CN112274903A

CN112274903A - 运动分布式反应时训练测试反应终端

Info

Publication number: CN112274903A
Application number: CN202011114925.0A
Authority: CN
Inventors: 谭保华; 谭宗明; 王梦晨; 肖禄; 王恩濮; 袁星驰; 段禄成; 肖腾飞
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-01-29

Abstract

本发明公开了运动分布式反应时训练测试反应终端，包括上位机与下位机，所述上位机与下位机之间通过WIFI无线连接，所述下位机包括主控制板、无线WIFI模块、红外传感器模块、LED灯、蜂鸣器以及电源模块，所述主控制板设有微处理器，所述无线WIFI模块与51单片机串口连接，本设备设计的初衷是为羽毛球运动设计和完善，但是设备本身具有通用性，经过修改运动反应时训练和测试策略及逻辑，就可以迅速适应其他的大众运动和训练。

Description

运动分布式反应时训练测试反应终端

技术领域

本发明涉及放线装置技术领域，具体为运动分布式反应时训练测试反应终端。

背景技术

临场反应速度是羽毛球运动竞赛和竞技的决定性因素。反应速度是速度素质的一种表现形式，指人体对各种刺激发生反应的快慢。它以神经过程，反应时为基础，反应时短，反应速度快；反应时长，反应速度慢。反应速度因人而异，是职业运动员的重要指标之一，反应时也是研究运动员心理特征的重要指标。因此对运动员反应速度的测试是一项非常有实用意义的工作，它不仅可以测试出运动员的真实反应速度，还可以辅助训练运动员的反应能力。

在运动生理学上，反应时是指感受器从接收刺激到效应器发生反应所需的时间。通过测定反应时可以了解和评定机体神经系统反射弧不同环节的功能水平状况，机体对刺激的反应越迅速，反应时就越短，表明人体运动系统功能状态就越好。有研究表明：反应时短的运动员，反应速度快，而且敏捷，接受能力强，成绩提高也快。所以反应速度的快慢直接影响运动员的运动水平发挥。

虽然早有学者提出运动场上的灵敏反应和实验室内的反应时测试在信息加工方法大不相同，因此对无规律随机信息动作进行加工并做出反应时，无法利用通过专业训练形成的经验对运动情景中特殊信息的进行加工，其反应时将趋于和常人准确性一致。而且，当前我国大部分反应时研究的相关仪器型号、仪器程序各不相同，且和专项运动无法很好衔接。因此开发具有标准化的声、光等刺激的反应时测试仪器，可以反馈出身体不同部位的反应时间和动作时间，并使仪器的形态要方便与运动实践结合，通过设计不同模式排列组合和专项运动紧密联系起来，使仪器具备测试和练习的双重功能，不仅能提高运动者反应时，也能提高运动者动作的准确性，为此我们提出了运动分布式反应时训练测试反应终端。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了运动分布式反应时训练测试反应终端，解决了上述所提出的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：运动分布式反应时训练测试反应终端，包括上位机与下位机，所述上位机与下位机之间通过WIFI无线连接；

所述下位机包括主控制板、无线WIFI模块、红外传感器模块、LED灯、蜂鸣器以及电源模块，所述主控制板设有微处理器，所述无线WIFI模块与51单片机串口连接；

所述软件程序设计：

S1 系统上电，上位机以及下位机的电源模块具有电能；

S2 初始化设定，测试准备，对下位机的51单片机串口及定时器进行初始化；

S3 WIFIL连接，微处理器向WIFI模块发送连接AP站点的指令以连接AP站点；

S4 微处理器向WIFI模块发送连接TCP服务端的指令以连接到指定IP地址及端口，即上位机；

S5 上位机准备，上位机接收信息准备或开始指令后开启计时器并等待触发信号；

S6 下位机触发，下位机的触发信号被触发后，停止计时并将计时时间发送给上位机。

优选的，所述主控制板选用8位芯片的微处理器 STC89C52RC，主控制板使用的是以该微处理器为核心的最小系统版。

优选的，所述无线模块选用ESP8266-01WIFI模块，无线模块支持丰富的Socket AT指令，内置 TCP/IP 协议栈，支持多路 TCP Client 连接，支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式，并通过对51单片机的编程，对无线模块发出相应AT指令，来控制无线模块作为客户端连接服务端，接收来自服务端的数据以及向服务端发送数据。

优选的，所述电源模块选用两节18650锂电池串联并分别连接5V稳压模块和3.3V稳压模块给下位机系统供电。

（三）有益效果

本发明提供了运动分布式反应时训练测试反应终端。具备以下有益效果：

1、这种设备采用上下位机结构，上下位机之间通过无线通信方式连接，免除现场接线的繁琐和不便。下位机可由多个前端触点采集和显示终端组成，可以在上位机上对下位机的配置和设置进行更改和调整，实现任意分布式设置功能布置。系统下位机可以任意分布式设置布置在运动场地上，配备声光等多种显示和提示方式，通过触碰式和光电式传感器完成对运动员训练和测试反应时的记录和采集工作，提高反应时训练的针对性和适用性。上位机通过无线通信方式汇总和存储下位机传送的反应时相关数据，并通过内置的反应时训练和测试数据分析软件系统分析，并最终显示在手持式设备（如PAD 或专用屏幕）上，为运动员训练提供数据支撑和改进依据。

2、该设计能让专业运动员进行重复性的反应时训练和测试，有助于运动员对简单动作的熟悉，形成心理和生理上的条件反射，对提高竞赛成绩和竞技水平很有意义。除了专业运动员的运动测试训练之外，该设计还能让热爱运动的一般大众以锻炼健身的目的来测试训练并提高自己的运动素质。

3、本设备设计的初衷是为羽毛球运动设计和完善，但是设备本身具有通用性，经过修改运动反应时训练和测试策略及逻辑，就可以迅速适应其他的大众运动和训练。

附图说明

图1为本发明中下位机的模拟测试放置图；

图2为串口发送一个字节流程图；

图3为本发明的正视结构示意图；

图4为串口发送 ATSEND 指令；

图5为串口发送回车换行；

图6为串口向服务器发送字符串；

图7为串口发送连接 AP 站点指令；

图8为串口发送连接 TCP 服务端指令；

图9为51 单片机中断系统；

图10为串口中断响应函数。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供一种方案：运动分布式反应时训练测试反应终端，包括上位机与下位机，所述上位机与下位机之间通过WIFI无线连接；

所述软件程序设计：

S1 系统上电，上位机以及下位机的电源模块具有电能；

所述主控制板选用8位芯片的微处理器 STC89C52RC，主控制板使用的是以该微处理器为核心的最小系统版，使其能处理简单的电平信号和略微复杂一点的串口操作。

所述无线模块选用ESP8266-01WIFI模块，无线模块支持丰富的Socket AT 指令，内置 TCP/IP 协议栈，支持多路 TCP Client 连接，支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式，并通过对51单片机的编程，对无线模块发出相应AT指令，来控制无线模块作为客户端连接服务端，接收来自服务端的数据以及向服务端发送数据。

所述电源模块选用两节18650锂电池串联并分别连接5V稳压模块和3.3V稳压模块给下位机系统供电，由于组成下位机的各模块对供电需求不一致，对于51单片机和红外传感器需要 5V 电压供电，LED 灯和蜂鸣器根据额定电压串连电阻也可以接至 5V 电源以供电。对于ESP8266-01无线模块需要3.3V供电。所以电源模块选用两节 8650 锂电池串联并分别连接 5V 稳压模块和 3.3V 稳压模块给下位机系统供电，稳压模块采用的是AMS1117-5.0和 AMS1117-3.3系列芯片。

LED 灯和蜂鸣器：为了让测试者感受到外界的刺激信号（在实际运动中刺激信号即为羽毛球可能落点信号被眼睛感受传至大脑），这里用 LED 灯和蜂鸣器作为测试中的刺激信号，某一个测试点下位机的 LED 灯亮起且蜂鸣器响，即表明此测试点为羽毛球即将掉落点，测试者就要快去到达此测试点触发红外传感器。

下位机的程序设计方面，C51 编程主要涉及到串口中断，计时器中断，外部中断以及部分控制算法。

串口中断：由于 51 单片机对无线模块的控制由串口连接完成的，对无线模块的AT 指令开发也是由 51 单片机通过串口发送指令完成，这需要串口中断来完成字节的接收和发送。另外，在对无线模块发送 AT 指令时，需要发送连续的字符串，但 51 单片机的串口发送和接收一次只能操作一个字节，所以需要在程序中通过单字节发送完成字符串的发送操作。

计时器中断：下位机中的计时功能以及串口中断的波特率控制分别由两个计时器完成。计时功能中，在接受上位机的测试指令之后，开始计时，直至外部中断触发，在外部中断响应函数中关计时器中断。在串口中断的波特率控制中控制串口中断波特率为9600bps。

外部中断：外部中断用以检测外部的触发信号，在接受上位机的测试指令之后与计时器中断同时打开，在低电平触发之后在中断响应函数中关掉计时器中断。

下位机程序中，核心代码分为两部分。第一部分为对于 ESP-01 无线模块的AT 指令开发，第二部分为 51 单片机的中断系统的应用。

第一部分所要用到的 AT 指令如下：

AT+CWMODE=设置模块模式，值为1时将模块设置为Station 模式，值为2时将模块设置为AP模式，值为 3 时将模块设置为 AP 兼Station模式。

AT+CWJAP=”APname”,”APPassword” 连接指定 AP 站点，其中 APname

为 AP 站点的名称，APPassword 为 AP 站点的密码。

AT+CIPSTART=”TCP”，”IPAddress”，Port 连接指定服务端，其中 TCP

为连接模式为 TCP，IPAddress 为指定服务端IP地址，Port为服务端监听的端口。

AT+CIPSEND=Number Massage 向服务端发送字符串，其中 Number 为将要发送的字符串长度，Massage 为将要发送的字符串。该指令在使用时分两步，第一步发送 AT+CIPSEND=Number，第二步直接发送要发送的字符串。

由上可以看出通过 AT 指令和串口向上位机发送字符串实现起来较为复杂，对于微处理器的串口，每一次只能发送一个字节，而对于无线模块，要向服务端发送指定字符串，首先要先向无线模块发送一段发送指令。发送指令包括指令部分和将要发送字符串的长度，之后再向无线模块发送指定长度的字符串才能让无线模块将字符串发送至已连接的上位机服务端。

在本设计中，实现方式是先实现发送一个字节的函数，再通过发送一个字节的函数实现发送一个字符串函数，再通过发送一个字符串函数来实现发送ATSEND(发送指令)并追加发送字符长度函数，最后通过上述几个函数的配合封装成了一个串口发送字符的函数，只需要在参数中添加将要发送的字符串就可以实现发送。此外还封装了连接 AP 的函数，连接 TCP 服务端的函数，这样使程序设计更为方便，代码更为简洁。具体步骤如下：

1) 串口发送一个字节函数，在该函数中直接向缓冲器中写入一个字节即可向串口发送该字节（如图2）

2) 串口发送一个字符串函数，该函数中通过多次调用串口发送字节来实现一次性发送一个字符串。具体实现为将字符串中的字符一个一个以字节为单位发送，以字符串长度来控制是否结束发送（如图3）。

3) 串口发送 ATSEND 指令并追加字符长度函数，该函数中通过调用字符串发送函数和字节发送函数，来达到发送字符串后追加发送字符串长度的功能（如图4）。

4) 串口发送指令结束字符函数（回车换行），回车换行作为发送结束的标识符，这里单独为其封装一个函数，简单调用字节发送函数分别发送回车字符和换行字符，方便后续函数使用（图5）。

5) 串口向服务器发送字符串函数，该函数实现一次性向串口发送函数，包括了发送发送指令（ATSEND），发送所需要发送字符串的长度，发送所需要发送的字符串，以及追加回车换行结束标识符。封装该函数之后，在需要给 TCP 服务端发送字符串时，只需要带入字符串为参数即可一次性实现发送功能（如图6）。

6) 在有了上述函数方法的实现之后，对于串口发送连接 AP 站点指令可以利用上述函数直接封装一个连接 AP 站点指令并能通过指定 AP 站点名称和密码连接上AP 站点的函数。而且在实际使用时，只需要修改指定字符串参数即可实现连接任意名称密码的AP站点（如图7）。

7) 同样对于串口发送连接TCP服务端指令函数也可以直接利用上述实现的函数封装实现，此后直接调用该函数就能直接连接指定TCP服务站点的指令，能根据默认参数连接至TCP服务端。在实际使用时，只需要修改指定字符串参数中IP地址和端口号就可以直接使用该函数连接TCP服务端（如图8）。

第二部分 51 单片机中断系统的应用：

1）在本设计中需要实现的串口发送功能，计时功能以及外部事件响应都需要用到51单片机的中断系统。串口发送需要定时器T1为串口产生固定的波特率，所以这一功能不仅涉及到串口中断的初始化还涉及到定时器T1的初始化。计时功能由定时器T0完成，需要对其初始化。外部事件响应则由外部中断来完成，也需要对其进行初始化。

串口以及计时器初始化（如图9）：

TMOD=0x21；

SCON=0x40；

PCON=0x00；

TH1=0xfd；

TL1=0xfd。

这里设定了定时器T1工作于方式2，即8位自动重装，并赋初值 0xfd，并设定了串口工作于方式 1，即10位为一帧，其中包括1位起始位，8位数据位，1位停止位。在串口中断函数中，在微处理器接收到来自串口的信息时会执行，函数中会判断接收到的字节与预先设定的字节进行判断来做相应的操作，达到上位机控制并通信下位机的作用。

定时器 T0 初始化：

TMOD=0x21;

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

这里设定定时器T0工作于方式1，即16 位计数器。并设初值，每次计数为50ms。

在定时器 T0 的中断函数中，包括重装初值和累计计数。

//定时器o中断函数

Void Timer_ 0()interrupt1]{THO=(65536-50000)/256;TL0= (65536-50000)号256;count 50000++;}

外部中断函数，外部中断用于响应红外传感器的触发事件，响应后在中断函数内修改标志位供主函数里做出相应操作。

//外部中断函数

void INT_ 0() interrupt 2]{EX1=0;P1=0xff;TR0=0;R_ tag1=1;}；

EX1=0关外部中断，TR0=0停止计数。

首先需要完成串口中断，计时器中断及外部中断的初始化，然后发送连接 AP 站点指令，连接 TCP 服务端指令。进而在循环内等待上位机发送来的信息再根据信息做出响应操作。包括计时，开外部中断等待触发，开关声光显示等。但由于下位机中，测试点和中心点的功能需求不一样，对应的主流程会有少部分的差异。对于测试点，只需要接收测试信号后，开始计时，等待触发中断信号后停止计时，然后发送计时时间，以此循环。对于中心点，在整个测试开始前便打开声光显示和外部中断等待外部中断触发，然后向上位机发送信号以通知上位机开始测试，触发后灭灯，再次收到上位机的准备信号后，以此循环。相比于测试点，中心点不需要计时功能，只起到向上位机转发测试者是否准备好测试的信号。

具体测试过程：在开始测试之前，设置好多点下位机并与上位机通过 WIFI 无线连接。开始测试时，测试者在上位机程序上发出开始测试指令，测试者触发中心测试点的红外传感器，中心测试点发送信息给上位机程序表示测试者准备好。这时上位机随机选择一个周围测试点并发送测试指令，该被选中的测试点接收指令后发出声光显示并开始计时，此时测试者感受声光信号后迅速触发该测试点的红外传感器，该测试点则停止计时将计时时间发送给上位机程序。上位机程序接收改测试点的计时结果之后发送准备指令给中心测试点，中心测试点接收准备指令后打开声光显示，并等待测试者触发该点的红外传感器以重复下一轮测试。在进行指定轮数的测试之后，测试结束，上位机将所有测试结果显示在上位机程序上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.运动分布式反应时训练测试反应终端，其特征在于：包括上位机与下位机，所述上位机与下位机之间通过WIFI无线连接；

所述软件程序设计：

S1 系统上电，上位机以及下位机的电源模块具有电能；

2.根据权利要求1所述的运动分布式反应时训练测试反应终端，其特征在于：所述主控制板选用8位芯片的微处理器 STC89C52RC，主控制板使用的是以该微处理器为核心的最小系统版。

3.根据权利要求1所述的运动分布式反应时训练测试反应终端，其特征在于：所述无线模块选用ESP8266-01WIFI模块，无线模块支持丰富的Socket AT 指令，内置 TCP/IP 协议栈，支持多路 TCP Client 连接，支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式，并通过对51单片机的编程，对无线模块发出相应AT指令，来控制无线模块作为客户端连接服务端，接收来自服务端的数据以及向服务端发送数据。

4.根据权利要求1所述的运动分布式反应时训练测试反应终端，其特征在于：所述电源模块选用两节18650锂电池串联并分别连接5V稳压模块和3.3V稳压模块给下位机系统供电。