數字顯示深度知覺測試儀的製作方法

2024-03-21 06:59:05

專利名稱：數字顯示深度知覺測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在心理學領域有著廣泛應用的測量儀器，特別涉及一種感知覺測試儀器。
背景技術：
深度知覺測試儀是一種在心理學領域有著廣泛應用的測量儀器，也可用於飛行員、駕駛員等的選拔測試工作。深度知覺測試儀主要用於測量人的深度知覺的最小辨別閾限，即深度視銳。
深度知覺測試儀的測試原理為當人的雙眼觀察兩個不等距物體時，只有在兩物體的距離差別大於某一閾值時，雙眼才能感覺到這種差別，這個閾值即為深度視銳。深度知覺測試儀直接測量這個閾值的數值，即為深度知覺誤差。
深度知覺測試儀主要由測量和數值顯示兩部分組成。
傳統測量方式最早開始於H.V.赫爾姆霍茨設計的三針實驗，通過測量活動針與兩根固定針的垂直距離來確定深度知覺誤差。1919年，J.哈瓦德根據三針實驗的原理設計了一個深度知覺測試儀，該儀器有2根固定立柱(相當於定標)和1根活動立柱(相當於遊標)，被試通過拉動繩索(手動方式)來調節活動立柱(遊標)的位置，直至被試認為活動立柱與固定立柱的垂直距離為零時停止手動。由於人的視覺差，實際活動立柱與固定立柱的垂直距離可能不為零，該垂直的距離即為深度知覺的誤差。用刻度尺測出的活動立柱與固定立柱(遊標與定標)之間的距離，即為深度知覺的誤差值。目前，國內普遍使用的深度知覺測試儀，雖然在構造上比哈瓦德的設計更為複雜，但是，在主體結構上卻一直沒有大的差別。
傳統顯示方式是主試通過讀取刻度尺數值獲得實驗結果。方法原始，測量不便，而且精度較差。易受主試主觀的影響。
傳統的深度知覺測試儀到目前為止已有兩代產品，第一代是手動方式，即用手牽拉引線來移動遊標位置，而第二代為電動控制遊標的位置改變，但是無論是第一代還是第二代都無法擺脫用刻度尺來測量、讀取遊標與定標之間的垂直距離。現有的測量顯示方式，不僅方法陳舊，測量不便，而且測量精度較差。同時，易受主試主觀的影響。雖然，目前也有用數字顯示長度測量技術替代傳統的長度測量顯示方式，但是，在深度知覺測試領域中無一例應用。而且，目前數字顯示長度測量技術通常都需要用位移傳感器將位移信息轉變為電信號。國內傳統的數顯裝置大部分採用光柵、磁柵或感應同步器做位移傳感器，成本高且安裝困難。目前，國內外的精密數顯距離測量裝置傾向於採用容柵傳感器，以達到比較高的測量精度，這種方式的優點是精確度高，性能比較穩定；可是它需要在動尺和定尺上安裝大量相互絕緣的電極片，結構複雜，對生產條件要求苛刻，而且成本比較高。
技術方案本發明是針對上述問題進行的研究，鑑於傳統測量方式的不足，本發明提供了一種結構簡單、成本比較低、不受主試主觀影響、測量精度可達到10-4m，在測量中可用數字方式動態地直接顯示測量結果，操控更方便，更人性化的新型數字顯示深度知覺測試儀。
本發明的技術方案是數字顯示深度知覺測試儀，其特徵是它包括主控電路、數字顯示電路、步進電機驅動電路、限位控制電路、限位裝置、遊標位置控制器、步進電機、傳動部件、遊標裝置；主控電路輸入端分別與遊標位置控制器、限位控制電路的輸出端相連，主控電路的輸出端分別與數字顯示電路、步進電機驅動電路的輸入端相連，步進電機驅動電路的輸出端與步進電機的輸入端子相連，步進電機的驅動軸通過傳動部件與遊標裝置相連，遊標裝置通過限位裝置與限位控制電路的輸入端相連。
本發明的限位裝置是安裝在遊標裝置軌道兩端點的光電位置傳感器。
本發明的遊標位置控制器由遙控器和位置信號輸入電路構成。
本發明的遙控器是採用有線控制或無線控制的遙控器。
本發明的有益效果是本發明採用全新的設計思想，由單片機控制步進電機前進或倒退，步進電機的每個單步均由單片機控制，受控步進電機轉過的單步空間角度為7.5°，帶動傳動部件(齒輪傳動和皮帶傳動)隨之轉動，使遊標移動的單步距離為0.1mm。簡單而巧妙地實現了距離信號的數位化，完全避免了任何形式的位移傳感器，使得結構簡單、成本比較低。開機後可自動復位(可使遊標自動移動到初始位置)；實驗時，可將距離信息通過數字顯示器實時地呈現給主試，使得測量既快速又直接，既方便又準確，不受主試主觀影響。由於輸入控制器採用有線控制或無線控制的遙控器，使操作控制更加方便，更為人性化，是心理學測試深度知覺的更新換代產品。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明


圖1是本實用新型的數字顯示深度知覺測試儀的主要結構方框圖圖2是本實用新型的數字顯示深度知覺測試儀的電路圖具體實施方式
如
圖1所示。本實用新型無需用尺來測量，由數碼顯示器直接顯示測試結果。它包括主控電路、數字顯示電路、步進電機驅動電路、限位控制電路、限位裝置、遊標位置控制器、步進電機、傳動部件、遊標裝置；主控電路輸入端分別與遊標位置控制器、限位控制電路的輸出端相連，主控電路的輸出端分別與數字顯示電路、步進電機驅動電路的輸入端相連，步進電機驅動電路的輸出端與步進電機的輸入端子相連，步進電機的驅動軸通過傳動部件與遊標裝置相連，遊標裝置通過限位裝置與限位控制電路的輸入端相連。
如圖2所示，主控電路採用ATMEL公司低功耗低成本的89系列8位單片微控制器AT89C51，其指令系統與MCS-51系列完全兼容，自帶4K字節在系統可編程FLASH存儲器，128×8位RAM，32個可編程I/O口，2個16位定時器/計數器。該晶片通過外接6MHz晶振獲得工作時鐘。
數字顯示電路用於向主試呈現測試距離。採用主控電路直接驅動五位共陽極七段數碼顯示器並以動態掃描方式工作，其動態顯示的範圍為-150.0mm-150.0mm。實驗時，數碼顯示器隨著遊標在導軌上的前後移動實時的顯示數字，即顯示遊標與靜標的垂直距離。
步進電機驅動電路採用主控電路驅動FT-5754功率輸出晶片，用於直接驅動步進電機的轉動，步進電機通過傳動部件驅動遊標前進或倒退。為進一步降低驅動電路的功耗，步進電機驅動電路採用雙電源供電方式，分別為步進電機的轉動和鎖定兩個狀態提供不同的電壓。外接+18V和+5V直流電源，通過J3端子為該儀器提供整機電源。步進電機轉動時，主控電路的P2.0保持高電平，Q7、Q1導通，步進電機得到+18V電壓，P2.7-P2.4輪流送出高電平驅動步進電機。步進電機鎖定時，P2.0輸出低電平，Q7、Q1截止，VCC通過D10向步進電機供電，步進電機得到接近+5V的鎖定電壓，遊標進入靜止的鎖定狀態(參見圖2)。
遊標裝置它包括6個靜標、1個遊標、1條遊標軌道。6個靜標分成左右兩列、前後三排(每排有兩根靜標)，每排並列2個靜標分別標示最遠位、零位(中間位)和最近位。遊標軌道夾在兩列靜標的中間。
限位裝置是在遊標裝置的軌道兩端點處安裝光電位置傳感器。
步進電機是一種具有精確步距的電機，在本設計中用來精確地驅動遊標的移動。在設計過程中，我們考慮到單片機與步進電機轉動的相關性及步進電機精確的單步距離，採用了一種全新的設計思想，完全避免了任何形式的位移傳感器，簡單而巧妙地實現了距離信號的數位化。步進電機的每個單步均由單片機控制，受控步進電機轉過的空間角度為7.5°，帶動傳動部件(齒輪傳動和皮帶傳動)隨之轉動，使遊標移動的單步距離為0.1mm。在遊標回到初始位的同時，單片機將數字顯示器的顯示初值設置為-150.0mm。
傳動部件(採用齒輪傳動和皮帶傳動)與步進電機的驅動軸相聯。步進電機的驅動軸通過傳動部件(齒輪傳動和皮帶傳動)帶動遊標使其在軌道上前後移動。傳動部件由齒輪和拉線組成，可在步進電機的驅動下牽引遊標前後移動，並同時將步進電機的單步轉動轉換成0.1mm的位移。
限位控制電路由2個施密特整形電路(U2A、U2B、J2等)構成。J2端子為光電位置傳感器與限位控制電路的連接端子。當遊標移動到軌道的端點時，位於軌道端點處的光電位置傳感器發出限位信號，並輸入給U2A，U2B施密特整形電路，經過整形的信號傳到主控電路並發出指令，令步進電機停止，以防止遊標移出軌道。
遊標位置控制器由遙控器和位置信號輸入電路(U2C、U2D、J1等)構成。J1端子為遙控器與位置信號輸入電路的接口。遙控器採用兩種控制方式，既有線控制或無線控制。遙控器由發射和接收兩部分構成，當接收部分連接線控信號時，遙控器為有線控制，當接收部分接收無線信號時，遙控器為無線遙控。該遙控器可在被試的控制下產生前進和後退信號，要求遙控距離不小於6米。另外，要求無線遙控器採用不同通道的控制方式，以防止兩臺機器以上設備同時工作時的相互幹擾(使得該儀器能同時測試多個被試)。
儀器上電復位後，單片機P2口的高四位輸出前進信號驅動步進電機，使遊標回到初始位；P0口和P1口的低5位動態掃描輸出七段顯示信號(參見圖2)，呈現遊標與零位靜標垂直距離(-150.0mm)。
儀器的面板上開有觀察窗，被試透過觀察窗沿軌道方向可以看到一根遊標和三排靜標(每排有兩根靜標)，每排靜標分別標示最遠位(-150.0mm)、零位和最近位(+150.0mm)。
測試時，被試操縱遙控器調節遊標在軌道上前後移動。當遊標調節至軌道端點時，限位裝置工作，即安裝在軌道端點的光電位置傳感器發出光控信號，經過光電位置傳感器521-2和施密特觸發器74HC14隔離整形，分別送入主控電路的P3.4和P3.5埠。並通過主控電路發出限位指令，使步進電機停止轉動。數碼顯示器是隨著遊標在軌道上前後移動顯示實時的數字，即顯示遊標與靜標的垂直距離。每當步進電機單步前進或倒退1個單步距離，單片機都相應地在原有顯示基數上加0.1mm或減0.1mm，從而使顯示距離與遊標的移動精確對應，保證了顯示的精度。經過實際測量，遊標的單步精度可以達到0.1mm。
當被試認為遊標與中間排(零位)的兩靜標在一條直線上時，停止調節遊標。此時，顯示器顯示數字即為深度知覺誤差值。
實驗結束後，主試可按動復位健S1(見圖2)，使遊標回到初始位置，準備下一次實驗。
權利要求1.一種數字顯示型深度知覺測試儀，其特徵是它包括主控電路、數字顯示電路、步進電機驅動電路、限位控制電路、限位裝置、遊標位置控制器、步進電機、傳動部件、遊標裝置；主控電路輸入端分別與遊標位置控制器、限位控制電路的輸出端相連，主控電路的輸出端分別與數字顯示電路、步進電機驅動電路的輸入端相連，步進電機驅動電路的輸出端與步進電機的輸入端子相連，步進電機的驅動軸通過傳動部件與遊標裝置相連，遊標裝置通過限位裝置與限位控制電路的輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的數字顯示深度知覺測試儀，其特徵是限位裝置是安裝在遊標裝置軌道端點的光電位置傳感器。
3.根據權利要求1或2所述的數字顯示深度知覺測試儀，其特徵是遊標位置控制器由遙控器和位置信號輸入電路構成。
4.根據權利要求3所述的數字顯示深度知覺測試儀，其特徵是遙控器採用有線控制或無線控制的遙控器。
專利摘要本實用新型公開了一種數字顯示深度知覺測試儀。解決了傳統方式測量精度不高，結構複雜、對生產要求苛刻等問題。技術方案由數碼顯示器直接顯示測試結果；它包括主控電路、數字顯示電路、步進電機驅動電路、限位控制電路、限位裝置、遊標位置控制器、步進電機、傳動部件、遊標裝置；主控電路輸入端分別與遊標位置控制器、限位控制電路的輸出端相連，主控電路的輸出端分別與數字顯示電路、步進電機驅動電路的輸入端相連，步進電機驅動電路的輸出端與步進電機的輸入端子相連，步進電機的驅動軸通過傳動部件與遊標裝置相連，遊標裝置通過限位裝置與限位控制電路的輸入端相連。本實用新型使測量快速、直接、方便、準確，不受主試主觀影響，操控更方便，更人性化；是心理學測試深度知覺的更新換代品。
文檔編號A61B5/16GK2721008SQ200420028950
公開日2005年8月31日 申請日期2004年5月11日 優先權日2004年5月11日
發明者吳曉榮 申請人:天津師範大學