动生理等领域提供重要依据。
二、重心测量的方法及应用1.杠杆平衡法：杠杆平衡法是最常见的重心测量方法之一。
它利用物体平衡时的倾斜角度和杠杆原理来计算重心位置。
首先，将待测物体放置在一个平衡点上，然后利用测量仪器测量物体平衡时的倾斜角度。
通过根据杠杆原理计算出的重心位置，可以得到物体的重心坐标。
2.垂心法：垂心法适用于具有规则形状的物体。
它通过求解物体的重力场和几何形状，找到垂心位置。
垂心是物体内部所有点的重力势能最小的点，即物体的重心。
3.计算法：对于复杂形状的物体，可以采用计算法求解重心。
通过分析物体的三维模型，计算各个部位的质量分布，从而得到重心位置。
三、人体重心测量在实际中的应用人体重心测量在服装设计、运动器材研发、康复医学等领域具有广泛应用。
例如，在服装设计中，了解人体重心位置有助于优化服装的版型和悬挂系统；在运动器材研发中，人体重心测量可以帮助优化运动器材的结构和性能。
四、测量注意事项及技巧1.测量工具的选择：选择合适的测量工具，如直尺、卷尺、角度计等，确保测量结果的准确性。
2.测量环境的准备：保持测量环境平稳、光线充足、空间宽敞，以便进行精确测量。
3.合作与沟通：在进行人体尺寸测量时，与被测者保持良好沟通，确保测量数据的准确性。
设备重心设计方案
设备重心设计方案概述设备的重心是指设备的质量分布情况，它对设备的稳定性、操控性和安全性都有重要影响。
在设计设备时，合理调整设备重心的位置可以提高设备的性能和可靠性。
本文档旨在介绍设备重心设计方案，包括重心的确定方法、重心调整的原则以及常见的重心设计技术。
重心的确定方法重心计算方法设备重心的确定通常使用以下方法：1.几何法：通过测量设备的几何形状和质量分布情况，使用几何原理计算出设备的重心位置。
2.数值模拟法：使用计算机辅助工程软件，对设备进行建模和分析，通过数值仿真方法计算出设备的重心位置。
3.实际测量法：使用专门的设备或工具对设备进行实际测量，获取设备重心的位置信息。
重心测量工具和设备在确定设备重心的位置时，可以使用以下工具和设备：1.重心测量仪：一种能够精确测量设备重心位置的仪器，通常使用水平仪或倾斜计原理进行测量。
2.秤重设备：通过称重设备可以测量设备的质量分布情况，从而确定设备的重心位置。
重心调整的原则设备重心的位置对设备的性能和可靠性有重要影响，因此需要根据设计要求和使用条件进行合理的重心调整。
以下是常见的重心调整原则：1.保证设备的稳定性：设备的重心应该尽量靠近设备的底部，使设备具有较低的重心高度，提高设备的稳定性。
特别是对于高度或长度较大的设备，重心的位置更加关键。
2.确保设备的操控性：根据设备的用途和操作习惯，调整设备的重心位置，使设备在操控时更加稳定和易于操作。
3.最小化设备的振动和冲击：通过合理调整设备重心的位置，可以减小设备受到外部振动和冲击时的倾倒或损坏风险。
4.优化设备的负载承载能力：通过合理调整设备的重心位置，可以最大限度地优化设备的负载承载能力，提高设备的工作效率和稳定性。
常见的重心设计技术设备结构优化通过对设备的结构进行优化设计，可以实现设备重心的精确控制和调整。
以下是常见的重心设计技术：1.材料选择：选择密度较低的材料作为设备的组成部分，以减轻设备的质量，降低设备的重心。
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电子式人体重心测量仪的设计及应用
于岱峰
(山东体育学院,山东济南260063)
摘要:根据运动生物力学关于人体重心测试原理,设计出一种高精度的人体重心测量仪器。
该仪器采用传感器和单片机技术,采集、处理、显示数据,使测试人体重心的方法更简便,结果更精确。
关键词:人体重心;测试仪;传感器;单片机
中图分类号:G 804.2-39 文献标识码:B 文章编号:1006-2076(2000)02-0092-03
收稿日期:2000-01-04 修回日期:2000-06-02
作者简介:于岱峰,男,1955年生,实验师。
人体重心是运动生物力学分析和研究人体环节参数的一个重要数据。
由于人体是一个组合物体,它是由头、躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和足等系列环节组成,而这些环节的每一部分,由于受到地心吸引力的作用,使人体的各个环节都有重心。
我们把全部环节(
即整个人体)所受重力的合力作用点称做人体重心或人体总重心。
由于每个人体的结构不同,人体的重心不像物体那样恒定在一个点上。
目前,国内运动生物力学在测量活体静态一维人体重心位置时,主要使用平衡板、体重称测力的方法。
此种方法主要存在以下不足:
1)测量速度慢
在测量人体重心的过程中,需要反复拨动体重称的砝码,直至体重称砝码完全稳定后,才能读出数据。
对大量运动员和学生进行测试时,获取数据慢,测试时间长。
2)测量误差大,精度低
目前国内使用的体重称最小分辨率仅为0.1kg 。
再加上体重称内部机械磨损,弹簧疲劳以及气温等因素的影响,大大降低了体重称的灵敏度。
因此,使用体重称测力的方法不能满足体育学院的本科生、专业研究生对实验精度的要求。
3)测试功能单一,仅能测得一项测力数据。
4)测试过程繁琐,受试者要在不同的仪器上测试体重、身高、重力等数据后,通过手工计算才能求出重心结果。
为了解决以上问题,我们根据普通物理学的力学原理,设计了一种电子式重心测量仪,即采用传感器转换人体的压力,使用微型计算机监控传感器信号,将数据采集、运算处理、数字显示合为一体的测量仪器。
1 利用平衡板测量静态人体重心原理及方法
1.1 一维静态人体重心测试原理利用平衡板测量人体重心,是根据普通物理学中的物体平衡原理,即当物体处于静止平衡状态时,作用于物体上的合力为零,合力矩也均为零。
由力矩平衡方程可知:
∑M ϖ
=0 (1.1)
我们特制一定长度的均质木版,两端分别安装刀刃槽并在下方放置高精度的压力传感器。
见图1・
29・第16卷总第46期 山东体育学院学报 V ol.16T otal N o.46
2000年第2期 Journal of Shandong Physical Education Institute N o.22000
所示。
当人体以静止姿势仰躺在均质木版上
时,人体的重力由每个传感器转变成电压信
号输出,经高精度、低漂移的放大电路放大,
送至A/D 转换成数字量,再由微机进行运
算、处理、显示。
使用人员可以通过键盘操作
控制仪器,并可测试出人体总重心的位置。
图1 一维静态人体重心测试原理图
1.2 测试方法
1.2.1 受试者体重的测试
令受试者脱去鞋子,少穿衣服,站立平衡板标定位置,两手下垂,置于身体两侧,则可由传感器N 1,N 2得出体重的读数。
即:W =N 1+N 2-F 1 (1.2),
1.2.2 一维人体重心位置的测定
令受试者仰躺在平衡板上,两脚跟紧贴于垂直板上,两臂放置身体两侧。
由力矩平衡原理即可得出:当人与板处于平衡状态时,对图1中以B 点为零点,其力矩方程为:
F 2×L -m ×X c -12F 1×L =0 (1.3)
由此得出计算人体重心位置公式为:
X c =l/m (F 2-12F 1) (1.4)
上式中m —受试者体重;l —一维重心板的长度;X c —受试者重心距零点的位置;F 1—重心板的重量;F 2—A 点的支撑力。
2 电子式一维重心测量仪的组成电子式重心测量仪主要有以下部分组成:均质平衡测量板、水平支架、信号放大电路、单片机电路等。
其框图见图2所示。
测试人体
ψ
传感器ϖ调零电路ϖ模拟信号放大电路ϖA/D ϖCPU ϖ显示
ξ ξ ξ
供桥电压 增益调整 键盘
图2 电子式重心测量仪组成框图
3 电子式人体重心测量仪器的主要功能
3.1 仪器可自动检测受试者的体重。
测量范围0～300kg ,并可动态或定格显示数据。
3.2 可测试人体重心位置和改变姿势时重心移动变化的数据。
3.3 用户可通过键盘设置命令,显示不同时刻的测试数据结果。
4 仪器的硬件部分
仪器的硬件是由Intel 8051为核心的主机,配有调零电路、放大电路、A/D 转换电路以及数字显示
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39・
电路等组成。
4.1 输入调零电路
仪器采用高精度的CZ 1-Y B 型传感器,测试范围0～300K g ,精度0.02%,灵敏度2mv/v 。
为了降低传感器零点输出的漂移和平衡板自重引起传感器信号的变化,在电路中采用了性能稳定的调零电路,从而控制了重心测量仪的零点输出误差。
4.2 信号放大与模/数转换部分
传感器的信号放大环节是保证重心测量仪精度的关键。
为此采用了低漂移、高增益、自动稳零运放模块,从而保证了仪器信号的稳定性。
数字信号的转换,我们采用了高速12位A/D 芯片,转换速度为100us ,转换精度=0.05%。
为了减少转换过程中的误差,在电路中加入了采样/保持电路,因而大大减少了转换误差的产生。
4.3 电源部分
仪器的电源采用多路供电放式,放大部分和模/数转换以及传感器部分,采用相互独立变压器,以消除电源串扰。
4.4 软件部分
仪器软件包括:主程序、自检、数字采集、数字滤波、浮点运算、存储、显示等部分。
全部软件采用汇编语言编写而成。
5 电子式人体重心测量仪的主要优越性
5.1 测试精度高
由于仪器采用了高精度的传感器和性能稳定、超低漂移、高增益的放大电路以及12位的A/D 芯片,并在软件中加入了误差补偿处理、浮点计算,使得仪器测试数据精确。
5.2 测试数据显示灵活
仪器采用双组动态显示方式,一组显示实时测试数据,另一组显示存储数据。
两组数据显示相互独立,用户可自行调出显示结果。
5.3 仪器操作简便,抗干扰性强。
可适用于体育院校、实验室、学生上课,也可满足科研单位测试的需求。
6 电子式重心测量仪的主要技术指标
体重测试范围:0～300K g ;平衡板测量人体重心范围:0～2m ;重心测量范围:0～1.8m ;仪器测量精度:0.08%;使用电压:AC220V 。
7 结语
电子式一维人体重心测量仪是一种高精度、智能型的测试仪器。
该仪器具有性能可靠、操作简便、测试速度快、精度高等优点,为运动生物力学精确测试一维人体重心位置提供了一种先进的测试仪器。
参考文献:
[1]吴忠贯.实用生物力学实验方法(M ).北京:人民体育出版社,1984.
[2]体育学院通用教材.运动生物力学(M ).北京:人民体育出版社,1990.
[3]丁镇生.传感器及传感器技术应用(M ).北京:电子工业出版社,1998.
[4]吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路(M ).北京:北京航空航天大学出版社,1990.
[5]何立民.单片机应用系统设计(M ).北京:北京航空航天大学出版社,1990.
[6]潘新民.单片微型计算机实用系统设计(M ).北京:人民邮电出版社,1992.
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