專利名稱：搏擊類運動員綜合能力測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于體育運動訓練儀器領域，涉及一種可用于實現(xiàn)對搏擊類運動員綜合能力進行定量測試的儀器。
競技體育項目中的搏擊類項目如拳擊、跆拳道、散手等項目對運動員應具有的包括反應能力(又稱應答能力)、擊打力量、擊打頻率以及單位時間有效擊打次數(shù)等方面的專業(yè)綜合能力水平有著較高的要求。長期以來，搏擊類項目界對運動員綜合能力的訓練、評價及測試主要都是由教練員或有關測試人員通過人工觀察和估算的方式來衡量的，不僅費時、準確性差，而且常帶有主觀因素等弊端，缺乏科學的度量依據(jù)，這些弊端目前已成為制約搏擊類運動項目訓練、選材及科學發(fā)展的一個重要因素。
本實用新型的目的在于根據(jù)本領域現(xiàn)有狀況的缺陷，研制設計一種結構簡單、操作方便、能快速、準確、客觀并定量地顯示受訓(試)運動員各項專業(yè)能力的搏擊類運動員綜合能力測試儀。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的而采用的技術解決方案是這樣的所提供搏擊類運動員綜合能力測試儀由微機控制裝置和供運動員擊打的目標模具(靶具)組成，其中微機控制裝置包括單片機以及掛接在該單片機外圍的譯碼顯示屏和本機鍵盤；在目標模具上分布設有由n只并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn構成的隨機擊打點和一個由測力傳感器L構成的測力擊打點；在目標模具內設有與單片機掛接的模具電路，所說的模具電路由譯碼電路、編碼電路和傳感器信號采集保持電路組成，內中譯碼電路的輸入端接單片機，輸出端與目標模具上并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn的一端連接，編碼電路的輸入端通過一組由設于目標模具內的n只并聯(lián)電鍵S1～Sn構成的開關連接至并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn的另一端，輸出端接單片機，傳感器信號采集保持電路的輸入端與測力傳感器L相連，輸出端接單片機。
根據(jù)以上設計方案研制的儀器可以客觀、準確并方便地測試運動員的反應能力、命中率(單位時間內有效擊中次數(shù))、擊打力量及擊打頻率等技術指標。使用中，用戶通過本機鍵盤選擇工作模式和設定測試參數(shù)(如速度、力度、次數(shù)等)，并通過微機控制裝置給目標模具上各發(fā)光體擊打點無規(guī)律地發(fā)出隨機擊打信號，或給測力擊打點L有效擊打信號。當儀器用于對運動員反應能力及命中率等指標進行測試時，目標模具上各擊打點即電發(fā)光體D1～Dn的隨機信號由單片機程序產生，隨機點發(fā)光時運動員即可擊打，當發(fā)出光亮信號的擊打點受到打擊后，目標模具中相應的電鍵開關將擊中該隨機點的信號返回微機控制裝置，由單片機統(tǒng)計擊中次數(shù)并予以累加記分；若發(fā)出光亮信號的擊打點未受到擊打或無信號發(fā)出的擊打點被擊中，則不記分或少記分，這樣通過一定時間內記分的多少，便可客觀、準確地反映出受訓(試)運動員反應能力及命中目標能力的水平。當該儀器用于測試運動員擊打力量和擊打頻率時，運動員用力擊打目標模具上裝有傳感器L的測力擊打點，由傳感器L把力變?yōu)殡娦盘?，再通過傳感器信號采集保持電路中A/D轉換器將電信號變?yōu)閿?shù)字信號，最后由單片機處理后得到測試結果并顯示在本機顯示屏上或將數(shù)據(jù)傳送到高級機。除上述測試功能外，利用儀器中傳感器和傳感器信號采集保持電路的結構設置，該測試儀還具有現(xiàn)場稱重的功能。
以下將結合文后附圖對本使用新型內容做進一步說明。


圖1為本實用新型的一個具體實施例的電路原理框圖。
圖2為該實施例結構中微機控制裝置與編碼及譯碼電路的電氣聯(lián)線示意圖。
圖3為該實施例結構中傳感器信號采集保持電路的電路原理框圖。
圖4為傳感器信號采集保持電路的電氣聯(lián)線示意圖。
參照附圖，本實用新型所述測試儀中的微機控制裝置3以單片機AT89C51為核心，在它的外圍掛接了LCD液晶顯示屏2和本機鍵盤1；目標模具4為供運動員擊打的靶體，在目標模具4上分布設有n(n＝1、2、3...)只用于表示隨機擊打點且相互并聯(lián)的發(fā)光二極管(電發(fā)光體)D1～Dn和一個內設測力傳感器L的測力擊打點，在目標模具4內設有數(shù)目與隨機擊打點數(shù)相同且相互并聯(lián)的n只開關S1～Sn，同時在目標模具4內還設有與AT89C51單片機掛接的模具電路，該模具電路由用于為發(fā)光二極管D1～Dn實現(xiàn)譯碼的譯碼電路41、用于對開關S1～Sn進行編碼的編碼電路42和用于實現(xiàn)運動員擊打力量采集的傳感器信號采集保持電路43三部分組成。具體實施中，發(fā)光二極管的只數(shù)與開關的只數(shù)相等，其數(shù)值n的選值范圍為4～12。
圖2所示電路為該測試儀的實現(xiàn)反應能力測試部分的電氣聯(lián)線結構，圖中并聯(lián)發(fā)光二極管和并聯(lián)開關的只數(shù)n均為八只，D1～D8的陽極端通過電阻R9與S1～S8的一個共端相聯(lián)；譯碼電路41采用74LS138譯碼器，它的八個輸出端分別接八只發(fā)光二極管D1～D8的陰極，驅動發(fā)光二極管發(fā)光，三個數(shù)據(jù)輸入端分別接AT89C51單片機的P2.0、P2.1和P2.2端，為了避免74LS138譯碼器操作時由于口線狀態(tài)不對而產生發(fā)光二極管顯示錯誤的現(xiàn)象，74LS138譯碼器的使能端被接到了單片機的P23端，在不對74LS138譯碼器操作時使發(fā)光二極管D1～D8全部熄滅；編碼電路42采用74LS148編碼器，它的八個輸入端引腳分別與八只開關S1～S8的另一共端相聯(lián)，為了使開關未閉合時74LS138譯碼器不處于不確定狀態(tài)，這八個引腳都分別加了上拉電阻R1～R8，74LS148編碼器的GS端表示是否有開關閉合，當有開關閉合時此端為低電平，剛好與單片機的中斷相連，74LS148編碼器的三個數(shù)據(jù)輸出端分別接AT89C51單片機的P2.4、P2.5和P2.6端。為了保證測試的公正性和科學性，儀器中發(fā)光二極管的隨機信號必須有足夠的隨機特性，由于AT89C51單片機內存單元的內容在加電時是隨機的，因此可利用任意單元的值作為產生隨機數(shù)的種子，這樣產生了一個偽隨機系列，驅動發(fā)光二極管產生隨機擊打點。
圖3所示為該測試儀中傳感器信號采集保持電路43的電路原理結構，它用于實現(xiàn)對運動員擊打力量和擊打頻率等指標的測試，同時兼具有500公斤以內的稱重功能。該電路由差動放大電路43a、反向微分電路43b、R-S觸發(fā)器43c、電壓保持電路43d和A/D轉換電路43e組成，由測力傳感器L發(fā)出的信號進入差動放大電路43a后分為兩路，一路經(jīng)反向微分電路43b和R-S觸發(fā)器43c進入單片機3，另一路經(jīng)電壓保持電路43d和A/D轉換電路43e后進入單片機3。傳感器信號采集保持電路43的一種電氣聯(lián)線結構如附圖4所示。圖中測力傳感器L采用GGC-16型電阻應變式傳感器，傳感信號為差動輸出。高精度運放器IC4、IC5和IC6與電位器W2、W3和W4構成了差動放大電路43a，其中運放器IC4、IC5和IC6采用LF356器件，W2、W3和W4為調零電位器，調節(jié)該級輸出的零點。差動放大電路43a輸出的信號分為兩路，第一路接入由運放器IC2和電阻R10、R11、電容C1、C2及二極管D9、D10等構成的反向微分電路43b。由于運動員擊打傳感器L的力量是一個由小變大的過程，若對其求微分，則力量增大時值為正，力量減小時值為負，力量變化得越快，則結果的絕對值越大。由于本實用新型儀器中采用的微分電路為反向形式，即當輸入信號由大變小時輸出信號為正，輸出電壓
，適當調節(jié)R10、C2即可在傳感器受力最大時刻后的一定時刻使IC2輸出得到一個“已有有效擊打”的電平信號，此信號可告知后續(xù)的電平保持電路保持該信號，以備進行A/D轉換。運放器IC2采用LF356器件，其輸出的信號經(jīng)電阻R11限流和二極管D9、D10鉗位，使“已有有效擊打”信號變?yōu)镃MOS數(shù)字電路可接受的電平信號，此信號送到由CD4043器件構成的R-S觸發(fā)器43c的一個S端，當R-S觸發(fā)器43c的R端(接AT89C51單片機的P1.5端)為低電平時，“已有有效擊打”信號將使R-S觸發(fā)器43c的輸出(CONT)為高電平，CONT信號將告知AT89C51單片機3和電壓保持電路43d對傳感器的信號進行保持和A/D轉換。由差動放大電路43a輸出的第二路信號經(jīng)電位器W1接由模擬開關CD4053、電容C3、運放器IC3、二極管D11及三極管Q1等構成的電壓保持電路43d，當R-S觸發(fā)器43c的CONT信號為低電平時，模擬開關CD4053的X與Xo接通，運放IC3只起電壓跟隨及降低輸出阻抗的作用，當CONT信號為高電平時，CD4053的X與Xo斷開，IC3便對電容C3的電壓保持。運放IC3的輸出端通過三極管Q1接A/D轉換電路43e，電路中，運放IC3采用高阻輸入的LF356器件，使電壓保持的時間足以使A/D轉換電路43e進行A/D轉換；二極管D11用于對負電壓鉗位，以保護A/D轉換電路43e；A/D轉換電路43e采用TLC1549器件，它的CLK、DATA、CS端分別接AT89C51單片機3的P1.3、P1.4、P1.2端。AT89C51單片機3接到A/D轉換信號并完成數(shù)據(jù)的運算及統(tǒng)計處理后得到測試結果，將其顯示在本機液晶顯示屏2上或將數(shù)據(jù)傳送到高級機。AT89C51單片機完成A/D轉換后給P1.5端一個下降沿信號，此信號使CONT變成低電平，準備進行下一次信號采集。通過以上所述的電路工作形式即可實現(xiàn)對運動員擊打力量的測試。該儀器在用于測試單位時間內有效擊打次數(shù)時，單片機程序通過定時器中斷產生10～30秒定時，在此期間讓運動員以盡可能快的速度擊打傳感器L，單片機程序將判斷每一次擊打是否有效(擊打力量是否大于某一值，如20kg)，并對有效擊打進行計數(shù)，測試結束后通過顯示屏顯示出運動員在此期間的有效擊打次數(shù)。本實用新型實施結構中所用的測力傳感器L為一副內裝有電阻應變式傳感器的可拆裝板式聯(lián)線構件，該構件附裝在目標模具4上時可用于對運動員擊打力量和擊打頻率等項目的測試，該構件板體部分自目標模具4上分離并平放于地后可直接用于載承物體稱重。在實現(xiàn)稱重功能時，單片機只需對傳感器的信號連續(xù)地進行A/D轉換，不需要信號的峰值采集及保持，這時只要將單片機接R-S觸發(fā)器43c的R端的P1.5端置為高電平，則CONT便始終為低電平，這樣電壓保持電路43d將只其電壓跟隨和降低阻抗的作用。
除了以上所介紹的功能外，為了能方便地對搏擊類運動員的各項指標進行統(tǒng)計，在該儀器上還兼設計有計算機接口，通過此接口可將運動員的各項測試結果傳到計算機，由計算機進行統(tǒng)計。計算機程序為一基于Windows95平臺的運動員成績管理系統(tǒng)軟件，它可以在測試過程中實施地記錄各運動員的成績，并具有排序、檢索、打印成績冊表等項功能。
在實際制作結構上，目標模具4也可根據(jù)不同的測試項目分立而設，如將目標模具分為兩部分，包括一個其上分布設有由n只并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn構成的隨機擊打點的反應測試目標模具和一個其上設有傳感器測力擊打點的力量測試目標模具，在反應測試目標模具內設有與單片機3掛接的由譯碼電路41和編碼電路42組成的反應測試模具電路，在力量測試目標模具中設有與單片機3掛接的由傳感器信號采集保持電路43構成的力量測試模具電路。實用時，兩個目標模具分立設置，通過各自所帶的插接聯(lián)線器與單片機3連接。
本實用新型中，AT89C51單片機3為測試儀的控制和運算的核心，單片機在完成各項初始化后，由用戶通過本機鍵盤1選擇測試內容及測試參數(shù)，如模式、時間、次數(shù)等。實際應用中，該測試儀主要由以下五種工作方式一、實際反應時間測試在這種方式下，目標模具4上的擊打部位指示燈以預定的速度隨機點亮，運動員觀察到哪個部位燈亮就必須作出反應擊打相應部位，若在規(guī)定時間內擊中，則為一次有效擊打，測試儀記錄從燈亮到擊中目標的時間間隙，如此反復，一直到預定次數(shù)為止，最后由顯示屏顯示有效擊打的時間累加的結果，時間越短，說明運動員的反應能力越強。
二、命中率測試測試方法類同方式一，最后顯示結果為總有效擊打次數(shù)，設隨機燈亮次數(shù)為n，有效擊中次數(shù)為m，則命中率r＝m/n，r值越高，說明運動員的反應能力越強。
三、稱重測試如前所述，在此方式下，該測試儀為一500公斤重程的秤，可用于劃分運動員的重量級別。
四、擊打力量測試測試時，讓運動員用力擊打目標模具4上的測力傳感器擊打點，運動員每擊打一次傳感器，儀器就會顯示這一次擊打的力量。
五、擊打頻率(單位時間擊打次數(shù))測試在單位計時時間(如10～30秒)內讓運動員連續(xù)擊打傳感器擊打點，并要求運動員擊打力量大于某一值(20kg)，大于此力值的擊打記為一次有效擊打，并記錄全部計時時間內的有效擊打次數(shù)。
本實用新型所述測試儀產品的推出，將以往本專業(yè)領域對拳擊、散手、跆拳道等格斗項目運動員綜合能力的模糊評估引入了科學的定量測試，為這些項目的選材、招生、考試以及訓練方法、訓練量、訓練過程中產生疲勞與疲勞恢復程度均提供了科學評估的依據(jù)。在實施結構設計上，該測試儀可采用積木化的結構，目標模具與主機分開，一臺主機可配上不同形狀的目標模具，如人體上半身形態(tài)模具，腳靶模具等，使之更具靈活性，以符合比賽實戰(zhàn)要求并適應不同項目的測試和訓練。改測試儀還可作為體育俱樂部或游樂場所的游戲設備，此時可將目標模具設計成頑皮憨態(tài)的卡通或動物等形態(tài)，從而使之具有更大的市場經(jīng)濟價值。
權利要求1.一種搏擊類運動員綜合能力測試儀，由微機控制裝置和供運動員擊打的目標模具(4)組成，其特征是微機控制裝置包括單片機(3)以及掛接在單片機(3)外圍的譯碼顯示屏(2)和本機鍵盤(1)；在目標模具(4)上分布設有由n只并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn構成的隨機擊打點和一個由測力傳感器L構成的測力擊打點；在目標模具(4)內設有與單片機(3)掛接的模具電路，所說的模具電路由譯碼電路(41)、編碼電路(42)和傳感器信號采集保持電路(43)組成，其中譯碼電路(41)的輸入端接單片機(3)，輸出端與并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn的一端連接，編碼電路(42)輸入端通過一組由n只并聯(lián)電鍵S1～Sn構成的開關連接至并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn的另一端，輸出端接單片機(3)，傳感器信號采集保持電路(43)的輸入端與測力傳感器L相連，輸出端接單片機(3)。
2.如權利要求1所述的搏擊類運動員綜合能力測試儀，其特征是傳感器信號采集保持電路(43)由差動放大電路(43a)、反向微分電路(43b)、R-S觸發(fā)器(43c)、電壓保持電路(43d)和A/D轉換電路(43e)組成，由測力傳感器L發(fā)出的信號進入差動放大電路(43a)后分為兩路，一路經(jīng)反向微分電路(43b)和R-S觸發(fā)器(43c)進入單片機(3)，另一路經(jīng)電壓保持電路(43d)和A/D轉換電路(43e)后進入單片機(3)。
3.如權利要求1或2所述的搏擊類運動員綜合能力測試儀，其特征是目標模具(4)包括一個其上分布設有由n只并聯(lián)電發(fā)光體D1～Dn構成的隨機擊打點的反應測試目標模具和一個其上設有傳感器測力擊打點的力量測試目標模具，在反應測試目標模具內設有與單片機(3)掛接的由譯碼電路(41)和編碼電路(42)組成的反應測試模具電路，在力量測試目標模具中設有與單片機(3)掛接的由傳感器信號采集保持電路(43)構成的力量測試模具電路。
4.如權利要求1或2所述的搏擊類運動員綜合能力測試儀，其特征是測力傳感器L為一副內裝有電阻應變式傳感器的可拆裝板式聯(lián)線構件。
5.如權利要求3所述的搏擊類運動員綜合能力測試儀，其特征是測力傳感器L為一副內裝有電阻應變式傳感器的可拆裝聯(lián)線板式構件。
6.如權利要求1所述的搏擊類運動員綜合能力測試儀，其特征是在目標模具(4)內所設并聯(lián)電發(fā)光體的只數(shù)與并聯(lián)電鍵的只數(shù)相同，n＝4～12。
專利摘要一種可實現(xiàn)對搏擊類運動員綜合能力進行定量測試的儀器,由外圍帶有顯示屏及鍵盤的單片機和目標模具組成,在目標模具上設有由n只并聯(lián)電發(fā)光體構成的隨機擊打點和一個測力傳感器擊打點;在目標模具內設有與單片機掛接的由譯碼、編碼和傳感器信號采集保持電路組成的模具電路。工作時,各擊打點信號由單片機程序產生,通過運動員擊打目標模具,模具電路將信號返回單片機,由其加以統(tǒng)計計數(shù)后在顯示屏上實時顯示或將數(shù)據(jù)傳給高級機。
文檔編號A61B5/22GK2357685SQ9823295
公開日2000年1月12日 申請日期1998年8月25日 優(yōu)先權日1998年8月25日
發(fā)明者陳亞斌, 曹麗娜, 白鴻順, 衛(wèi)強, 談毅 申請人:西安體育學院