多功能智能反應時測試儀的制作方法

專利名稱：多功能智能反應時測試儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于智能化儀器儀表，涉及反應時測試儀。
人的反應時間是指從出現刺激到作出反應之間的時間間隔。所測試到的反應時越長，表明此人對外界刺激的反應越遲鈍。
曾經有過多種反應時測試儀，1979年9月4日公告的美國專利US4166452“人體受刺激反應測試儀”可對聽覺、視覺和觸覺三種刺激源進行反應時測試，反應時間可由打印機打印輸出。這種反應時測試儀存在一些缺點發出哪種刺激信號需要單獨進行選擇和設定;對刺激的反應只是簡單反應;系統采用邏輯回路，改變功能很困難;測試結果精度差;不能對多組測試進行統計處理。
1988年1月23日公告的蘇聯專利SU1367942“用于心理學研究的裝置”可測試對聲音和光線刺激的反應時間。但沒有對刺激源作詳細規定，也沒有對時鐘源作詳細規定。線路從邏輯電路改進成集成電路，但遠非智能儀器。
1990年5月30日公告的CN2057581U“反應測試儀”提供了一種采用微機作為控制中心的、對光信號反應的測試儀，實現了測試過程及測試結果的自動輸出，但這種測試儀仍存在一些問題功能單一、對發光信號及反應開關未作明細的技術規定，容易造成較大的系統誤差;也不能對多個測試數據進行統計處理。
本發明的目的提供由單片機為核心所組成的智能化反應時測試儀，可廣泛地應用于衛生、科研、交通、工礦企業等部門。
本發明的另一個目的是提供一種多功能反應時測試儀，以紅、黃、綠三色光信號及0.5kHz、1kHz、2kHz聲音信號為刺激源，測試其簡單反應時、選擇反應時、動作反應時、跟蹤反應時、速示反應時、綜合反應時等。
本發明的再一個目的是提供一種操作直觀、簡便的反應時測試儀，只設立幾個開關鍵作為測試參數及功能的選擇鍵。
本發明的最后一個目的是提供本測試儀的一些控制軟件，通過改變軟件即可改變測試功能，使本測試儀成為測試多種功能的綜合反應時測試儀。
按本發明的測試儀，由儀器電子線路部分，顯示控制鍵盤，刺激源部分和微型打印機所組成。電子線路由輸入、輸出接口電路、單片機、地址鎖存器、高精度時鐘發生器、地址分配器、程序存貯器、系統電源、復位電路等單元所組成。顯示控制鍵盤由LED顯示器、指示燈和6個功能鍵(復位鍵、打印鍵、光標鍵、設定鍵、測試鍵)所組成。刺激源由紅、黃、綠色刺激燈、聲音外刺激源、三個反應開關插座等組成。
在使用本測試儀時，先接上電源，按下電源開關，系統電源就為儀器提供工作電源，復位電路使系統復位。高精度時鐘發生器為單片機提供高精度時鐘信號，系統在軟件驅動下開始工作，接受從鍵盤送來的信號，按動光標鍵和設定鍵來輸入測試參數，按功能鍵選擇所需測試功能，在顯示器上顯示出此功能，確定出選擇刺激信號種類，刺激信號發出的形式(即由操作者發出還是儀器自動發出)所測反應時的種類等。按打印鍵設定是否打印測試結果，這時再按測試鍵，使儀器轉入測試狀態。此時，刺激信號經單片機輸出，驅動刺激信號發生器發出刺激信號，被測人接收到刺激信號后立即按規定動作按動反應開關，反應信號經輸入接口電路傳入單片機，單片機計算出從發出刺激信號到被測人員按下反應開關時刻之間的時間間隔，即為需測定的反應時。反應時測試結果通過地址鎖存器、地址分配器、及接口電路送到顯示器上顯示出來。與此同時，單片機統計測試次數并與設定的測試次數相比較，到兩者之差為0時，單片機對測試結果進行綜合統計處理，計算并打印出處理結果。
按照本發明，將顯示裝置和鍵盤裝在前面板上，供操作人員使用;將刺激信號和反應開關裝插座裝在儀器后面板上，將測試人員和待測人員分離在儀器的兩側，便于測試人員操作，雙方互不干擾;所有控制電路都裝在儀器機殼內，形成一個整體;為攜帶方便，儀器外部配一微型打印機，用于打印測試結果。
為保證測試精度，消除采用其他各種發光器件所可能造成的系統誤差，采用了發光二極管陣組成的快速發光的面發光器件。
按照本發明的反應時測試儀，其全部開關均采用開關行程小于0.5mm的微動開關或薄膜開關，這有助于提高儀器的靈敏度，減少系統誤差。
按照本發明，高精度時鐘發生器選用精度為10-4～10-6的晶振，以保證反應時測試儀具有很高的測試精度。
按照本發明的反應時測試儀的功能是由軟件驅動實現的，采用不同的軟件，可以實現不同的測試功能，從而可以制造一系列的反應時測試儀。
利用本發明的反應時測試儀，所得的測試結果精度高，提供的數據可靠、工作效率高、應用范圍廣泛。
下面結合附圖對本發明作詳細說明。


圖1為本發明的反應時測試儀的系統框圖。
圖2為本發明的系統結構。
圖3為本發明的前面板結構。
圖4為本發明的后面板結構。
圖5為多功能測試軟件程序框圖。
圖6為手、腳綜合反應時測試軟件程序框圖。
如圖1所示，本發明的反應時測試儀由電子線路部分、顯示控制鍵盤部分、刺激信號源和反應開關部分和打印輸出部分所組成。此電子線路部分為儀器的心臟，由連接到單片機6上的輸入接口電路4，輸出接口電路5，地址鎖存器7，高精度時鐘信號發生器8，地址分配器9，程序存貯器及其所存貯的測試控制軟件10，顯示器和打印機接口電路11，系統電源12，系統復位電路13等相互連接而成。系統電源12給整個系統供給工作電源，復位電路13可使整個系統復位，這兩者是整個儀器的公用部分，因此和其他各部分電路相連接。來自控制鍵盤2和反應開關1的信號經輸入接口電路4送到單片機6，在單片機6的控制下，在程序存貯器所存貯的控制軟件的驅動下，信號在地址鎖存器7中鎖存后送到地址分配器9，再送至顯示器和打印機接口電路11，由高精度時鐘信號發生器8向單片6提供用于計時的時鐘信號。
顯示和控制鍵盤部分由LED顯示器15和操作控制鍵盤2所組成，LED顯示器15和接口電路11相連接，操作控制鍵盤2和輸入接口電路4相連接。
刺激源和反應開關部分由連接到輸出接口電路5上的刺激源信號發生器3和接插在該儀器后面板上的三個反應開關插孔38、39、40中的三個反應開關16、17、18所組成。
外接在接口電路11的打印機插口25上的微型打印機14組成打印輸出部分。
如圖2所示，本反應時測試儀由外接打印機14，儀器本體20，前面板21，后面板19，反應開關16，17，18和儀器的可變角度支架22所組成。
如圖3所示，本反應時測試儀的前面板21右上側裝有LED顯示器15，其左側為打印指示燈23，練習指示燈24，左下側為連接打印機14的打印機接插孔25，其右邊為控制鍵盤2，從左到右排列著6個控制鍵分別為復位鍵26、功能鍵27、打印鍵28、光標鍵29、設定鍵30、測試鍵31。使用時，此前面板朝向操作(測試)人員，顯示器和指示燈向操作人員指示出儀器的操作狀態和測試結果，控制鍵盤用于選擇各種操作功能并進行操作。
如圖4所示，本反應時測試儀的后面板19的上側兩邊為兩個保險器32、36，中間為刺激信號發生器3，由三個光刺激信號和一個聲音刺激信號所組成，三個光刺激信號為紅色刺激燈33，黃色刺激燈34，綠色刺激燈35，聲音刺激源為0.5kHz，1kHz，2kHz的聲音信號源。下邊兩側分別為電源插座37，電源開關41，中間為三個反應開關插孔38、39、40分別用于接插三個反應開關16、17、18。
在最佳實施方案中，單片機6采用INTEL8031單片機，高精度時鐘信號發生器8由高精度晶振(10-4～10-6)等器件所組成，光刺激信號源為發光二極管陣組成的快速發光的面發光器件，反應開關全部采用行程小于0.5mm的微動開關，也可以采用薄膜開關，即觸摸開關。
本發明的反應時測試儀是由存貯在程序存貯器10中的測試軟件驅動下實現測試功能的。圖5所示的軟件為多功能反應時控制軟件程序框圖，圖6所示為人的手、腳對紅、黃、綠三色光刺激信號的綜合反應時測試控制軟件框圖。
圖5所示的軟件設計成模塊化結構，主要分四大模塊一是初始化程序模塊;二是測試基本參數輸入程序模塊;三是各種功能執行程序模塊;四是測試結果數據處理和測試結果的顯示和打印程序模塊。初始化模塊程序從“0000H”開始，經設棧指針、單片機6的P1、P2口及接口11初始化，到定時器T0、T1及片內RAM初始化結束。測試基本參數輸入程序包括測試參數送顯示緩沖區和顯示緩沖區內容送顯顯示器、功能執行程序從“讀鍵盤”開始，按需要選擇執行26種測試功能鍵的功能，或打印，或移動光標或設定測試參數，或進行測試。這是程序的主體部分，本程序共設計了26種功能測試，每測試一次，就關閉定時器T0及其中斷，并將本次測試結果送到顯示器，此后接第四部分程序，對每次測試結果進行中斷數據處理，計算出平均值、標準偏差、最大值、最小值。每次按下測試鍵，都要整理片內RAM單元，每次測試結果數據處理后都要判斷設定次數是否完成，是否需要打印測試結果。
這套軟件所能完成的26種測試功能是1)紅色刺激信號的簡單反應時，刺激信號由操作者控制發出;
2)紅色刺激信號的簡單反應時，刺激信號由儀器自動發出;
3)黃色刺激信號的簡單反應時，刺激信號由操作者控制發出;
4)黃色刺激信號的簡單反應時，刺激信號由儀器自動發出;
5)綠色刺激信號的簡單反應時，刺激信號由操作者控制發出;
6)綠色刺激信號的簡單反應時，刺激信號由儀器自動發出;
7)1kHz聲音刺激信號的簡單反應時，刺激信號由操作者控制發出;
8)1kHz聲音刺激信號的簡單反應時，刺激信號由儀器自動發出;
9)紅、黃、綠色及1kHz聲音四種刺激信號同時發出時的簡單反應時，刺激信號由操作者控制發出;
10)紅、黃、綠色及1kHz聲音四種刺激信號同時發出時的簡單反應時，刺激信號由儀器自動發出;
以上10種為簡單反應時測試功能。
11)0.5kHz、1kHz、2kHz三種聲音刺激信號的選擇反應時，刺激信號由操作者控制發出;
12)0.5kHz、1kHz、2kHz三種聲音刺激信號的選擇反應時，刺激信號由儀器自動發出;
13)紅、黃、綠三種光刺激信號的選擇反應時，刺激信號由操作者控制發出;
14)紅、黃、綠三種光刺激信號的選擇反應時，刺激信號由儀器自動發出;
以上四種為選擇反應時測試。
15)紅色刺激信號的動作反應時，刺激信號由操作者控制發出;
16)紅色刺激信號的動作反應時，刺激信號由儀器自動發出;
17)黃色刺激信號的動作反應時，刺激信號由操作者控制發出;
18)黃色刺激信號的動作反應時，刺激信號由儀器自動發出;
19)綠色刺激信號的動作反應時，刺激信號由操作者控制發出;
20)綠色刺激信號的動作反應時，刺激信號由儀器自動發出;
21)1kHz聲音刺激信號的動作反應時，刺激信號由操作者控制發出;
22)1kHz聲音刺激信號的動作反應時，刺激信號由儀器自動控制發出;
23)紅、黃、綠色及1KHz聲音四種刺激信號同時發出時的動作反應時，刺激信號由操作者控制發出;
24)紅、黃、綠色及1kHz聲音四種刺激信號同時發出時的動作反應時，刺激信號由儀器自動發出;
15)以上10種功能為動作反應時的測試功能。
25)一位數碼刺激信號的跟蹤反應時;
26)八位數字串刺激信號的速示反應時。
在圖6所示的實施方案中，程序也是由四大部分組成，即初始化程序部分，測試基本參數輸入程序部分，測試功能部分，測試結果的數據處理及其顯示、打印程序部分。其中的第1、2、4部分和圖5所示的程序基本相似。測試功能部分只完成對人的右腳、左手、右手對隨機出現的紅、黃、綠三色光刺激信號的綜合反應時的測試。刺激信號的顏色及發出時間完全在程序中明確規定，由儀器自動控制，不受人工干預。
各種實施方案的測試結果都能顯示和打印出平均值、標準差、最大值、最小值以及編號、日期、次數等數據。
本發明的反應時測試儀在圖5所示的軟件驅動下的工作過程如下將電源插入電源插座37，按下電源開關41，系統電源12就為全系統供電，系統復位電路13開始工作，使系統復位。此后存貯在程序存貯器10中的軟件開始工作，從0000H地址開始執行。在系統電源接通的情況下，按復位鍵26，其效果與上述給電復位效果相同。接通電源后由高精度晶振(10-4～10-6)等器件組成的高精度時鐘信號發生器8為單片機6提供高精度時鐘信號，使系統能準確可靠地工作。從0000H地址開始執行初始化程序，使系統準備好接收從操作鍵盤2送來的指令信號。按功能鍵27，指令通過輸入接口電路4傳入單片機6。從所規定的26種功能中選擇所需的測試功能。所選的測試功能以兩位數字形式顯示在LED顯示器15上。選擇好功能后刺激信號的種類，刺激信號的發出形式(即由操作者發出還是由儀器自動發出)，所測反應時的種類(如簡單反應時、選擇反應時、動作反應時等)都已確定下來。按打印鍵28，設定測試結果是否打印如果是作練習，則練習指示燈24亮，結果不打印;如果打印指示燈23亮，則結果打印輸出。按光標鍵29和設定鍵30，把所需的測試參數輸入單片機6。測試參數包括被測人的編號、測試年、月、日及刺激信號出現次數。正確輸入測試功能、測試參數、測試結果、打印狀態后，按測試鍵31，儀器轉入測試狀態。刺激信號經單片機6的P3口輸出，經輸出接口電路5來驅動刺激信號發生器3發出刺激信號，被測人接到刺激信號后，立即按規定動作按動反應開關1。此開關信號經輸入接口電路4傳入單片機6，單片機6即把從發出刺激信號時刻起到反應開關1正確按下時刻止這段時間，通過對高精度時鐘信號發生器8所發出的時鐘信號進行分頻計數計算出來。這個時間就是所要測量的反應時。測量結果在單片機6的控制下，通過地址鎖存器7、地址分配器9及顯示器及打印機接口電路11送到顯示器15上顯示出來。每次測試結束，計算機都按程序對刺激信號發出次數進行判斷。如果已完成的測試次數和所設定的測試次數N相等，則單片機自動轉入對各測試數據的綜合統計處理，計算出N次測試的平均值、標準偏差、最大值、最小值，并把處理結果顯示和打印出來。
權利要求
1.一種反應時測試儀，其特征在于此測試儀由電子線路部分、顯示及控制鍵盤部分、刺激信號源及反應開關部分、刺激信號源及反應開關部分、打印輸出部分所組成，所說的電子線路部分由連接到單片機6上的輸入接口電路4，輸出接口電路5，地址鎖存器7，高精度時鐘信號發生器8，地址分配器9，程序存貯器及其所存貯的測試控制軟件10，顯示器和打印機接口電路11，系統電源12，系統復位電路13等相互連接而成，所說的顯示及控制鍵盤部分由LED顯示器15和操作鍵盤2所組成，顯示器15和接口電路11相連接，鍵盤2和輸入接口電路4相，連接所說的刺激源和反應開關部分由連接到輸出接口電路5上的刺激信號發生器3和接插在該儀器后面板上的三個反應開關插孔38、39、40中的三個反應開關16、17、18所組成，外接在接口電路11的打印機插口25上的微型打印機14組成打印輸出部分。
2.根據權利要求1所述的反應時測試儀，其特征在于所述的單片機6為INTEL8031單片機。
3.根據權利要求1所述的反應時測試儀，其特征在于所述的高精度時鐘信號發生器8由高精度晶振(10-4～10-6)所組成。
4.根據權利要求1所述反應時測試儀，其特征在于所述的控制鍵盤2為裝在儀器前面板在右側的6個控制鍵復位鍵26，功能鍵27，打印鍵28，光標鍵29，設定鍵30，測試鍵31。
5.根據權利要求1所述的反應時測試儀，其特征在于所述的刺激信號發生器3由三個光刺激源和一個聲音刺激源所組成，三個光刺激源為裝在儀器后面板上的紅色刺激燈33，黃色刺激燈34，綠色刺激燈35，聲音刺激源為0.5kHz，1kHZ，2kHz的聲音刺激源。
6.根據權利要求1和5所述的反應時測試儀，其特征在于所述的三個光刺激源均由發光二極管陣組成的快速發光的面發光器件所組成。
7.根據權利要求1所述的反應時測試儀，其特征在于所述的三個反應開關16、17、18均為行程小于0.5mm的微動開關。
8.根據權利要求1所述的反應時測試儀，其特征在于所述的三個反應開關16、17、18均為薄膜開關。
9.根據權利要求1所述的反應時測試儀，其特征在于述的控制軟件為模塊化結構軟件，主要分四大模塊(1)初始化程序模塊，從0000H地址開始，經設棧指針，單片機6的P1、P3口及接口電路11初始化，到定時器T0、T1及片內RAM初始化程序結束，(2)測試基本參數輸入程序模塊包括測試參數送顯示緩沖區和顯示緩沖區內容送顯示器，(3)測試功能執行程序模塊，從“讀鍵盤”開始，按需要選擇26種測試功能(包括四種簡單反應時，4種選擇反應時，10種動作反應時，一種跟蹤反應時和一種速示反應時)的一種，或移動光標，或進行打印，每進行一次測試，就關閉一次定時器T0及其中斷，并將本次測試結果送到顯示器顯示，(4)測試結果的數據處理、顯示及打印程序模塊，計算各次測試結果的平均值，標準偏差，最大值，最小值。
10.根據權利要求1和9所述的反應時測試儀，其特征在于所述的測試功能執行程序模塊完成對人的右腳，左手，右手對隨機出現的紅、黃、綠三色光刺激信號的綜合反應時的測試。
全文摘要
一種由電子線路部分、顯示及控制鍵盤部分、刺激源和反應開關部分及打印輸出部分所組成的反應時測試儀，以INTEL8031單片機為控制中心，由高精度時鐘信號發生器提供計時信號，采用發光二極管陣組成了快速發光的面發光器件作為光刺激源和頻率為0.5、1.0、2.0kHz的聲音刺激源，采用開關行程小于0.5mm的微動開關或者薄膜開關。在軟件的驅動下，本反應時測試儀既可以組成具有26種測試功能的多功能反應時測試儀，又可以構成單獨測試手、腳綜合反應時的測試儀。
文檔編號A61B5/16GK1059094SQ9110589
公開日1992年3月4日 申請日期1991年8月20日 優先權日1991年8月20日
發明者邱林, 劉敏 申請人:鞍山鋼鐵公司, 鞍山鋼鐵公司勞動衛生研究所