一种信号反馈适应性训练设备的制作方法

1.本实用新型属于运动训练设备领域，更具体地，涉及一种信号反馈适应性训练设备。


背景技术：

2.跳伞是空降兵一项基本的作战技能，跳伞训练是新兵入伍训练、部队作战跳伞技能提高的一项重要内容。然而，降落伞空中操控较为复杂，对跳伞员的心理素质训练和技能训练都有较高的要求。传统的训练手段和方法较为原始和落后，训练过于依赖个人经验和人为感知判断，操作起来费时费力且训练效果很难达到预期目标，不适应现代作战训练要求。
3.在跳伞训练过程中，如果训练员前后离开飞机的时间间隔不均匀，将导致在空中的间隔距离不均匀，当距离过小或者过大都会影响训练质量和安全，会造成训练质量不达标。为了改进训练方法，以前是通过教练员的声音和拍击进行提示，但是该方法存在以下缺陷：通过教练员观察，经验判断谁快谁慢，难度大，不准确，只能发现极少数差异较大的个体。为了研究或者控制空降兵训练员的训练过程，使训练员们均能相隔相同的间距，需要设计或者开发一种新型的运动反馈训练设备，以获知运动反馈过程。比如，改成灯光和音响信号进行提示，辅助教练员控制离开飞机的时间间隔，为训练员指示离开飞机的时机，但是训练员在看到信号后的向前运动的速度存在较大差异，所以需要设计信号反馈适应性训练设备帮助训练员进行训练，使其适应信号刺激，同时通过传感器精确测量每个人在接收到信号后做出相应反馈所需的时间，并将数据进行语音播报，方便训练，提高效率。
4.公开号为cn109513198a、发明名称为“一种多功能肌力评估与运动反馈系统”公开了一种运功反馈系统，其主要是对肌力的测试评估和反馈，并非是对大运动的动作、反应时间进行反馈，并不适应用于跳伞训练。
5.因此，需要开发一种能对大运动动作和人体大运动响应时间进行反馈的适应性训练设备。


技术实现要素：

6.针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于通过设计一套信号反馈适应性训练设备，旨在适应教练员控制向信号辅助控制的转变，以帮助训练员适应信号刺激，纠正训练过程反馈一致性不高的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种信号反馈适应性训练设备，其包括系统控制器、输入模块、输出模块和电源模块，其中，
8.输入模块包括红外接收头、红外遥控器、第一激光传感器、第二激光传感器、主机按键板和柱体喇叭接触开关，其中，红外接收头输入端连接红外遥控器，红外遥控器用于输入外界的操控指令，红外接收头输出端连接系统控制器，用于向系统控制器传输红外遥控器输入的外界操控指令，第一激光传感器和第二激光传感器的输入端均连接系统控制器，
用于将训练人员触发激光传感器所使用的时间传输至系统控制器，主机按键板和柱体喇叭接触开关均连接系统控制器，
9.输出模块包括液晶显示屏模块、信号音频输出模块、播报音频输出模块、准备信号固态继电器、准备信号led灯、通行信号灯固态继电器、通信信号led灯、停止信号灯固态继电器和停止信号led灯，主机按键板设置在液晶显示屏上，用于进行系统设置和查看训练记录，液晶显示屏模块包括液晶显示屏和液晶驱动板，液晶显示屏连接液晶驱动板，液晶驱动板通过hdmi连接系统控制器，以能接受系统控制器传输的训练数据并进行显示，信号音频输出模块和播报音频输出模块均连接到系统控制器，信号音频输出模块和播报音频输出模块分别用于按照系统控制器发出的操控指令进行信号显示和语音播报，准备信号灯继电器、通行信号灯继电器和停止信号灯继电器连接系统控制器，用于接收来自系统控制器的操控信号进行信号灯控制，准备信号灯、通行信号灯和停止信号灯分别连接准备信号灯继电器、通行信号灯继电器和停止信号灯继电器，以能被各自继电器控制，
10.电源模块具有结构相同的两套，一套给液晶显示屏模块和系统控制器供电，另一套用于给准备信号灯、通行信号灯、停止信号灯和第一、第二激光传感器供电，每一套电源模块都包括充电器、电池组、bms电源管理模块和电源降压板，充电器的输入端连接外界的供电，充电器输出端连接bms电源管理模块，bms电源管理模块连通受电对象和电池组。
11.进一步的，所述系统控制器从第一组gpio引脚接收红外遥控器发射的信号，从第二、第三组gpio引脚接收来自第一激光传感器、第二激光传感器的输入信号，从mini hdmi输出视频信号到液晶显示屏，从第四gpio引脚输出电平信号到准备信号灯继电器，以控制黄色准备信号灯，从第五gpio引脚输出电平信号到通行信号灯继电器，以控制绿色通行信号灯，从第六gpio引脚输出电平信号到停止信号灯继电器，以控制红色的停止信号灯，此外，所述系统控制器还输出两路音频信号分别输送至信号音频输出模块、播报音频输出模块。
12.进一步的，准备信号led灯为黄灯，通信信号led灯为绿灯，停止信号led灯为红灯。
13.进一步的，电池组为12v锂电池组，电源降压板为12v/5v dc
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dc电源降压板。
14.进一步的，其还包括信号灯地板，信号灯为面光源，为“上”字形和“t”字形组合而成，“上”字形在前，“t”字形在后，“上”字形的下面一横处具有两种颜色，分别为绿灯和红灯，“t”字形的一横有两种颜色，分别为黄灯和红灯，通行信号灯和停止信号灯各自的中心线与信号灯地板在长度方向的中心线重合，在信号灯地板上两侧对称设置有第一柱体、第二柱体、第三柱体和第四柱体，其中，第一柱体和第二柱体对称，第三柱体和第四柱体对称，第一激光传感器的发射头设置在第一柱体顶端处，第一激光传感器的接收头设置在第二柱体的顶端处，第二激光传感器的发射头设置在第三柱体的顶端处，第二激光传感器的接收头设置在第四柱体的顶端处，
15.信号音频输出模块包括信号音箱，信号音箱为快卸式设计，可以安装在第一和第二柱体上端。
16.柱体编号:“上”字形在前，“上”字形两侧有第一、二两个柱体“t”字在后,“t”字形两侧有第三、四柱体，柱体编号为奇数在左，双数在右。实际工程实践中，人从后往前运动。
17.进一步的，主机内设置一个12v锂电池组、一个柱体内设置一个12v锂电池组，主机内12v锂电池组为显示屏直接供电，同时通过12v/5v dc
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dc电源降压板降压后为系统控制
器供电，柱体内的一个12v锂电池组为红、黄、绿led信号灯供电，同时通过12v/5v dc
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dc电源降压板降压后为第一、第二激光传感器供电。
18.进一步的，第一激光传感器和第二激光传感器结构相同，用于获取训练人员触发相应激光传感器所使用的时间，每个激光传感器的接收头均为光敏二极管接收头，光敏二极管接收头连接系统控制器的gpio引脚，在非触发态下，激光传感器发射头发射的激光照射到光敏二极管接收头，使gpio引脚处于高电平状态，在被测对象经过激光传感器时，会遮挡激光，使gpio引脚翻转到低电平状态，从而使激光传感器进入触发态。
19.进一步的，所述红外接收头具有三个引脚，分别为电源正极、电源负极和输出端，其中，电源正极连接系统控制器的正极，电源负极连接系统控制器的负极，输出端连接系统控制器的一个输入端。
20.进一步的，所述红外遥控器设置有六个按键，在参数设置模式下，六个按键的功能依次为：向上、向下、向左、向右、确认和返回，在程序运行模式下，六个按键功能依次定义为：准备、开始、停止、调整到下一个工作模式、调整到上一个工作模式和信号音箱打开/关闭，工作时，根据按键操作发射nec标准的红外遥控信号至红外接收头，主机按键板包括开机、重启、向上、向下、向左、向右、确认和返回。
21.进一步的，工作时，在红外遥控器被按下开始按键时，信号音箱播放与通行信号灯一致的语音信号，用于指导被测对象进行开始训练，在被测对象完成指定训练动作后，播报音箱播放该队员的反应时间。
22.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
23.采用本实用新型装置，可以改变训练模式，将训练过程从人为控制向信号控制转变，辅助改变人为经验控制向信号自动化控制的转变。具体的，以前根据教练员的口令做出相应动作，现在通过遥控器控制灯光和音响发出信号指令，训练员根据信号指令做动作，改变了训练的模式，同时减小训练员的负担，使教练员可以集中精力完成机器不能完成的辅助动作和效果评价工作。采用信号控制训练，具有精确可靠的数据测量、播报、统计功能，可以提高训练科学性、提高训练效率、获得科学的训练数据，为训练改进提供数据支撑，最终，通过即时的测量反馈帮助纠正反馈时间，使被训练团队的反馈时间趋于一致。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例中一种信号反馈适应性训练设备的组成模块示意图，其中，激光传感器1即为第一激光传感器，激光传感器2即为第二激光传感器。
25.图2是本实用新型实施例中信号灯地板的结构示意图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.肉眼从外表观察，本实用新型的训练设备主要分为主机部分和地板部分，它们之间通过连接线相互通信。按功能模块划分，本实用新型的训练设备包括系统控制器、输入模
块、输出模块、电源模块、信号灯地板五大部分。
28.系统控制器相当于整个系统的神经中枢，处理输入信号，并输出设定的控制信号。输入模块包括红外遥控器、红外接收头、第一激光传感器、第二激光传感器、主机按键板和柱体喇叭接触开关。输出模块包括视频显示模块、信号音频播放模块、播报音频播放模块、信号灯模块。电源模块具有相似的两部分，各自独立为主机部分和地板部分供电，两者都包括充电器、12v锂电池组、bms电源管理模块、12v/5v dc
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dc电源降压板。信号灯地板由五块pvc板通过活页链接成一个可折叠的整体，上面安装了四个柱体，pvc板及柱体内部安装集成了地板部分所有零部件。信号灯地板的便携式设计意味着它能快速地为不同训练场地提供一致的训练场景、高效的训练流程和可靠的安全保障。
29.系统控制器从第一组gpio引脚接收红外遥控器发射的信号，从第二、第三组gpio引脚接收来自第一激光传感器、第二激光传感器的输入信号，从第四组gpio引脚接收主机按键板的按键信号，从第五组gpio引脚接收柱体喇叭接触开关信号。系统控制器根据这些信号给出如下输出：从mini hdmi输出视频信号到视频显示模块，从aux音频输出接口输出音频信号到信号音频播放模块与播报音频播放模块。从第六组gpio引脚输出电平信号到信号灯模块，通过三个继电器分别控制三种颜色的信号灯。
30.红外遥控器把使用者的按键动作进行编码，并发射出相应的红外线信号，供红外接收头接收。红外遥控器有确认、返回、向上、向下、向左、向右共六个按键。红外接收头接收红外信号，它有三个引脚，分别是：vcc电源正极、gnd地、out输出端，都连接到树莓派4b主板的不同gpio引脚，其中vcc电源正极接到gpio的3.3v引脚(可以称为1号引脚)，gnd接地(也可以称为9号引脚)，out输出端接11号引脚。系统控制器对接收到的信号进行解码，得到遥控器按键动作。
31.第一激光传感器和第二激光传感器结构相同，用于获取被测对象从信号发出到触发相应激光传感器所使用的时间，每个激光传感器的接收头均为光敏二极管接收头，光敏二极管接收头连接系统控制器的一个gpio引脚，在非触发态下，发射头发射的激光照射到光敏二极管接收头，使gpio引脚处于高电平状态，在被测对象经过激光传感器时，会遮挡激光，使gpio引脚翻转到低电平状态，从而使激光传感器进入触发态。系统控制器检测到此触发态后，会记录相关数据并给出合适的信号。
32.主机按键板安装在主机的侧面，用以进行系统设置，查看训练记录等，它包括开机、重启、确认、返回、向上、向下、向左、向右共八个键，每个按键都连接到系统控制器的gpio引脚。系统控制器检测到按键动作后，会作出处理并给出恰当的输出。
33.图1是本实用新型实施例中一种信号反馈适应性训练设备的组成模块示意图，在该实施例中，树莓派4b主板作为系统控制器，树莓派4b主板接收红外遥控器的信号，显示系统信息；另一方面，获取多个激光传感器信号，控制地板灯和音响。具体的任务详细列举如下：从gpio接收红外遥控器发射的信号；从gpio接收来自第一激光传感器、第二激光传感器的输入信号；从mini hdmi输出视频信号到液晶显示屏；输出音频信号，分左右两路音频信号，左右两路分别到信号音箱和播报音箱；通过gpio引脚输出电平信号到通行信号灯继电器，以控制绿色与黄色通行信号灯；通过gpio引脚输出电平信号到停止信号灯继电器，以控制红色的停止信号灯；从bms电路板获取电池组信息。bms电路板也称为电源管理系统，用于管理锂电池组，也是12v蓄电池组，当控制器模块通过串口询问电源信息时，作出相关应答。
34.在又一个实施例中，输入模块包括红外接收头、红外遥控器、第一激光传感器、第二激光传感器和主机按键，其中，红外接收头接收红外信号，它有三个引脚，分别是：vcc电源正极、gnd电源负极、out输出端，可接到树莓派4b主板的gpio引脚，经lirc解码后通过socket发送到python app。红外遥控器用于向红外发射头发送红外信号，配置系统参数，并控制训练程序。根据按键操作发射nec标准的红外遥控信号，用以向系统发出指令，红外遥控器控制六个按键，确认/进入、返回、向上、向下、向左、向右共六个按键。
35.在又一个实施例中，输出模块包括液晶显示屏、信号音箱、播报音箱、准备信号灯继电器、准备信号灯,通行信号灯固态继电器、通信信号led灯、停止信号灯固态继电器和停止信号led灯。液晶显示屏显示系统参数、当前状态、整个队列的训练记录数据等。液晶显示器驱动板用于驱动液晶显示器和语音播报音响，用于把树莓派输出的hdmi视频信号转换成lvds，供液晶屏显示。输出模块中还包括ne5532双声道前级运放子模块和yda138数字d类功放板，其中，ne5532双声道前级运放子模块用于放大从树莓派输出的音频信号，输出到功放板，保证功放板能输出足够的功率。yda138数字d类功放板用于放大前级送来的音频信号，输出左右两路音频信号。播报音箱也可以称为扬声器，用于播放音频信号。队员完成指定训练动作后，播放该队员的反应时间和其它相关信息。在实际工程实践中，可以采用8欧10w、28mm
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130mm超薄液晶电视外磁长方形喇叭扬声器。
36.在又一个实施例中，电源模块具有相类似的两套，两套电源模块包括充电器、蓄电池组、12v转5v模块。其中的一套电源模块还有一个亮度调节模块，调节信号灯的亮度。其中，蓄电池组为12v串并联的锂电池组，用于为主机的各个部件提供电源。把锂电池组通过12v转5v电路板将12v直流电源降压为5v，供树莓派4b主板使用。
37.图2是本实用新型实施例中信号灯地板的结构示意图，由图可知，其为矩形状，地板比如为可折叠设计，总长约230cm，宽度约100cm，前四块尺寸为100*50cm，尾部块尺寸为100*30cm。五块地板通过合页进行连接。地板内部有红黄绿三种颜色信号灯，按照一定的位置进行排列，具体参考示意图。地板与各个柱体之间的电源线及信号线都嵌入地板内，通过触点向外预留接口。地板在于四个柱体连接的位置均设置有固定孔，磁铁嵌入在地板内部。本实用新型中，柱体具有1a、1b、2a、2b四个，分别即为第一柱体、第二柱体、第三柱体和第四柱体，四个柱体通过柱体四个角凸起形状与地板上的孔进行组装，同时在地板和柱体底部均安装有方形磁铁，通过磁铁吸力将柱体和地板牢固连接，防止振动脱离，通过磁铁的不同排列方式，达到柱体位置识别的目的，防止柱体连接位置错误。柱体底部有触点与地板上的触点连接，进行电路连接和信号传输。
38.其中，第一光电传感器设置在1a柱体、1b柱体之间，1a为激光发射端，1b为激光接收端。1a、1b柱体的顶端有两个音响信号外接点。实际工程中，只配有一个音响，安装在左侧或者右侧。因为训练时要区分左侧听信号和右侧听信号，所以不会同时安装在左右两侧，或者同时安装在两侧不同时发出信号。信号音箱底部有两个信号触点与柱体信号触点进行连接，其中，1b柱体顶端有两个触点，通过触点连接判断音响安装在左侧还是右侧。1a柱体内部安装有两个15毫瓦640纳米激光发射器，激光平行直射到1b柱体光电二极管模块上，1b柱体顶端内部安装有继电开关模块和光电二极管模块。1b柱体外侧有主控线连接插座，底部有电源输入接口，电源输出接口和信号输入输出接口。所有接口均为触点式连接，2a、2b柱体为第二组光电传感器，2a柱体上设置有第二光电传感器的激光发射端，2b柱体上设置有
为接收端。在2b柱体内有12v大容量锂电池，为地板信号灯和激光发射器供电，在2b柱体顶端有电源开关，电量指示灯和信号灯灯光亮度调节旋钮。2b柱体底部有12v电源输出口(或者称为触点)、5v电源输出口(或者称为触点)、信号输入输出口(或者称为触点)、充电口(该充电口为插拔式)。柱体内部有亮度调节子模块、5v降压子模块以及电量显示子模块，以上模块综合作用，用于调节柱体亮度、显示电量，通过12v转5v模块为激光发射器供电。
39.本实用新型帮助训练员适应从教练员人为控制间隔向灯光信号和音响信号辅助控制间隔的适应性转变(控制间隔的设备已经申请了专利，但是要达到预期的控制效果，还需要人员适应信号刺激，且对信号刺激的反馈有较高的一致性，因为以前是没有信号辅助的，现在有了，大家还不是很适应。所以先进行适应性训练，且对信号反馈形成本能反应记忆，使团队整体有较高的一致性，原先的设备和方法才能达到预期的效果)和纠正训练员对信号反馈一致性差异较大的问题，通过即时的测量反馈帮助纠正反馈时间，使团队的反馈时间趋于一致。
40.本实用新型设备通过灯光和音响信号发出信号指令，通过光电传感器检测人员通过状态，并进行语音播报和数据统计，用多种信号发出指令辅助教练员进行控制，可靠性高，信号直观，即时准确，无误差，同时能够完成反馈数据的精确测量。克服了在先存在的一些技术问题：以前是通过教练员观察，经验判断谁快谁慢，难度大，不准确，只能发现极少数差异较大的个体。本实用新型装置能即时语音播报每个人的表现，便于纠正，还能即时将反馈的结果显示在屏幕上，并进行统计分析，便于查看个体和集体的训练效果，对个体训练和集体训练都具有很好的辅助作用，本实用新型装置能够取得训练高效，精确，科学的效果，同时通过数据统计分析，可以得到更科学的训练数据。
41.本实用新型可应用于跳伞运动中向运动员发出离开飞机的信号，也可以应用于小分队跳伞中控制跳伞间隔。本实用新型具有多种控制模式，可以灵活切换适应不同的跳伞场景。
42.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。