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擬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反應能力。
　　本文實現了一個研究并測量運動員(聽覺)神經-運動反應時的系統，以提高運動員聽發令槍后的起跑速度。本測量系統所采用的方法在國內處于領先水平，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。
1 系統結構及其原理
1.1 系統結構
　　本系統主要實現(聽覺)神經-運動反應時的測定。方法是通過聲音傳感器檢測發令槍的聲音，用加速度傳感器檢測運動員起跑的時刻，并將運動員聽到發令槍到起跑所需要的時間，通過無線數據傳輸模塊傳送到基站進行記錄和處理。本系統由反應時測定模塊、通信模塊、數據記錄處理模塊三部分組成。系統的結構如圖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。通過單片機的內部計數器記錄運動員的起跑反應時，并將記錄的數據按照一定的格式編碼，通過串行口發送到無線發送模塊與PC機，實現無線通信。
　　通信模塊主要完成無線數據的傳輸，用PTR2000無線數傳模塊實現。
　　數據記錄處理模塊通過串行通信的方式接收無線數傳模塊傳輸的數據接收，并送到PC機構成的基站進行處理、顯示和記錄。
1.2 系統設計基本原理
　　(1)測量準備和系統自檢
　　反應時測量模塊上設置一個按鈕，在每次測量前，按此按鈕后系統則開始自檢，通過單片機檢查與之相連的各個部件的狀態(如存儲器、加速度傳感器、聲音傳感器等的狀態)以及無線通信系統能否正常工作。通過無線傳送模塊，將檢測到的各個部件的狀態發送到接收端" title="接收端">接收端，若接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，或者更換測量系統，直到接收端接收到正常的信號方可開始測量。
　　(2)數據采集
　　在系統自檢完成之后，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令槍的聲音信號后計數器開始計數，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。將計數值保存在發送緩沖區，數據采集過程結束。
　　(3)數據的無線發送和接收
　　在單片機數據采集完成之后，即開始數據的無線發送。將數據按照從高位到低位的順序發送。在發送之前，對采集的數據按照無線數據傳輸模塊的要求進行編碼，然后將數據通過無線數據傳輸模塊進行發送。在無線接收端，把接收到的數據通過電平轉換和RS-232串行接口送PC機進行處理和顯示。
　　(4)數據的處理和顯示
　　由PC機構成的基站從RS-232串行接口接收到數據后，通過運動員起跑反應時處理軟件進行數據處理、存儲、顯示和分析。
2 系統硬件設計
　　從硬件角度看，系統可以分成單片機模塊、聲音檢測模塊、運動檢測" title="運動檢測">運動檢測模塊和無線數傳模塊等幾部分，下面分別給予介紹。
2.1 單片機模塊的設計
　　在本系統中，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的前端數據測量的核心部件。本系統采用的是Atmel公司生產的8位單片機AT89C2051。
2.2 聲音檢測模塊的設計
　　(1)聲音傳感器的選擇
　　聲音檢測是本系統設計中的一個關鍵部分。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、頻率響應范圍寬和體積小等優點。本系統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)聲音檢測模塊的設計
　　聲音檢測模塊設計的重點和難點是濾除噪音信號。當檢測到發令槍槍聲時產生一個脈沖信號，單片機識別后計數器開始計數。在此模塊的設計過程中，經過多次的實驗，最終確定了本模塊的電路和相關參數。
　　本系統聲音檢測功能的實現采取的是幅度比較法。因為發令槍的聲音信號一般幅度較大，可以直接進行放大，然后再通過比較器與閾值電壓進行比較，當聲音信號大于一定幅度時產生翻轉信號。主要考慮的問題是對駐極體話筒檢測到的微弱信號進行放大處理。這里采用三極管9013構成的單級放大電路對信號進行放大。經過多次實驗發現，輸出電壓大于4V時的聲音信號振動幅度較大。放大電路再加上比較電路即構成本系統的聲音檢測電路，如圖2所示。在此聲音檢測電路中，用R7和R8分壓電路產生一個閾值電壓，在實際設計中閾值電壓設置為4V。LM339的OUT2產生聲音信號自檢電壓，若聲音檢測無故障應輸出高電平，接單片機P1.3口，OUT1與單片機P1.2口相連接，輸出聲音檢測信號，當發令槍響起時應輸出一脈沖。

2.3 運動檢測模塊的設計
　　(1)運動檢測模塊的選擇
　　運動檢測模塊選用美國ADI公司生產的單片加速度傳感器ADXL105作為運動檢測傳感器，其內含加速度傳感器和信號調理器。這是一種差容式力平衡加速度傳感器，利用變間隙的方法，把被測的加速度轉換為電容器的電容量的變化。內部的電容分壓電路提供與加速度大小成正比的模擬輸出電壓，其相位則決取于加速度的方向，無需外加任何有源器件即可接到模/數轉換器(ADC) 的輸入端，既可以用來測量靜態加速度(如重力加速度或傾角等)，又可用來測量動態加速度(如振動等)。
　　(2)運動檢測模塊的電路設計
　　運動檢測模塊采用加速度傳感器ADXL105作為運動傳感器。因ADXL105可直接輸出模擬信號，因此只需要通過比較器將ADXL105輸出的電壓與比較器的閾值比較，當加速度大于某一閾值時輸出高電平。其電路原理如圖3所示。LM339的OUT3腳輸出運動的檢測信號，接單片機的P1.4口；OUT4腳輸出為運動自檢信號，接單片機的P1.5口。
2.4 無線數傳模塊的設計
　　本系統中采用基于RF芯片nRF401的無線數傳模塊PTR2000。nRF401是NORDIC公司最新推出的單片無線收發一體芯片，包括高頻發射、高頻接收、PLL合成、FSK調制、FSK解調、多頻道切換等部件，是目前集成度最高的一種無線數傳芯片。PTR2000既可與80C51、89C2051、68HC08、PIC等各種單片機配合，直接接單片機的串行口或I/O口；也可通過串口與PC機實現通信，此時只要接一個電平轉換芯片MAX232即可。

3 系統軟件設計
　　根據本系統的設計要求，將系統軟件分為發射端軟件和接收端軟件兩部分。
3.1 發射端軟件的設計
　　單片機部分軟件主要可以分為以下幾個模塊：自檢模塊、發射模塊和計時模塊。基于以上各個程序模塊的設計，本軟件實現了對數據的實時采集與發射/接收以及穩定顯示，使得整個系統具有很高的實用價值。單片機主程序流程圖如圖4所示。

3.2 接收端軟件的設計
　　本系統中接收端為PC機，采用VB語言進行編程。在標準RS-232串口通信方面，VB提供了具有強大功能的通信控件Mscomm。該控件可設置串行通信的數據發送和接收，對串口狀態及串口通信的信息格式和協議進行設置。這是一個標準的10位串口通信，包括8位數據、1位起始位和1位停止位。在發送或接收數據過程中觸發0nComm事件，通過編程訪問CommEvent屬性，了解通信事件的類型，分別進行各自的處理。每個通信控件對應一個串口，可以設計多個通信控件來訪問多個通信口。控件提供了功能完善的串口數據發送和接收功能，Mscomm控件具有兩種處理方式：①事件驅動方式，由Mscomm控件的OnComm事件捕獲并處理通信錯誤及事件；②查詢方式，通過檢查CommEvent屬性的值來判斷事件類型和錯誤。本系統采用的是事件驅動方式。
　　通過VB編程工具強大的圖形編程的方法，可以實現運動員反應時曲線圖的繪制。在本系統中主要是將運動員的反應時數據從文件中讀出，然后再繪制出運動員的反應時曲線圖，并可以實現圖形的放大、縮小以及移動功能，可以方便地看出運動員反應時的變化趨勢。圖5是PC機接收端顯示處理程序的界面。