CN103371834A

CN103371834A - 人体反应速度测试系统

Info

Publication number: CN103371834A
Application number: CN2012101253022A
Authority: CN
Inventors: 刘保垣; 姜光远; 丛昉琦; 王志军
Original assignee: Changchun Normal University
Current assignee: Changchun Normal University
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明涉及一种测试系统，具体的说是一种专门用于测量并辅助训练人体生理反应速度的测试系统。该系统包括：计算机，用于执行应用程序，完成测试、评估和打印功能；设置在计算机内的PCI总线，用于连接PCI接口卡，将从测试终端采集的信息通过PCI接口卡输送到计算机，完成数据采集；PCI接口卡，用于PCI-ISA总线相关联模块控制；测试终端，用于完成对人体反应能力的测试；本发明是一种基于PCI总线的人体反应速度测试系统，该系统成很低、稳定性和准确性好。

Description

人体反应速度测试系统

技术领域

本发明涉及一种测试系统，具体的说是一种专门用于测量并辅助训练人体生理反应速度的测试系统。

背景技术

目前针对人体反应速度的测试，广泛应用的计量时间方法是依据电容的放电时间来测定的，这显得粗糙进而缺乏精确性，并且已知的正常人的反应能力均在毫秒级水平，这就要求更加精准的数据采集与分析技术，一提到对处理速度的要求，我们自然想到CPU的处理能力和总线传输的速度，在一定的CPU处理能力下，采取某种先进的总线技术可以很大程度的提高通信的速度和准确性。目前十分先进的总线机制就是PCI总线，所以我们试图开发一种基于PCI总线的数据采集设备来完成对人体反应能力的测试。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于PCI总线的人体反应速度测试系统，该系统成很低、稳定性和准确性好。

本发明的目的是这样实现的，该系统包括：

计算机，用于执行应用程序，完成测试、评估和打印功能；

设置在计算机内的PCI总线，用于连接PCI接口卡，将从测试终端采集的信息通过PCI接口卡输送到计算机，完成数据采集；

PCI接口卡，用于 PCI-ISA总线相关联模块控制；

测试终端，用于完成对人体反应能力的测试；

所述的PCI接口卡由五大功能模块组成，包括PCI-ISA总线转换桥模块、地址译码及数据锁存模块、开关量输入模块、开关量输出模块和定时计数模块，其中：

①、PCI-ISA总线转换桥模块：是由PCI9052及EEPROM及33MHz时钟（由8MHz时钟经PCI9052加速得到）组成的，任务是将PCI总线信号转换成ISA总线信号；

②地址译码及数据锁存模块：主要由GAL16V8芯片来控制。作用是把PCI9052送出的地址信号和控制信号进行逻辑组合，译码后产生对其它功能芯片的选择信号；

③、开关量输入模块：作用是负责控制电平的输入信号的采样， 64路开关量输入信号通过一个40芯IDC和一个50芯IDC型接头输入，输入信号为TTL电平（0～5V）。输入信号经过74LS245数据缓冲器读入计算机中。占用8个读I/O端口，输入为高电平时，读入值为“1”；输入为低电平时，读入值为“0”。上电时读入值为“0”。

④、开关量输出模块：作用是负责控制电平的输出信号的采样，计算机输出的数字信号由8个74LS273锁存器经两个40芯IDC接头输出。输出信号为TTL电平（0～5V）。占用写8个I/O端口，输出“1”时，为高电平；输出为“0”时，为低电平。上电时输出值为低。

⑤、定时计数模块：设计时采用定时计数器8253，其3个通道分别设置为：通道0为定时用，CLK0接1MHz晶振信号，OUT0接在INTA0上，作为定时中断使用，通道1和通道2用于脉冲计数用，CLK1、2信号接在50芯IDC插头上。

所述的测试终端由测试台和设置在测试台上的104个带灯触摸开关（用两块卡，每块上有64路）构成，其中触摸开关的供电采用主板供电的方式，触摸开关引脚与接口卡输入输出（DI/DO）引脚连接。

所述测试台上每个带灯触摸开关的正极引脚直接接在接口卡的数字量输出（DO0-DO63）上，由主板电源供电，输出电压为TTL电平（0～5V），负极引脚共地。另外在每个正极引脚上引出两条导线，一根接至接口卡数字量输入（DI0-DI63）上，以备采集被测试者做出反应时的电平变化，要求输入电平也是TTL电平（0～5V）。另一个作为对8253的片选信号经过一个多路或门接至接口卡GATE0引脚上，以备计数器的初始化，提供准确的测试起始点。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明的目的是改进人体反应速度的测试手段，目前广泛应用的计量时间方法是依据电容的充放电时间来测定的，这显得粗糙、缺乏精确性，已知的人体的反应速度在毫秒级水平，而我们知道在一定的CPU处理能力下，采取先进的总线技术可以很大程度的提高通信的速度和准确性，而PCI总线通信机制就是目前十分先进的手段，所以我们试图开发一种基于PCI总线的数据采集设备来完成对人体反应能力的测试，最终，通过对此数字量数据采集卡的研发，我们几乎能够掌握所有PCI总线设备的开发方法和共同思路，为其它PCI功能设备的研发指出了一般的框架。

2、本发明基于PCI总线的人体反应速度测试系统，它的硬件部分是以PCI9052为核心的PCI数据采集卡；软件部分用DriverStudio工具包开发了WDM设备驱动，另外还编写了用户应用程序；目前本发明产品已完成制板，调试，测试等工作，最后通过实际应用对整体性能进行了验证评估，运行非常稳定准确。

3、本发明是基于PCI总线的数据采集设备，用于完成对人体反应能力的测试，该PCI数据采集设备不仅可以应用于人体反应速度的测量，它还能够应用在所有数字量的采集与控制系统中，成本很低，稳定性和准确性非常好，经过拓展可应用在工业控制的众多领域。

4、通过对本发明人体反应速度测试系统进行测试，证明该系统完全能够达到预定的设计要求，并且在软、硬件两方面进行了系统拓展的进一步考虑。其中硬件部分的改进包括PCI9052的配置方式可以为PCI复用模式；采集卡与测试终端的信号传输可以考虑采用无线传输方式。软件部分可以适当扩充测试算法和成绩评估算法，以提高测试结果的科学指导性。

5、本发明用户应用程序主要模块构成为：系统初始化检测模块、记录初始化模块、资料输入模块、测试成绩查询打印模块、测试方案选择模块、主测试程序模块、训练方案选择模块、系统帮助模块。整个软件部分的实现采用Visual C++ 6.0作为编程工具，重点是驱动程序的编写。

6、本发明还具有高性能、低成本、高效益、发展空间广、兼容性强、适合于各种机型、操作简单和独立等优点。

对于本发明人体反应速度测试系统的综合调试

1、系统调试环境

本系统的研发、调试以及使用都是在以下环境中完成的，当然，发布后的人体反应速度测试系统可以在任意软、硬件环境中安装使用。

硬件环境

CPU： PIV 1.3G

内存：128M

硬盘：40G

主板：华硕P845GE（三个PCI插槽）插入两块PCI接口卡

网卡：NE2000-compatible

软件环境

操作系统：Windows 2000

开发语言：Visual C++ 6.0

所用软件：

电路设计软件：Protel 2004

驱动程序开发软件： DriverStudio，WinDriver8.11

驱动程序调试工具PLXmon

2、调试结果与分析

在整个系统研发完成后，需要进行一定的测试以检验系统硬件、软件的稳定性和可靠性。这里进行了一项实验，它的具体情况如下：

实验人员：共有25人参与。他们分属不同的年龄段，其中15—20岁3人；20—35岁12人；35—55岁5人；55岁以上5人。

实验时间：分别在上午9:00-10:00；下午15:00-16:00。

实验目的：检验测试数据准确性和有效性，进而证明人体反应速度测试系统设计合理，运行良好。

实验场景：①采用测试终端上的测试台（附图3所示）；②运行界面（附图11所示）。

实验结果：见下表：

将上述结果与查阅的人体生理特征科学统计指标作以对照分析，我们可以得到如下结论：

1、科学统计指标显示只有极少数从事反应能力要求很高的运动项目（如乒乓球）的运动员反应速度可以达到150ms以下。参加本次实验的25人中并未发现这种反应极快的数据。

2、科学统计指标显示大多数年龄在20-45岁之间的成年人，经过一定训练和未经过训练的反应速度可分别达到258

35ms和264

35ms。与科学统计值相比，实验结果显得稍慢些，这与软件程序运行耗时和硬件电路信号传输耗时有一定的关系，但可见影响很小。我们选择的人员均为未受过特殊训练的人员，在20-45年龄段中达到这一指标的比率为91.6%。

3、实验数据还显示出正常人上午的反应能力普遍高于下午反应能力的事实。这也是与科学规律相符的。

经过大量实验测试表明：本发明人体反应速度测试系统运行十分稳定，完全达到设计要求，测试数据基本能够正确反映客观情况。

附图说明

图1是人体反应速度测试系统整体结构示意图。

图2是本发明PCI接口卡逻辑方框图。

图3是本发明测试终端结构示意图。

图4是本发明测试终端与PCI接口卡连接示意图。

图5是本发明系统软件部分应用程序通过DLL访问硬件的接口机制示意图。

图6是本发明系统软件部分应用程序工作流程图。

图7是本发明系统软件部分测试算法流程图。

图8是本发明系统软件部分主控界面示意图。

图9是本发明系统软件部分测试记录查询界面示意图。

图10是本发明系统软件部分系统初始化检测界面示意图。

图11是本发明系统软件部分测试界面示意图。

图12是本发明PCI接口电路示意图。

具体实施方式

由图1所示：该系统包括：

计算机，用于执行应用程序，完成测试、评估和打印功能；

PCI接口卡，用于 PCI-ISA总线相关联模块控制，实现了对控制信号的输出、被测试者判断信号的采集和时间的测定；

测试终端，用于完成对人体反应能力的测试；

由图2所示：所述的PCI接口卡由五大功能模块组成，包括PCI-ISA总线转换桥模块、地址译码及数据锁存模块、开关量输入模块、开关量输出模块和定时计数模块，其中：

显然，此部分电路作用是负责控制电平的输出和输入信号的采样。

如图3、4所示：所述的测试终端采用了104个带灯触摸开关（用两块卡，每块上有64路）作为终端，采取主板供电的方式。触摸开关引脚与接口卡输入输出（DI/DO）引脚连接方式。

本发明的系统软件部分包括PCI接口卡驱动程序、用户应用程序以及二者的接口程序。它们之间的关系如图5所示。这里主要说明用户应用程序的设计。

①、算法设计

整个用户应用程序部分的整体工作流程如图6所示。图中BRVS是人体反应速度测试系统的简称。

具体测试算法的流程如图7所示。图中right代表被测试者做出正确反应的个数，wrong代表错误反应的次数，sum为亮灯总数，persent为正确率。

②、模块设计

设计测试系统窗体界面以简单、方便、好用为原则。设计窗体提供以下的用户功能接口：

主控接口

记录初始化接口

资料输入接口

测试成绩查询打印接口

系统初始化检测接口

测试方案选择接口

主测试程序接口

训练方案选择接口

对被测试者而言，他们只需通过友好的界面，将自己的信息注册提交，然后开始进入主测试程序，剩下的事情由系统完成。

下面是对各个接口设计的简介。

1) 主控接口

这个操作界面的作用相当于主菜单，在这里列出了所有接口。如图8所示。

2) 记录初始化接口

将系统数据库中的所有或用户指定的数据表进行清空操作。

3) 资料输入接口

主要用于被测试者将自己的姓名和年龄输入数据库保存，便于查询测试成绩使用，另外根据年龄段，系统可以推荐合适的测试方案。

4) 测试成绩查询打印接口

提供任意的检索条件，以供查询以往的测试成绩，以便进行纵向或横向的对比，并以某种需要的格式进行结果打印。如图9所示。

5) 系统初始化检测接口

每次开始运行系统时，应该首先进行初始化检测。内容为检测所有通道的数字量输入和输出是否正常，如有问题，能够明确故障位置，以便作出针对性的维修。另外还可以对计数器的计数功能进行检测。界面如图10所示。

6) 测试方案选择接口

设计系统时，预先设定了简单、复杂和适中三种根据经验统计的典型反应时间间隔测试方案，用户可以直接选择进行测试，也可以根据个人能力，自行设定反应时间间隔。确定好时间间隔后须选择一种测试算法，二者结合决定了此次完整的测试方案。此外还包括一些方向性的专项测试算法。

7) 主测试程序和成绩评估接口

在进行完上述设置后，即进入主测试程序交互界面。主测试程序首先将测试者姓名、年龄等信息存入数据表，然后执行选定的测试算法，在用户作出反应后，主测试程序能够准确判断该次反应是有效反应还是无效反映，如果有效则将此次反应时间值存入数据表，窗体上对应位置显示有效，同时下一个控制信号输出；若无效，则窗体对应位置显示无效，同时下一个控制信号输出。设定的总测试时间到时，主程序结束，窗体相应控件上显示所有有效反应的时间平均值，总亮灯个数和有效反应个数及有效反应率。如图11所示。

8) 训练方案选择接口

系统根据被测试者的以往成绩，利用嵌入的专家系统模块，从中选择最适宜的训练策略，旨在提高被测试者反应速度。

使用方法

按照如下步骤完成整个系统的连接：

1、将PCI接口卡插入计算机主板的某一PCI插槽中；

2、将8根数据线一端插在PCI接口卡对应位置上；

3、另一端插在测试终端上（数据线上和测试终端的插座上标有对应的号码）。

按照如下步骤对系统进行使用：

1、启动计算机；

2、按照提示的步骤安装PCI接口卡驱动程序；

3、安装用户应用程序；

4、将DLL文件复制到系统文件夹中（一般为C:\windows\system32\下）；

5、启动用户应用程序进行测试。

软件说明

1、软件的内容：

1）PCI接口卡驱动程序：PCIBrvs.INF，WINDRVR6.SYS。

2）人体反应速度测试系统应用程序BRVS.exe。

3）接口程序PCIBrvs.dll。

2、软件的安装方法：

1）将安装盘上的“人体反应速度测试系统”文件夹拷贝到计算机的某处。

2）将PCI接口卡插入计算机主板的某一PCI插槽中，启动计算机进入WINDOWS系统将会自动找到新硬件，此时根据硬件安装向导，搜索最新驱动程序指定位置（例如/浏览c：/…/ PCIBrvs.inf/确定）。完成安装后如从（控制面板/系统/设备管理器）中可找到PCI接口卡设备则可证明硬件驱动安装正确。

3）连接数据源。打开控制面板\管理工具\数据源\系统DSN，添加数据源NCSJL。

4）将“人体反应速度测试系统”文件夹中的PCIBrvs.dll文件复制到系统文件夹中（一般为C:\windows\system32\下）。

5）重新启动计算机，完成驱动程序安装。

6）请安装VC。如已安装可直接运行。

7）将“人体反应速度测试系统”文件夹中的“BRVS”文件夹复制到C盘。

8）直接运行其中的.dsw文件即可。

3、注意事项

如果安装完后计算机可找到硬件，而运行演示程序不正常运行，可能原因有：

1）未安装核心驱动程序。请参照上面的“软件的安装方法”重新执行，然后重启机器。

2）可执行程序与DLL不在同一目录下或未将DLL拷贝到windows\system32下。

3）未安装VC，缺乏相关库文件。

4）可能某PCI插槽信号驱动能力较弱，请使用另一PCI插槽，

并重新安装驱动程序。

工作过程

将测试好的PCI接口卡插入计算机主板的某一PCI插槽上，然后启动计算机，在操作系统检测到此即插即用设备后，随即安装预先编写好的设备驱动程序和应用程序，同时将驱动程序和应用程序通信所需的动态连接库文件（DLL）复制到系统文件夹中，已备应用程序运行时使用。在被测试者选择了某种测试模式后，相应的程序指令由CPU通过PCI总线和PCI接口卡传输至测试终端。被测试者在看到灯亮后立刻作出判断反应（关闭该灯）。输入电路采集到测试终端上该灯的电平变化，控制程序立即发出读取计数器计数值的指令，换算后将此时间值存入数据库，同时记下被测试者正确反应的次数，以备评估分析使用。同时下一组控制方案执行，过程与上述相同，到达规定测试时间后，调用数据库中所有结果进行评估打分，进而对被测试者进行针对性训练。

软件部分驱动程序采用WDM模式，开发工具为JUNGO公司的WinDriver和Numega公司的Driver Works。应用程序的开发环境为Visual C++ 6.0，主要分为测试、评估、训练、打印等模块，数据库部分用Access2000开发。

Claims

1.一种人体反应速度测试系统，其特征在于：该系统包括：

计算机，用于执行应用程序，完成测试、评估和打印功能；

PCI接口卡，用于 PCI-ISA总线相关联模块控制；

测试终端，用于完成对人体反应能力的测试。

2.根据权利要求1所述的一种人体反应速度测试系统，其特征在于：所述的PCI接口卡由五大功能模块组成，包括PCI-ISA总线转换桥模块、地址译码及数据锁存模块、开关量输入模块、开关量输出模块和定时计数模块，其中：

①、所述的PCI-ISA总线转换桥模块：是由PCI9052及EEPROM及33MHz时钟组成的，任务是将PCI总线信号转换成ISA总线信号；

②地址译码及数据锁存模块：主要由GAL16V8芯片来控制，

作用是把PCI9052送出的地址信号和控制信号进行逻辑组合，译码后产生对其它功能芯片的选择信号；

③、开关量输入模块：作用是负责控制电平的输入信号的采样， 64路开关量输入信号通过一个40芯IDC和一个50芯IDC型接头输入，输入信号为TTL电平（0～5V），输入信号经过74LS245数据缓冲器读入计算机中，

占用8个读I/O端口，输入为高电平时，读入值为“1”；输入为低电平时，读入值为“0”，上电时读入值为“0”；

④、开关量输出模块：作用是负责控制电平的输出信号的采样，计算机输出的数字信号由8个74LS273锁存器经两个40芯IDC接头输出，输出信号为TTL电平（0～5V），占用写8个I/O端口，输出“1”时，为高电平；输出为“0”时，为低电平，

上电时输出值为低；

3.根据权利要求1所述的一种人体反应速度测试系统，其特征在于：所述的测试终端由测试台和设置在测试台上的104个带灯触摸开关构成，其中触摸开关的供电采用主板供电的方式，触摸开关引脚与接口卡输入输出DI/DO引脚连接。

4.根据权利要求3所述的一种人体反应速度测试系统，其特征在于：所述测试台上每个带灯触摸开关的正极引脚直接接在接口卡的数字量输出DO0-DO63上，由主板电源供电，输出电压为TTL电平0～5V，负极引脚共地，另外在每个正极引脚上引出两条导线，一根接至接口卡数字量输入DI0-DI63上，以备采集被测试者做出反应时的电平变化，要求输入电平也是TTL电平0～5V，另一个作为对8253的片选信号经过一个多路或门接至接口卡GATE0引脚上，以备计数器的初始化，提供准确的测试起始点。