专利名称：搏击类运动员综合能力测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于体育运动训练仪器领域，涉及一种可用于实现对搏击类运动员综合能力进行定量测试的仪器。
竞技体育项目中的搏击类项目如拳击、跆拳道、散手等项目对运动员应具有的包括反应能力(又称应答能力)、击打力量、击打频率以及单位时间有效击打次数等方面的专业综合能力水平有着较高的要求。长期以来，搏击类项目界对运动员综合能力的训练、评价及测试主要都是由教练员或有关测试人员通过人工观察和估算的方式来衡量的，不仅费时、准确性差，而且常带有主观因素等弊端，缺乏科学的度量依据，这些弊端目前已成为制约搏击类运动项目训练、选材及科学发展的一个重要因素。
本实用新型的目的在于根据本领域现有状况的缺陷，研制设计一种结构简单、操作方便、能快速、准确、客观并定量地显示受训(试)运动员各项专业能力的搏击类运动员综合能力测试仪。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的所提供搏击类运动员综合能力测试仪由微机控制装置和供运动员击打的目标模具(靶具)组成，其中微机控制装置包括单片机以及挂接在该单片机外围的译码显示屏和本机键盘；在目标模具上分布设有由n只并联电发光体D1～Dn构成的随机击打点和一个由测力传感器L构成的测力击打点；在目标模具内设有与单片机挂接的模具电路，所说的模具电路由译码电路、编码电路和传感器信号采集保持电路组成，内中译码电路的输入端接单片机，输出端与目标模具上并联电发光体D1～Dn的一端连接，编码电路的输入端通过一组由设于目标模具内的n只并联电键S1～Sn构成的开关连接至并联电发光体D1～Dn的另一端，输出端接单片机，传感器信号采集保持电路的输入端与测力传感器L相连，输出端接单片机。
根据以上设计方案研制的仪器可以客观、准确并方便地测试运动员的反应能力、命中率(单位时间内有效击中次数)、击打力量及击打频率等技术指标。使用中，用户通过本机键盘选择工作模式和设定测试参数(如速度、力度、次数等)，并通过微机控制装置给目标模具上各发光体击打点无规律地发出随机击打信号，或给测力击打点L有效击打信号。当仪器用于对运动员反应能力及命中率等指标进行测试时，目标模具上各击打点即电发光体D1～Dn的随机信号由单片机程序产生，随机点发光时运动员即可击打，当发出光亮信号的击打点受到打击后，目标模具中相应的电键开关将击中该随机点的信号返回微机控制装置，由单片机统计击中次数并予以累加记分；若发出光亮信号的击打点未受到击打或无信号发出的击打点被击中，则不记分或少记分，这样通过一定时间内记分的多少，便可客观、准确地反映出受训(试)运动员反应能力及命中目标能力的水平。当该仪器用于测试运动员击打力量和击打频率时，运动员用力击打目标模具上装有传感器L的测力击打点，由传感器L把力变为电信号，再通过传感器信号采集保持电路中A/D转换器将电信号变为数字信号，最后由单片机处理后得到测试结果并显示在本机显示屏上或将数据传送到高级机。除上述测试功能外，利用仪器中传感器和传感器信号采集保持电路的结构设置，该测试仪还具有现场称重的功能。
以下将结合文后附图对本使用新型内容做进一步说明。
图1为本实用新型的一个具体实施例的电路原理框图。
图2为该实施例结构中微机控制装置与编码及译码电路的电气联线示意图。
图3为该实施例结构中传感器信号采集保持电路的电路原理框图。
图4为传感器信号采集保持电路的电气联线示意图。
参照附图，本实用新型所述测试仪中的微机控制装置3以单片机AT89C51为核心，在它的外围挂接了LCD液晶显示屏2和本机键盘1；目标模具4为供运动员击打的靶体，在目标模具4上分布设有n(n＝1、2、3...)只用于表示随机击打点且相互并联的发光二极管(电发光体)D1～Dn和一个内设测力传感器L的测力击打点，在目标模具4内设有数目与随机击打点数相同且相互并联的n只开关S1～Sn，同时在目标模具4内还设有与AT89C51单片机挂接的模具电路，该模具电路由用于为发光二极管D1～Dn实现译码的译码电路41、用于对开关S1～Sn进行编码的编码电路42和用于实现运动员击打力量采集的传感器信号采集保持电路43三部分组成。具体实施中，发光二极管的只数与开关的只数相等，其数值n的选值范围为4～12。
图2所示电路为该测试仪的实现反应能力测试部分的电气联线结构，图中并联发光二极管和并联开关的只数n均为八只，D1～D8的阳极端通过电阻R9与S1～S8的一个共端相联；译码电路41采用74LS138译码器，它的八个输出端分别接八只发光二极管D1～D8的阴极，驱动发光二极管发光，三个数据输入端分别接AT89C51单片机的P2.0、P2.1和P2.2端，为了避免74LS138译码器操作时由于口线状态不对而产生发光二极管显示错误的现象，74LS138译码器的使能端被接到了单片机的P23端，在不对74LS138译码器操作时使发光二极管D1～D8全部熄灭；编码电路42采用74LS148编码器，它的八个输入端引脚分别与八只开关S1～S8的另一共端相联，为了使开关未闭合时74LS138译码器不处于不确定状态，这八个引脚都分别加了上拉电阻R1～R8，74LS148编码器的GS端表示是否有开关闭合，当有开关闭合时此端为低电平，刚好与单片机的中断相连，74LS148编码器的三个数据输出端分别接AT89C51单片机的P2.4、P2.5和P2.6端。为了保证测试的公正性和科学性，仪器中发光二极管的随机信号必须有足够的随机特性，由于AT89C51单片机内存单元的内容在加电时是随机的，因此可利用任意单元的值作为产生随机数的种子，这样产生了一个伪随机系列，驱动发光二极管产生随机击打点。
图3所示为该测试仪中传感器信号采集保持电路43的电路原理结构，它用于实现对运动员击打力量和击打频率等指标的测试，同时兼具有500公斤以内的称重功能。该电路由差动放大电路43a、反向微分电路43b、R-S触发器43c、电压保持电路43d和A/D转换电路43e组成，由测力传感器L发出的信号进入差动放大电路43a后分为两路，一路经反向微分电路43b和R-S触发器43c进入单片机3，另一路经电压保持电路43d和A/D转换电路43e后进入单片机3。传感器信号采集保持电路43的一种电气联线结构如附图4所示。图中测力传感器L采用GGC-16型电阻应变式传感器，传感信号为差动输出。高精度运放器IC4、IC5和IC6与电位器W2、W3和W4构成了差动放大电路43a，其中运放器IC4、IC5和IC6采用LF356器件，W2、W3和W4为调零电位器，调节该级输出的零点。差动放大电路43a输出的信号分为两路，第一路接入由运放器IC2和电阻R10、R11、电容C1、C2及二极管D9、D10等构成的反向微分电路43b。由于运动员击打传感器L的力量是一个由小变大的过程，若对其求微分，则力量增大时值为正，力量减小时值为负，力量变化得越快，则结果的绝对值越大。由于本实用新型仪器中采用的微分电路为反向形式，即当输入信号由大变小时输出信号为正，输出电压
，适当调节R10、C2即可在传感器受力最大时刻后的一定时刻使IC2输出得到一个“已有有效击打”的电平信号，此信号可告知后续的电平保持电路保持该信号，以备进行A/D转换。运放器IC2采用LF356器件，其输出的信号经电阻R11限流和二极管D9、D10钳位，使“已有有效击打”信号变为CMOS数字电路可接受的电平信号，此信号送到由CD4043器件构成的R-S触发器43c的一个S端，当R-S触发器43c的R端(接AT89C51单片机的P1.5端)为低电平时，“已有有效击打”信号将使R-S触发器43c的输出(CONT)为高电平，CONT信号将告知AT89C51单片机3和电压保持电路43d对传感器的信号进行保持和A/D转换。由差动放大电路43a输出的第二路信号经电位器W1接由模拟开关CD4053、电容C3、运放器IC3、二极管D11及三极管Q1等构成的电压保持电路43d，当R-S触发器43c的CONT信号为低电平时，模拟开关CD4053的X与Xo接通，运放IC3只起电压跟随及降低输出阻抗的作用，当CONT信号为高电平时，CD4053的X与Xo断开，IC3便对电容C3的电压保持。运放IC3的输出端通过三极管Q1接A/D转换电路43e，电路中，运放IC3采用高阻输入的LF356器件，使电压保持的时间足以使A/D转换电路43e进行A/D转换；二极管D11用于对负电压钳位，以保护A/D转换电路43e；A/D转换电路43e采用TLC1549器件，它的CLK、DATA、CS端分别接AT89C51单片机3的P1.3、P1.4、P1.2端。AT89C51单片机3接到A/D转换信号并完成数据的运算及统计处理后得到测试结果，将其显示在本机液晶显示屏2上或将数据传送到高级机。AT89C51单片机完成A/D转换后给P1.5端一个下降沿信号，此信号使CONT变成低电平，准备进行下一次信号采集。通过以上所述的电路工作形式即可实现对运动员击打力量的测试。该仪器在用于测试单位时间内有效击打次数时，单片机程序通过定时器中断产生10～30秒定时，在此期间让运动员以尽可能快的速度击打传感器L，单片机程序将判断每一次击打是否有效(击打力量是否大于某一值，如20kg)，并对有效击打进行计数，测试结束后通过显示屏显示出运动员在此期间的有效击打次数。本实用新型实施结构中所用的测力传感器L为一副内装有电阻应变式传感器的可拆装板式联线构件，该构件附装在目标模具4上时可用于对运动员击打力量和击打频率等项目的测试，该构件板体部分自目标模具4上分离并平放于地后可直接用于载承物体称重。在实现称重功能时，单片机只需对传感器的信号连续地进行A/D转换，不需要信号的峰值采集及保持，这时只要将单片机接R-S触发器43c的R端的P1.5端置为高电平，则CONT便始终为低电平，这样电压保持电路43d将只其电压跟随和降低阻抗的作用。
除了以上所介绍的功能外，为了能方便地对搏击类运动员的各项指标进行统计，在该仪器上还兼设计有计算机接口，通过此接口可将运动员的各项测试结果传到计算机，由计算机进行统计。计算机程序为一基于Windows95平台的运动员成绩管理系统软件，它可以在测试过程中实施地记录各运动员的成绩，并具有排序、检索、打印成绩册表等项功能。
在实际制作结构上，目标模具4也可根据不同的测试项目分立而设，如将目标模具分为两部分，包括一个其上分布设有由n只并联电发光体D1～Dn构成的随机击打点的反应测试目标模具和一个其上设有传感器测力击打点的力量测试目标模具，在反应测试目标模具内设有与单片机3挂接的由译码电路41和编码电路42组成的反应测试模具电路，在力量测试目标模具中设有与单片机3挂接的由传感器信号采集保持电路43构成的力量测试模具电路。实用时，两个目标模具分立设置，通过各自所带的插接联线器与单片机3连接。
本实用新型中，AT89C51单片机3为测试仪的控制和运算的核心，单片机在完成各项初始化后，由用户通过本机键盘1选择测试内容及测试参数，如模式、时间、次数等。实际应用中，该测试仪主要由以下五种工作方式一、实际反应时间测试在这种方式下，目标模具4上的击打部位指示灯以预定的速度随机点亮，运动员观察到哪个部位灯亮就必须作出反应击打相应部位，若在规定时间内击中，则为一次有效击打，测试仪记录从灯亮到击中目标的时间间隙，如此反复，一直到预定次数为止，最后由显示屏显示有效击打的时间累加的结果，时间越短，说明运动员的反应能力越强。
二、命中率测试测试方法类同方式一，最后显示结果为总有效击打次数，设随机灯亮次数为n，有效击中次数为m，则命中率r＝m/n，r值越高，说明运动员的反应能力越强。
三、称重测试如前所述，在此方式下，该测试仪为一500公斤重程的秤，可用于划分运动员的重量级别。
四、击打力量测试测试时，让运动员用力击打目标模具4上的测力传感器击打点，运动员每击打一次传感器，仪器就会显示这一次击打的力量。
五、击打频率(单位时间击打次数)测试在单位计时时间(如10～30秒)内让运动员连续击打传感器击打点，并要求运动员击打力量大于某一值(20kg)，大于此力值的击打记为一次有效击打，并记录全部计时时间内的有效击打次数。
本实用新型所述测试仪产品的推出，将以往本专业领域对拳击、散手、跆拳道等格斗项目运动员综合能力的模糊评估引入了科学的定量测试，为这些项目的选材、招生、考试以及训练方法、训练量、训练过程中产生疲劳与疲劳恢复程度均提供了科学评估的依据。在实施结构设计上，该测试仪可采用积木化的结构，目标模具与主机分开，一台主机可配上不同形状的目标模具，如人体上半身形态模具，脚靶模具等，使之更具灵活性，以符合比赛实战要求并适应不同项目的测试和训练。改测试仪还可作为体育俱乐部或游乐场所的游戏设备，此时可将目标模具设计成顽皮憨态的卡通或动物等形态，从而使之具有更大的市场经济价值。
权利要求1.一种搏击类运动员综合能力测试仪，由微机控制装置和供运动员击打的目标模具(4)组成，其特征是微机控制装置包括单片机(3)以及挂接在单片机(3)外围的译码显示屏(2)和本机键盘(1)；在目标模具(4)上分布设有由n只并联电发光体D1～Dn构成的随机击打点和一个由测力传感器L构成的测力击打点；在目标模具(4)内设有与单片机(3)挂接的模具电路，所说的模具电路由译码电路(41)、编码电路(42)和传感器信号采集保持电路(43)组成，其中译码电路(41)的输入端接单片机(3)，输出端与并联电发光体D1～Dn的一端连接，编码电路(42)输入端通过一组由n只并联电键S1～Sn构成的开关连接至并联电发光体D1～Dn的另一端，输出端接单片机(3)，传感器信号采集保持电路(43)的输入端与测力传感器L相连，输出端接单片机(3)。
2.如权利要求1所述的搏击类运动员综合能力测试仪，其特征是传感器信号采集保持电路(43)由差动放大电路(43a)、反向微分电路(43b)、R-S触发器(43c)、电压保持电路(43d)和A/D转换电路(43e)组成，由测力传感器L发出的信号进入差动放大电路(43a)后分为两路，一路经反向微分电路(43b)和R-S触发器(43c)进入单片机(3)，另一路经电压保持电路(43d)和A/D转换电路(43e)后进入单片机(3)。
3.如权利要求1或2所述的搏击类运动员综合能力测试仪，其特征是目标模具(4)包括一个其上分布设有由n只并联电发光体D1～Dn构成的随机击打点的反应测试目标模具和一个其上设有传感器测力击打点的力量测试目标模具，在反应测试目标模具内设有与单片机(3)挂接的由译码电路(41)和编码电路(42)组成的反应测试模具电路，在力量测试目标模具中设有与单片机(3)挂接的由传感器信号采集保持电路(43)构成的力量测试模具电路。
4.如权利要求1或2所述的搏击类运动员综合能力测试仪，其特征是测力传感器L为一副内装有电阻应变式传感器的可拆装板式联线构件。
5.如权利要求3所述的搏击类运动员综合能力测试仪，其特征是测力传感器L为一副内装有电阻应变式传感器的可拆装联线板式构件。
6.如权利要求1所述的搏击类运动员综合能力测试仪，其特征是在目标模具(4)内所设并联电发光体的只数与并联电键的只数相同，n＝4～12。
专利摘要一种可实现对搏击类运动员综合能力进行定量测试的仪器,由外围带有显示屏及键盘的单片机和目标模具组成,在目标模具上设有由n只并联电发光体构成的随机击打点和一个测力传感器击打点;在目标模具内设有与单片机挂接的由译码、编码和传感器信号采集保持电路组成的模具电路。工作时,各击打点信号由单片机程序产生,通过运动员击打目标模具,模具电路将信号返回单片机,由其加以统计计数后在显示屏上实时显示或将数据传给高级机。
文档编号A61B5/22GK2357685SQ9823295
公开日2000年1月12日 申请日期1998年8月25日 优先权日1998年8月25日
发明者陈亚斌, 曹丽娜, 白鸿顺, 卫强, 谈毅 申请人:西安体育学院