科技助力健身：仰卧起坐测试仪的功能设计与实现 DF创客社区

本帖最后由章于 2026-6-23 13:33 编辑

【演示视频】

【项目背景】

仰卧起坐是一项广受欢迎的腹部锻炼运动，其普及程度从小学三年级起便可见一斑，其中1分钟仰卧起坐测试更是成为了衡量学生体能的一项基础指标。市面上已有专门设计的仰卧起坐测试仪出售，它们在一定程度上提高了计数的准确性，但这些设备往往价格不菲，且体积较大，携带不便，限制了其在更广泛场景下的应用。鉴于此，制作了这个既轻便又功能全面的仰卧起坐测试仪。

【功能和亮点】

1、便携式设计：作品体积小巧，携带极为方便，无论是家庭、学校还是户外，都能轻松使用，满足您随时随地的健身需求。

2、高度可调节传感器：根据检测人员的身高和体型差异，可自由调节传感器的高度，确保每位使用者都能获得准确、舒适的仰卧起坐体验。

3、NFC智能识别：内置NFC识别功能，轻松识别学生卡等NFC标签，快速绑定学生姓名及成绩信息，实现智能化管理，让健身数据更加精准、可追溯。

4、自动计数功能：采用先进的传感器技术，能够精准统计仰卧起坐的次数，无需人工干预，让健身效果一目了然。

5、语音播报系统：配备清晰的语音播报功能，在各个环节中自动播报相应的提示语，如准备开始、倒计时、完成次数等，让使用者更加专注于锻炼，提升健身效果。

6、高清显示屏：配备一块高清显示屏，能够实时显示人员信息、倒计时信息以及所做的次数等关键信息，让使用者随时掌握健身进度。

7、1分钟倒计时功能：内置1分钟倒计时功能，帮助使用者合理安排锻炼时间，确保每次锻炼都能达到最佳效果。

8、物联网数据上传：支持将相关数据自动上传到物联网平台，方便管理者实时查看、分析健身数据，为健身计划提供科学依据，让健身更加科学、高效。【硬件清单】

序号	硬件	数量	功能
1	行空板	1	主控板，通过程序控制各个传感器及信息相关信息。
2	语音合成模块	1	语音合成播报
3	NFC近场通讯模块	1	识别学生卡等NFC标签
4	红外光电开关	2	检测人的移动位置
5	铵键	2	开始及重置
6	喇叭	1	语音播放
7	结构件等

【结构设计与搭建】

1、结构的设计

外观结构的材料采用3MM和5MM的椴木板，根据硬件组装的需求及作品外观的设想，先利用LaserMaker软件在电脑上设计出其外壳图纸，再用激光切割机切割出来。

2、把喇叭安装在侧面板相应位置，并用热熔胶固定。

3、把音频延长线的母头部分安装在侧面板的相应位置，并用热熔胶固定。（把一根1米长的音频延长线靠近母头20厘米处剪断，公头部分连接红外光电开关用。）

4、把侧面板与底板组装在一起。

5、把NFC近场通讯模块、语音合成模块及按键安装在上面板相应位置，用铆钉固定。

6、把各个传感器连接到行空板相应的接口上。

7、组装好上面板。

8、把红外光电传感器和行空板组装在支架面板的相应位置。再把支架面板用铆钉固定在底座盒子上。

9、组装好头部检测部分结构，音频延长线公头部分与红外光电传感器连接好，注意连接线的顺序与母头与行空板连接顺序要对应起来，这样使用时只要把公头插在母头上就行了，不用时可以拔掉方面移动携带，至此，整个结构组装及接线就完成了。

五、程序编写

1、程序的编写软件是Mind+，打开Mind+软件，切换到Python模式并选择图形化编程模式。下图所示：

2、作品使用的主控板是行空板，传感器执行器有NFC模块、语音合成模块，我们先选择相应的主控板和传感器、执行器。点击左下角的“扩展”，在弹出窗口的“官方库”中选择“行空板”和“MQTT-py”，在“pinpong库”中选择“NFC模块”和“语音合成模块”，最后点击“返回”回到编程界面。如下图所示：

3、作品中用了NFC模块，我们添加NFC初始化积木块，再添加一些显示显示文字对象积木块，根据屏幕显示的内容及位置设置相应的参数及显示内容。如下图所示：

4、作品中使用了行空板版自带的物联网平台SIoT，把每位学生的测试结果都上传到物联网平台上，可以实时查看和后期查看统计及分析。

要使用行空板自带的物联网平台，先要开启SIoT服务和无线热点模式，长按行空板的“Home”键进入菜单页，点击“应用开关”，检查SIoT服务是否开启，如果显示“已禁用”，点击SIoT选项，切换SIoT状态为“已启用”，再进入“开关无线热点模式”，检查无线热点是否启用，如果显示“已禁用”，则把它开启起来。

添加“初始化MQTT”、“MQTT发起连接”、“MQTT保持连接，永久”、“MQTT订阅”积木块，再对MQTT 进行初始化参数设置，其中SIoT服务器地址为192.168.123.1，其它的都用默认的，不用更改。如下图所示：

5、程序中要用到一些变量，根据下图新建相应的变量并进行赋值，再添加语音合成模块的初始化等并进行相应的设置。具体程序如下图所示：

6、读取卡片的UID。通过串口打印的方式来查看卡片的UID，在循环执行中添加一个条件判断积木块，其中条件是有没有“检测到卡片”，当检测到卡片时就串口打印卡片的UID，再加一个等待1秒的积木块。

7、卡片的UID知道后，要把卡片与学生姓名一一对应起来，可以用条件判断的积木块来实现，每个UID对应一个学生，通过更新相应对象名让学生的名字在屏幕上显示出来，并用语音合成模块播报学生的姓名及相应的内容。如下图所示：

8、仰卧起坐计数的开始与重置。通过接在P21和P22引脚上的按键来控制计数的开始与结束，程序中变量“开始”用来控制仰卧起坐“倒计时60秒”是否开始运行及时间到后运行的程序；变量“倒计时时间”不管是在“开始计数”中还是“重置”中都设为60（1分钟），也就是说我们要统计60秒内仰卧起坐的次数；变量“个数”用来统计仰卧起坐所做的数量；变量“计数开始”用来控制“仰卧起坐计数统计”程序是否运行。再分别更新屏幕上显示的内容和播报语音内容。详细程序如下图所示：

9、变量“开始”为1时“仰卧起坐倒计时”开始运行，首先进行3秒倒计时播报，这样可以让学生有准备的时间，再让赋值变量“计数开始”为1，这时“仰卧起坐计数统计”程序就开始运行，接着执行“60秒倒计时程序”，在倒计时过程中如果“倒计时时间”为0或按了重置按键则跳出“60秒倒计时程序”，最后如果“倒计时时间”为0则播报相应的内容，并把相关内容上传到物联网平台。详细程序如下图所示：

10、仰卧起坐个数统计程序。为了使个数统计不受主程序运行时间的影响，可以新建一个“个数统计”线程，这样它们之间运行互不干扰。首先在点击左侧的“行空板”，在“多线程”组中拖出“线程对象启动”积木块，把对象名改为“个数统计”，再把它放到主程序循环执行的上面。

在“个数统计”线程中，也要用到的主程序中的变量“计数开始”、“个数”、“倒计时时间”及“状态”，所以要把这几个变量定义为全局变量。什么时候开始统计呢，只有变量“计数开始”为1时且“倒计时时间”大于0时才运行具体的个数统计程序。个数统计主要是借助两个红外光电开关传感器来实现的，其中一个摆放在头部位置，一个摆放在腰部位置，一开始时测试者人先躺好，这时头部的红外光电开关就会检测到，直到头部离开红外光电开关处才会继续执行下面的程序，当腰部的红外光电开关检测到人时，则个数就自动增加1个，结果在屏幕上更新显示并语音进行播报，为了使运行效果更加完美，在这里还增加了变量“状态”的条件判断。详细程序如下图所示：