摘要：介紹了一種基于加速度傳感器ADXL105和無線數(shù)傳模塊的運動員起跑反應時測量系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。該系統(tǒng)通過以89C2051為核心的前端反應時測量裝置實時采集運動員的反應時，然后通過無線數(shù)傳模塊將運動員反應時傳送到PC機進行顯示，并對該反應時進行記錄處理，繪制成運動員反應時曲線圖。
關(guān)鍵詞：單片機 加速度傳感器 反應時 測量系統(tǒng) 無線數(shù)據(jù)傳輸
反應時是指刺激施于有機體之上到有機體明顯的反應開始所需要的時間，即刺激與反應之間的時間間隔。目前我國對運動員反應能力的測定，大多是通過簡單的聲光反應時測定儀，或者是通過計算機模塊測定儀對運動員進行反應能力的測試。但是這些測試方法受外界環(huán)境和人的主觀心理因素的影響較大，誤差大，不能準確客觀地反映運動員在運動中的神經(jīng)反應能力。
本文實現(xiàn)了一個研究并測量運動員（聽覺）神經(jīng)-運動反應時的系統(tǒng)，以提高運動員聽發(fā)令槍后的起跑速度。本測量系統(tǒng)所采用的方法在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，與之前的起跑反應時模擬測定儀相比，不但可以在運動場上直接、精確地測定運動員的起跑反應時，而且還可以對反應時進行分析和綜合，促進對運動員反應時的研究以及提高運動員的訓練水平，為運動員的選材和訓練提供科學的參考依據(jù)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其原理
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要實現(xiàn)（聽覺）神經(jīng)-運動反應時的測定。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動員起跑的時刻，并將運動員聽到發(fā)令槍到起跑所需要的時間，通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送到基站進行記錄和處理。本系統(tǒng)由反應時測定模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)記錄處理模塊三部分組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
反應時測定模塊是用單片機作為核心部件，再加上聲音傳感器和加速度傳感器檢測電路組成的。通過單片機的內(nèi)部計數(shù)器記錄運動員的起跑反應時并將記錄的數(shù)據(jù)按照一定的格式編碼，通過串行口發(fā)送到無線發(fā)送模塊與PC機，實現(xiàn)無線通信。
通信模塊主要完成無線數(shù)據(jù)的傳輸，用PTR2000無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)。
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)接收，并送到PC機構(gòu)成的基站進行處理、顯示和記錄。
1．2 系統(tǒng)設(shè)計基本原理
（1）測試準備和系統(tǒng)自檢
反應時測量模塊上設(shè)置一個按鈕，在每次測量前，按此按鈕后系統(tǒng)則開始自檢，通過單片機檢查與之相連的各個部件的狀態(tài)（如存儲器、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，將檢測到的各個部件的狀態(tài)發(fā)送到接收端，若接收收端接收到正常的信號，則通知可以開始測量；若接收不到正常信號，則必須檢查、測試系統(tǒng)，或者更換測量系統(tǒng)，直到接收端接收到正常的信號方可開始測量。

（2）數(shù)據(jù)采集
在系統(tǒng)自檢完成之后，若各個部件工作正常，就可以開始反應時的測量了。在聲音傳感器檢測到發(fā)令槍的聲音信號后計數(shù)器開始計數(shù)，并查詢加速度傳感器的信號，在檢測到加速度傳感器的信號后停止計數(shù)。將計數(shù)值保存在發(fā)送緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束。
（3）數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收
在單片機數(shù)據(jù)采集完成之后，即開始數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。將數(shù)據(jù)按照從高位到低位的順序發(fā)送。在發(fā)送之前，對采集的數(shù)據(jù)按照無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的要求進行編碼。然后將數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行發(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PC機進行處理和顯示。
（4）數(shù)據(jù)的處理和顯示
由PC機構(gòu)成的基站從RS-232串行接口接收到數(shù)據(jù)后，通過運動員起跑反應時處理軟件進行數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示和分析。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
從硬件角度看，系統(tǒng)可以分成單片機模塊、聲音檢測模塊、運動檢測模塊和無線數(shù)傳模塊等幾部分，下面分別給予介紹。
2．1 單片機模塊的設(shè)計
在本系統(tǒng)中，考慮到反應時測量裝置是安裝在運動員小腿上，對輸入輸出口數(shù)量的需求不多，因此選擇體積小、功耗小的單片機作為本系統(tǒng)的前端數(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AT89C2051。

2．2 聲音檢測模塊的設(shè)計
（1）聲音傳感器的選擇
聲音檢測是本系統(tǒng)設(shè)計中的一個關(guān)鍵部分。聲音檢測作為測量的開始，要求既具有較好的靈敏度又具有較好的抗干擾能力。
駐極體傳聲器是一種微型聲電換能器，這種傳聲器具有靈敏度較高、頻率響應范圍寬和何種小等優(yōu)點。本系統(tǒng)中選用駐極體話筒作為聲音傳感器，用其將聲音信號變換成電信號。
（2）聲音檢測模塊的設(shè)計
聲音檢測模塊設(shè)計的重點和難點是濾除噪音信號。當檢測到發(fā)令槍槍聲時產(chǎn)生一個脈沖信號，單片機識別后計數(shù)器開始計數(shù)。在此模塊的設(shè)計過程中，經(jīng)過多次的實驗，最終確定了本模塊的電路和相關(guān)參數(shù)。
本系統(tǒng)聲音檢測功能的實現(xiàn)采取的是幅度比較法。因為發(fā)令