专利名称：数字显示深度知觉测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在心理学领域有着广泛应用的测量仪器，特别涉及一种感知觉测试仪器。
背景技术：
深度知觉测试仪是一种在心理学领域有着广泛应用的测量仪器，也可用于飞行员、驾驶员等的选拔测试工作。深度知觉测试仪主要用于测量人的深度知觉的最小辨别阈限，即深度视锐。
深度知觉测试仪的测试原理为当人的双眼观察两个不等距物体时，只有在两物体的距离差别大于某一阈值时，双眼才能感觉到这种差别，这个阈值即为深度视锐。深度知觉测试仪直接测量这个阈值的数值，即为深度知觉误差。
深度知觉测试仪主要由测量和数值显示两部分组成。
传统测量方式最早开始于H.V.赫尔姆霍茨设计的三针实验，通过测量活动针与两根固定针的垂直距离来确定深度知觉误差。1919年，J.哈瓦德根据三针实验的原理设计了一个深度知觉测试仪，该仪器有2根固定立柱(相当于定标)和1根活动立柱(相当于游标)，被试通过拉动绳索(手动方式)来调节活动立柱(游标)的位置，直至被试认为活动立柱与固定立柱的垂直距离为零时停止手动。由于人的视觉差，实际活动立柱与固定立柱的垂直距离可能不为零，该垂直的距离即为深度知觉的误差。用刻度尺测出的活动立柱与固定立柱(游标与定标)之间的距离，即为深度知觉的误差值。目前，国内普遍使用的深度知觉测试仪，虽然在构造上比哈瓦德的设计更为复杂，但是，在主体结构上却一直没有大的差别。
传统显示方式是主试通过读取刻度尺数值获得实验结果。方法原始，测量不便，而且精度较差。易受主试主观的影响。
传统的深度知觉测试仪到目前为止已有两代产品，第一代是手动方式，即用手牵拉引线来移动游标位置，而第二代为电动控制游标的位置改变，但是无论是第一代还是第二代都无法摆脱用刻度尺来测量、读取游标与定标之间的垂直距离。现有的测量显示方式，不仅方法陈旧，测量不便，而且测量精度较差。同时，易受主试主观的影响。虽然，目前也有用数字显示长度测量技术替代传统的长度测量显示方式，但是，在深度知觉测试领域中无一例应用。而且，目前数字显示长度测量技术通常都需要用位移传感器将位移信息转变为电信号。国内传统的数显装置大部分采用光栅、磁栅或感应同步器做位移传感器，成本高且安装困难。目前，国内外的精密数显距离测量装置倾向于采用容栅传感器，以达到比较高的测量精度，这种方式的优点是精确度高，性能比较稳定；可是它需要在动尺和定尺上安装大量相互绝缘的电极片，结构复杂，对生产条件要求苛刻，而且成本比较高。
技术方案本发明是针对上述问题进行的研究，鉴于传统测量方式的不足，本发明提供了一种结构简单、成本比较低、不受主试主观影响、测量精度可达到10-4m，在测量中可用数字方式动态地直接显示测量结果，操控更方便，更人性化的新型数字显示深度知觉测试仪。
本发明的技术方案是数字显示深度知觉测试仪，其特征是它包括主控电路、数字显示电路、步进电机驱动电路、限位控制电路、限位装置、游标位置控制器、步进电机、传动部件、游标装置；主控电路输入端分别与游标位置控制器、限位控制电路的输出端相连，主控电路的输出端分别与数字显示电路、步进电机驱动电路的输入端相连，步进电机驱动电路的输出端与步进电机的输入端子相连，步进电机的驱动轴通过传动部件与游标装置相连，游标装置通过限位装置与限位控制电路的输入端相连。
本发明的限位装置是安装在游标装置轨道两端点的光电位置传感器。
本发明的游标位置控制器由遥控器和位置信号输入电路构成。
本发明的遥控器是采用有线控制或无线控制的遥控器。
本发明的有益效果是本发明采用全新的设计思想，由单片机控制步进电机前进或倒退，步进电机的每个单步均由单片机控制，受控步进电机转过的单步空间角度为7.5°，带动传动部件(齿轮传动和皮带传动)随之转动，使游标移动的单步距离为0.1mm。简单而巧妙地实现了距离信号的数字化，完全避免了任何形式的位移传感器，使得结构简单、成本比较低。开机后可自动复位(可使游标自动移动到初始位置)；实验时，可将距离信息通过数字显示器实时地呈现给主试，使得测量既快速又直接，既方便又准确，不受主试主观影响。由于输入控制器采用有线控制或无线控制的遥控器，使操作控制更加方便，更为人性化，是心理学测试深度知觉的更新换代产品。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明
图1是本实用新型的数字显示深度知觉测试仪的主要结构方框图图2是本实用新型的数字显示深度知觉测试仪的电路图具体实施方式
如
图1所示。本实用新型无需用尺来测量，由数码显示器直接显示测试结果。它包括主控电路、数字显示电路、步进电机驱动电路、限位控制电路、限位装置、游标位置控制器、步进电机、传动部件、游标装置；主控电路输入端分别与游标位置控制器、限位控制电路的输出端相连，主控电路的输出端分别与数字显示电路、步进电机驱动电路的输入端相连，步进电机驱动电路的输出端与步进电机的输入端子相连，步进电机的驱动轴通过传动部件与游标装置相连，游标装置通过限位装置与限位控制电路的输入端相连。
如图2所示，主控电路采用ATMEL公司低功耗低成本的89系列8位单片微控制器AT89C51，其指令系统与MCS-51系列完全兼容，自带4K字节在系统可编程FLASH存储器，128×8位RAM，32个可编程I/O口，2个16位定时器/计数器。该芯片通过外接6MHz晶振获得工作时钟。
数字显示电路用于向主试呈现测试距离。采用主控电路直接驱动五位共阳极七段数码显示器并以动态扫描方式工作，其动态显示的范围为-150.0mm-150.0mm。实验时，数码显示器随着游标在导轨上的前后移动实时的显示数字，即显示游标与静标的垂直距离。
步进电机驱动电路采用主控电路驱动FT-5754功率输出芯片，用于直接驱动步进电机的转动，步进电机通过传动部件驱动游标前进或倒退。为进一步降低驱动电路的功耗，步进电机驱动电路采用双电源供电方式，分别为步进电机的转动和锁定两个状态提供不同的电压。外接+18V和+5V直流电源，通过J3端子为该仪器提供整机电源。步进电机转动时，主控电路的P2.0保持高电平，Q7、Q1导通，步进电机得到+18V电压，P2.7-P2.4轮流送出高电平驱动步进电机。步进电机锁定时，P2.0输出低电平，Q7、Q1截止，VCC通过D10向步进电机供电，步进电机得到接近+5V的锁定电压，游标进入静止的锁定状态(参见图2)。
游标装置它包括6个静标、1个游标、1条游标轨道。6个静标分成左右两列、前后三排(每排有两根静标)，每排并列2个静标分别标示最远位、零位(中间位)和最近位。游标轨道夹在两列静标的中间。
限位装置是在游标装置的轨道两端点处安装光电位置传感器。
步进电机是一种具有精确步距的电机，在本设计中用来精确地驱动游标的移动。在设计过程中，我们考虑到单片机与步进电机转动的相关性及步进电机精确的单步距离，采用了一种全新的设计思想，完全避免了任何形式的位移传感器，简单而巧妙地实现了距离信号的数字化。步进电机的每个单步均由单片机控制，受控步进电机转过的空间角度为7.5°，带动传动部件(齿轮传动和皮带传动)随之转动，使游标移动的单步距离为0.1mm。在游标回到初始位的同时，单片机将数字显示器的显示初值设置为-150.0mm。
传动部件(采用齿轮传动和皮带传动)与步进电机的驱动轴相联。步进电机的驱动轴通过传动部件(齿轮传动和皮带传动)带动游标使其在轨道上前后移动。传动部件由齿轮和拉线组成，可在步进电机的驱动下牵引游标前后移动，并同时将步进电机的单步转动转换成0.1mm的位移。
限位控制电路由2个施密特整形电路(U2A、U2B、J2等)构成。J2端子为光电位置传感器与限位控制电路的连接端子。当游标移动到轨道的端点时，位于轨道端点处的光电位置传感器发出限位信号，并输入给U2A，U2B施密特整形电路，经过整形的信号传到主控电路并发出指令，令步进电机停止，以防止游标移出轨道。
游标位置控制器由遥控器和位置信号输入电路(U2C、U2D、J1等)构成。J1端子为遥控器与位置信号输入电路的接口。遥控器采用两种控制方式，既有线控制或无线控制。遥控器由发射和接收两部分构成，当接收部分连接线控信号时，遥控器为有线控制，当接收部分接收无线信号时，遥控器为无线遥控。该遥控器可在被试的控制下产生前进和后退信号，要求遥控距离不小于6米。另外，要求无线遥控器采用不同通道的控制方式，以防止两台机器以上设备同时工作时的相互干扰(使得该仪器能同时测试多个被试)。
仪器上电复位后，单片机P2口的高四位输出前进信号驱动步进电机，使游标回到初始位；P0口和P1口的低5位动态扫描输出七段显示信号(参见图2)，呈现游标与零位静标垂直距离(-150.0mm)。
仪器的面板上开有观察窗，被试透过观察窗沿轨道方向可以看到一根游标和三排静标(每排有两根静标)，每排静标分别标示最远位(-150.0mm)、零位和最近位(+150.0mm)。
测试时，被试操纵遥控器调节游标在轨道上前后移动。当游标调节至轨道端点时，限位装置工作，即安装在轨道端点的光电位置传感器发出光控信号，经过光电位置传感器521-2和施密特触发器74HC14隔离整形，分别送入主控电路的P3.4和P3.5端口。并通过主控电路发出限位指令，使步进电机停止转动。数码显示器是随着游标在轨道上前后移动显示实时的数字，即显示游标与静标的垂直距离。每当步进电机单步前进或倒退1个单步距离，单片机都相应地在原有显示基数上加0.1mm或减0.1mm，从而使显示距离与游标的移动精确对应，保证了显示的精度。经过实际测量，游标的单步精度可以达到0.1mm。
当被试认为游标与中间排(零位)的两静标在一条直线上时，停止调节游标。此时，显示器显示数字即为深度知觉误差值。
实验结束后，主试可按动复位健S1(见图2)，使游标回到初始位置，准备下一次实验。
权利要求1.一种数字显示型深度知觉测试仪，其特征是它包括主控电路、数字显示电路、步进电机驱动电路、限位控制电路、限位装置、游标位置控制器、步进电机、传动部件、游标装置；主控电路输入端分别与游标位置控制器、限位控制电路的输出端相连，主控电路的输出端分别与数字显示电路、步进电机驱动电路的输入端相连，步进电机驱动电路的输出端与步进电机的输入端子相连，步进电机的驱动轴通过传动部件与游标装置相连，游标装置通过限位装置与限位控制电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的数字显示深度知觉测试仪，其特征是限位装置是安装在游标装置轨道端点的光电位置传感器。
3.根据权利要求1或2所述的数字显示深度知觉测试仪，其特征是游标位置控制器由遥控器和位置信号输入电路构成。
4.根据权利要求3所述的数字显示深度知觉测试仪，其特征是遥控器采用有线控制或无线控制的遥控器。
专利摘要本实用新型公开了一种数字显示深度知觉测试仪。解决了传统方式测量精度不高，结构复杂、对生产要求苛刻等问题。技术方案由数码显示器直接显示测试结果；它包括主控电路、数字显示电路、步进电机驱动电路、限位控制电路、限位装置、游标位置控制器、步进电机、传动部件、游标装置；主控电路输入端分别与游标位置控制器、限位控制电路的输出端相连，主控电路的输出端分别与数字显示电路、步进电机驱动电路的输入端相连，步进电机驱动电路的输出端与步进电机的输入端子相连，步进电机的驱动轴通过传动部件与游标装置相连，游标装置通过限位装置与限位控制电路的输入端相连。本实用新型使测量快速、直接、方便、准确，不受主试主观影响，操控更方便，更人性化；是心理学测试深度知觉的更新换代品。
文档编号A61B5/16GK2721008SQ200420028950
公开日2005年8月31日 申请日期2004年5月11日 优先权日2004年5月11日
发明者吴晓荣 申请人:天津师范大学