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運(yùn)動(dòng)員(聽覺)神經(jīng)-運(yùn)動(dòng)反應(yīng)時(shí)的測量系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2010-09-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)測量運(yùn)動(dòng)員(聽覺)神經(jīng)-運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng),以提高運(yùn)動(dòng)員聽到發(fā)令槍后的起跑速度。該系統(tǒng)是通過聲音傳感器和加速度傳感器檢測運(yùn)動(dòng)員聽到發(fā)令槍到起跑所需要的時(shí)間,即運(yùn)動(dòng)員的神經(jīng)-運(yùn)動(dòng),再通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)進(jìn)行顯示,并可根據(jù)記錄進(jìn)行處理和繪制成反應(yīng)時(shí)曲線,能夠直觀地了解運(yùn)動(dòng)員反應(yīng)時(shí)的變化及趨勢。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/195300.htm

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其原理

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)(聽覺)神經(jīng)-運(yùn)動(dòng)反應(yīng)時(shí)的測定。方法是通過聲音傳感器檢測發(fā)令槍的聲音,用加速度傳感器檢測運(yùn)動(dòng)員起跑的時(shí)刻,記錄運(yùn)動(dòng)員聽到發(fā)令槍到起跑所需要的時(shí)間,再通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳送到基站進(jìn)行記錄和處理。系統(tǒng)由反應(yīng)時(shí)測定模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)記錄處理模塊三部分組成,結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  


  圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

  反應(yīng)時(shí)測定模塊用單片機(jī)作為核心部件,加上聲音傳感器和加速度傳感器檢測電路,通過單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器記錄運(yùn)動(dòng)員的起跑反應(yīng)時(shí),并將記錄的數(shù)據(jù)按照一定的格式編碼,通過串口送至無線發(fā)送模塊,實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的無線通信。

  通信模塊主要用PTR2000無線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸。

  數(shù)據(jù)記錄處理模塊通過串行通信的方式接收無線數(shù)傳模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù),并送到由PC機(jī)構(gòu)成的基站進(jìn)行記錄、處理和顯示。

  系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理

  測量準(zhǔn)備和系統(tǒng)自檢

  系統(tǒng)在反應(yīng)時(shí)測量模塊上設(shè)置了一個(gè)按鈕,在每次測量前,按此按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)自檢,通過單片機(jī)檢查與之相連的各個(gè)部件,如存儲(chǔ)器、加速度傳感器、聲音傳感器等的狀態(tài),以及無線通信系統(tǒng)能否正常工作。通過無線傳送模塊,將檢測到的各個(gè)部件的狀態(tài)發(fā)送到接收端,若接收端接收到正常的信號,則記錄端可以通知開始測量;若接收不到,則必須檢查、調(diào)試,或者更換,直到接收端接收到正常的信號方可開始測量。

  數(shù)據(jù)采集

  在系統(tǒng)自檢完成之后,如果各個(gè)部件工作正常,就可以開始測量反應(yīng)時(shí)。聲音傳感器檢測到發(fā)令槍的聲音信號后,計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),并查詢加速度傳感器的信號,在檢測到加速度傳感器信號后停止計(jì)數(shù),并將計(jì)數(shù)值保存在發(fā)送緩沖區(qū),數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束。

  數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收

  在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集完成之后,即開始數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。在發(fā)送之前,對采集的數(shù)據(jù)按照無線數(shù)傳模塊的要求進(jìn)行編碼,然后將數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳模塊按照從高位到低位的順序進(jìn)行發(fā)送。在無線接收端,把接收到的數(shù)據(jù)通過電平轉(zhuǎn)換和RS-232串行接口送至PC機(jī)進(jìn)行處理和顯示。

  數(shù)據(jù)的處理和顯示

  由PC機(jī)構(gòu)成的基站從RS-232串行接口接收到數(shù)據(jù)后,通過運(yùn)動(dòng)員起跑反應(yīng)時(shí)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示和分析。

  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  從硬件角度看,系統(tǒng)可以分成單片機(jī)模塊、聲音檢測模塊、運(yùn)動(dòng)檢測模塊和無線數(shù)傳模塊等幾部分。

  單片機(jī)模塊

  在本系統(tǒng)中,考慮到反應(yīng)時(shí)測量裝置是安裝在運(yùn)動(dòng)員小腿上,對輸入輸出口的數(shù)量需求不多,因此在選擇單片機(jī)時(shí),應(yīng)選擇體積小、功耗小的作為系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)測量的核心部件,本系統(tǒng)采用的是Atmel公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89C2051。

  聲音檢測模塊

  聲音檢測是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵部分,要求具有較好的靈敏度和抗干擾能力。

  駐極體傳聲器是一種微型聲電轉(zhuǎn)換器,這種傳聲器具有靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬和體積小等優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)中選用駐極體話筒作為聲音檢測部分的聲音傳感器,用其將聲音信號變換成電信號。

  聲音檢測模塊設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)是濾除噪音信號。在此模塊的設(shè)計(jì)過程中,經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),最終確定了本模塊的電路和相關(guān)參數(shù)。本系統(tǒng)采取幅度比較法實(shí)現(xiàn)聲音檢測的功能。因?yàn)榘l(fā)令槍的聲音信號一般幅度較大,可以直接進(jìn)行放大,通過比較器與閾值電壓相比,當(dāng)聲音信號大于一定幅度時(shí)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號。主要考慮的問題是如何對駐極體話筒檢測到的微弱信號進(jìn)行放大處理。在本系統(tǒng)中采用三極管9013構(gòu)成單級放大電路對信號進(jìn)行放大。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),輸出電壓大于4V時(shí),聲音信號振動(dòng)幅度較大。再加上比較電路就構(gòu)成了本系統(tǒng)的聲音檢測電路,如圖2所示。在此電路中,用R5和R6分壓電路產(chǎn)生一個(gè)閾值電壓,在實(shí)際設(shè)計(jì)中設(shè)置為4V。電壓比較器LM339的OUT2產(chǎn)生聲音信號自檢電壓,若聲音檢測無故障,應(yīng)輸出高電平;OUT1作為聲音檢測信號輸出腳與單片機(jī)P1.2口相連,當(dāng)發(fā)令槍響起時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號。

  

  圖2 聲音檢測電路

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