一种协调性感统训练的测评系统及其测评方法与流程

本发明涉及一种测评系统，具体地说，涉及一种协调性感统训练的测评系统及其测评方法。

背景技术：

人手的优越性在于综合了生物信息处理系统所有的各种特性，如信息的接收、传递、变换、反馈和转化等，它既是整个人体极其复杂的机体的一部分，它的灵巧程度又无疑地要作用于人的机体的其它部分。因而，手臂对人来说具有特殊重要的意义：(1)手和臂的运动机能，与大脑、小脑、神经、肌肉、血液循环系统等都密切关联，手臂协调性程度与人的生理状态密切相关。(2)当人的肌体的某些部分产生病变，受到障碍时，往往影响手臂动作的协调性程度，手臂协调性程度与人的病理状态密切相关。(3)手臂动作的协调程度与人的注意力、情绪、休息、高级与低级神经活动状态密切关联，手臂协调程度与人的心理状态密切相关。

由此可见，双手手臂协调性程度是人体状况(生理素质和心理素质)的重要参数，是反映中枢神经系统机能状况及上肢肌体健全与灵敏程度的重要标记，是健康检查和康复评定的一项新的重要指标，也是心理测试的一项重要指标。

双手协调能力是体现个体状况(生理素质和心理素质)的重要参数，协调性训练测评机用于研究双臂分配能力的手段等心理素质的训练和测评，通过训练双手协调能力，能够提升人的肌力、关节活动度、视觉、触觉、立体觉、位置觉和大脑的活动协调能力，尤为重要的是能传递人体重要医学信息。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种协调性感统训练测评系统及其测评方法，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种协调性感统训练测评系统，所述测试分析仪包括主控单元、电源模块、左端摇杆、右端摇杆、键盘按键、液晶显示器以及应用接口；其中，主控单元用于建立不同难度级别的正态分布数学模型，以作为手臂协调性水平的评价依据；并根据用户在音乐节拍播放过程中，对左端摇杆和/或右端摇杆的操作是否正确和准确，以及测试所需时间和出现的错误次数自动计算测评双手协调性，测试结果将显示在液晶显示器同时保存在sd卡中；电源模块与主控单元连接，为主控单元供电；左端摇杆和右端摇杆分别与主控单元连接，且在左端摇杆和右端摇杆的上、下、左、右四个方向设置有左端上下左右四个指示灯和右端上下左右四个指示灯，左端摇杆和右端摇杆根据提示箭头的指示方向在一个节拍内将摇杆摆到相应位置，主控单元控制相应指示灯亮起；键盘按键与主控单元连接，键盘按键作为外部输入设备，用于注册、登录、调整音量以及训练过程中的操作；液晶显示器与主控单元连接，液晶显示器作为外部输出设备，用于显示操作界面以及评价结果，在训练测试过程中根据音乐节拍显示提示箭头，即出现红色箭头；应用接口与主控单元连接，用于扩展外接设备。

作为对本发明所述的测评系统的进一步说明，优选地，主控单元包括微程序控制器mcu、摇杆控制单元、按键控制单元、lcd控制单元、用于计时的系统时钟单元、存储单元、应用接口控制单元；其中，摇杆控制单元包括左端摇杆检测单元、左端指示灯控制单元、右端摇杆检测单元、右端指示灯控制单元；其中，左端摇杆检测单元检测左端摇杆的左端摇杆动作信号，并发送给微程序控制器mcu，微程序控制器mcu根据左端摇杆动作信号，发送指令给左端指示灯控制单元，左端指示灯控制单元控制左端上下左右四个指示灯亮灯或不亮灯；右端摇杆检测单元检测右端摇杆的右端摇杆动作信号，并发送给微程序控制器mcu，微程序控制器mcu根据右端摇杆动作信号，发送指令给右端指示灯控制单元，右端指示灯控制单元控制右端上下左右四个指示灯亮灯或不亮灯；按键控制单元，将键盘按键的输入信号发送给微程序控制器mcu；lcd控制单元，将微程序控制器mcu的输出信号发送给液晶显示器；系统时钟单元，用于产生时钟信号并驱动微程序控制器mcu；存储单元，用于存储系统参数及用户注册信息；应用接口控制单元，用于将接入应用接口的外接设备的输入信号转换成微程序控制器mcu可识别的信号。

作为对本发明所述的测评系统的进一步说明，优选地，应用接口包括音频接口、usb接口、以太网接口、sd卡接口；其中，音频接口通过音频控制单元与微程序控制器mcu连接，音频接口外接蜂鸣器，用于测试操作过程中的语音提示，以及播放音乐；usb接口通过usb控制单元与微程序控制器mcu连接，usb接口外接扩展设备；以太网接口通过以太网控制单元与微程序控制器mcu连接，以太网接口通过网线连接互联网；sd卡接口通过sd卡控制单元与微程序控制器mcu连接，sd卡接口外接sd卡，用于将测试记录转存到电脑中保存，便于统计。

作为对本发明所述的测评系统的进一步说明，优选地，所述不同难度级别的正态分布数学模型包括如下模型：初级难度的正态分布数学模型为：其中x表示操作正确次数，tte为64个异步节拍的累加和，f1表示得分；中级或高级难度的正态分布数学模型为：其中x表示操作正确次数，tte为64个异步节拍的累加和，f2表示得分。

作为对本发明所述的测评系统的进一步说明，优选地，所述初级难度为左端摇杆控制64个节拍，每2秒更换一个节拍，右端摇杆控制128个节拍，每秒更换一个节拍；每个节拍1秒；所述中级难度为左端摇杆控制128个节拍，每0.75秒更换一个节拍，右端摇杆控制64个节拍，每1.5秒更换一个节拍；每个节拍0.75秒；所述高级难度为左端摇杆控制96个节拍，前半部分每1.5秒更换一个节拍，后半部分每0.75秒更换一个节拍，右端摇杆控制96个节拍，前半部分每0.75秒更换一个节拍，后半部分每1.5秒更换一个节拍；每个节拍0.75秒；

为了实现本发明的另一目的，本发明提供了一种采用所述的测评系统的测评方法，所述测评方法包括如下步骤：1)以不同年龄阶段的健康人群作为样本分析，建立正态分布数学模型作为评价标准；1-1)样本数据采集：每个样本在所述的测试系统上分别进行初级、中级、高级三种难度级别的测试，每个样本通过左端摇杆和右端摇杆将测试数据发送到微程序控制器mcu；1-2)样本数据存储：微程序控制器mcu将所有样本测试数据根据年龄段进行分类和统计以得到所述正态分布数学模型，并保存到存储单元中或者保存到sd卡中；2)对训练用户进行协调性训练，以得到测试结果；2-1)微程序控制器mcu开始计时，微程序控制器mcu根据训练用户设置的音量值将音频数据通过软件算法处理后以dma的方式送给音频解码器，再经过音频控制单元播放音乐，同时微程序控制器mcu根据音乐节拍发送显示指令给lcd控制单元，液晶显示器上显示红色的提示箭头；2-2)训练用户根据红色的提示箭头的指示方向在一个节拍内将左端摇杆或右端摇杆摆到相应位置，微程序控制器mcu检测左端摇杆和/或右端摇杆的动作信号，以判断并记录操作的正确和准确，作为训练用户的测试数据保存到存储单元中；3)微程序控制器mcu采用全自动测试积分系统模式，从存储单元中提取训练用户的测试数据，并与样本数据进行比较，通过正态分布数学模型计算此次测试的最终得分。

作为对本发明所述的测评方法的进一步说明，优选地，微程序控制器mcu检测到左端摇杆或右端摇杆到正确位置，液晶显示器上的箭头由红色变成蓝色，箭头下方统计本次测试操作成功次数，并控制相应指示灯亮起。

作为对本发明所述的测评方法的进一步说明，优选地，当液晶显示器的左端和右端同时出现红色的提示箭头时，微程序控制器mcu会记录左端和右端摇到指定位置的时间差，用以计算操作准确得分，即训练用户左右手异步操作的能力。

作为对本发明所述的测评方法的进一步说明，优选地，训练用户没有在一个节拍内将左端摇杆或右端摇杆摇到相应位置，则此次操作时间差记为一个节拍的时间。

本发明用于训练并提高人的肌力、关节活动度、视觉、触觉、立体觉、位置觉和大脑的活动协调能力，是基于arm为核心的stm32单片机开发的双手协调性训练测试设备，采用数字化技术及其先进的算法技术，提高测评数据的合理性，实现了对时间及错误次数的自动记录，并根据测试所需时间和出现的错误次数自动计算出双手协调性系数。根据用户测试的操作的时间及失误次数，运用操作行为拟合算法得出出用户双手协调性水平，用户可通过长期使用操作，以达到提高双手协调性性的效果，具有操作简便、自动计时、计数、计算和成本低的特点。

附图说明

图1为本发明的测评系统的硬件原理框图；

图2为本发明的测评系统的功能结构框图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

如图1所示，图1为本发明的测评系统的硬件原理框图；所述测试系统包括主控单元1、电源模块2、左端摇杆3、右端摇杆4、键盘按键5、液晶显示器6以及应用接口7；其中，主控单元1用于建立不同难度级别的正态分布数学模型，以作为手臂协调性水平的评价依据；并根据用户在音乐节拍播放过程中，对左端摇杆3和/或右端摇杆4的操作是否正确和准确，以及测试所需时间和出现的错误次数自动计算测评双手协调性，测试结果将显示在液晶显示器6同时保存在sd卡中；电源模块2与主控单元1连接，为主控单元1供电；左端摇杆3和右端摇杆4分别与主控单元1连接，且在左端摇杆3和右端摇杆4的上、下、左、右四个方向设置有左端上下左右四个指示灯和右端上下左右四个指示灯，左端摇杆3和右端摇杆4根据提示箭头的指示方向在一个节拍内将摇杆摆到相应位置，主控单元1控制相应指示灯亮起；键盘按键5采用4*3键盘，且与主控单元1连接，键盘按键5作为外部输入设备，用于注册、登录、调整音量以及训练过程中的操作；液晶显示器6采用7寸tft液晶屏显示，且与主控单元1连接，液晶显示器6作为外部输出设备，用于显示操作界面以及评价结果，在训练测试过程中根据音乐节拍显示提示箭头，即出现红色箭头；应用接口7与主控单元1连接，用于扩展外接设备。

请参看图2，图2为本发明的测评系统的功能结构框图；主控单元1包括微程序控制器mcu11、摇杆控制单元12、按键控制单元13、lcd控制单元14、用于计时的系统时钟单元15、存储单元16、应用接口控制单元17；其中，摇杆控制单元12包括左端摇杆检测单元121、左端指示灯控制单元122、右端摇杆检测单元123、右端指示灯控制单元124；其中，左端摇杆检测单元121检测左端摇杆3的左端摇杆动作信号，并发送给微程序控制器mcu11，微程序控制器mcu11根据左端摇杆动作信号，发送指令给左端指示灯控制单元122，左端指示灯控制单元122控制左端上下左右四个指示灯亮灯或不亮灯；右端摇杆检测单元123检测右端摇杆4的右端摇杆动作信号，并发送给微程序控制器mcu11，微程序控制器mcu11根据右端摇杆动作信号，发送指令给右端指示灯控制单元124，右端指示灯控制单元124控制右端上下左右四个指示灯亮灯或不亮灯；按键控制单元13，将键盘按键5的输入信号发送给微程序控制器mcu11；lcd控制单元14，将微程序控制器mcu11的输出信号发送给液晶显示器6；系统时钟单元15，用于产生时钟信号并驱动微程序控制器mcu11；存储单元16的存储类型为串行flash，用于存储系统参数及用户注册信息；应用接口控制单元17，用于将接入应用接口7的外接设备的输入信号转换成微程序控制器mcu11可识别的信号。

应用接口7包括音频接口71、usb接口72、以太网接口73、sd卡接口74；其中，音频接口71通过音频控制单元与微程序控制器mcu11连接，音频接口71外接蜂鸣器，用于测试操作过程中的语音提示，以及播放音乐；usb接口72通过usb控制单元与微程序控制器mcu11连接，usb接口72外接扩展设备；以太网接口73通过以太网控制单元与微程序控制器mcu11连接，以太网接口73通过网线连接互联网；sd卡接口74通过sd卡控制单元与微程序控制器mcu11连接，sd卡接口74外接sd卡，用于将测试记录转存到电脑中保存，便于统计。

本发明还提供一种采用所述的测评系统的测评方法，所述测评方法包括如下步骤：

步骤1)：以不同年龄阶段的健康人群作为样本分析，建立正态分布数学模型作为评价标准；

1-1)样本数据采集：每个样本在所述的测试系统上分别进行初级、中级、高级三种难度级别的测试，每个样本通过左端摇杆3和右端摇杆4将测试数据发送到微程序控制器mcu11。

1-2)样本数据存储：微程序控制器mcu11将所有样本测试数据根据年龄段进行分类和统计以得到所述正态分布数学模型，并保存到存储单元16中或者保存到sd卡中。

所述数学模型包括如下模型：

在初级难度中，左右手共有192个节拍，用户操作正确x个，则有操作正确得分：

在初级难度中，左手64个节拍，右手128个节拍，其中右手的64个节拍需要和左手的64个节拍同步，系统计算用户两手将摇杆摇到指定位置的时间差te，将64次时间差加起来，得到总的时间差tte：

如果用户在一个节拍的时间内，某只手没有操作正确，则此次时间差取最大值，一个节拍，即1000ms，于是用户操作准确得分可表示为：

因此设置总的得分里操作正确得分权重为0.9，操作准确得分权重为0.1，于是协调性训练测评机初级难度测试得分可表示为：

其中x表示操作正确次数，te[i]表示第i个异步节拍左右手操作时间差，如果用户未操作成功，则记为te[i]＝1000，tte为64个异步节拍的累加和，f1表示得分；

类似可以得到中级或高级难度测试得分可表示为：

其中x表示操作正确次数，te[i]表示第i个异步节拍左右手操作时间差，如果用户未操作成功，则记为te[i]＝750，tte为64个异步节拍的累加和。tte为64个异步节拍的累加和，f2表示得分。

所述初级难度为左端摇杆3控制64个节拍，每2秒更换一个节拍，右端摇杆4控制128个节拍，每秒更换一个节拍；每个节拍1秒；所述中级难度为左端摇杆3控制128个节拍，每0.75秒更换一个节拍，右端摇杆4控制64个节拍，每1.5秒更换一个节拍；每个节拍0.75秒；所述高级难度为左端摇杆3控制96个节拍，前半部分每1.5秒更换一个节拍，后半部分每0.75秒更换一个节拍，右端摇杆4控制96个节拍，前半部分每0.75秒更换一个节拍，后半部分每1.5秒更换一个节拍；每个节拍0.75秒；

2)对训练用户进行协调性训练，以得到测试结果；

首先，用户通过键盘按键5操作登录所述的测试系统，并在液晶显示器6上显示系统界面；在系统界面上选择进入音乐选择界面，通过键盘按键5操作选择难度级别和歌曲，其中，协调性测试分为3个难度级别，用户选择一个难度级别后，进入测试界面，系统进入“等待测试”状态。

然后，在测试界面开始测试，系统语音提示测试开始，微程序控制器mcu11开始计时，微程序控制器mcu11根据用户设置的音量值将音频数据通过软件算法处理后以dma的方式送给音频解码器，再经过音频控制单元播放音乐，并根据音乐节拍发送显示指令给lcd控制单元14，在液晶显示器6上显示操作提示符，即出现红色箭头。

接着，训练用户根据红色的提示箭头的指示方向在一个节拍内将左端摇杆3或右端摇杆4摆到相应位置，微程序控制器mcu11检测左端摇杆3和/或右端摇杆的动作信号，以判断并记录操作的正确和准确，作为训练用户的测试数据保存到存储单元16中；其中，微程序控制器mcu11检测到摇杆摇到正确位置，液晶显示器6上显示红色的提示箭头由红色变成蓝色，箭头下方统计本次测试操作成功次数，并控制相应指示灯亮起；如果左手摇杆3和右手摇杆4的控制端同时出现红色箭头提示符时，微程序控制器mcu11记录两端摇到指定位置的时间差，用以计算操作准确得分；如果用户没有在该节拍内将左手摇杆3和右手摇杆4摇到相应位置，则此次时间差记为一个节拍的时间。

步骤3)：音乐播放结束，测试完成，微程序控制器mcu11采用全自动测试积分系统模式，从存储单元16中提取训练用户的测试数据，并与样本数据进行比较，根据用户正确操作次数以及各个节拍操作准确度，通过正态分布数学模型计算此次测试的最终得分。

在测试过程会出现以下几种情况：

1测试完成。音乐播放结束，测试完成。

2测试结束。测试过程中，用户长按“退出”键，系统判为“用户主动结束测试”，测试结束。

测试完成，系统会根据记录的测试时间和失误次数，依照数学模型，计算出用户的最终得分，语音播报。并将测试记录保存到sd卡中相应难度级别的文件内，如果本次得分进入本难度级别的高分排行榜前10名，则将测试信息存入内部串行flash的高分排行榜，如果得分相同，则以测试时间早的记录在前。

测试结束，系统不会计算用户的最终得分，也不会保存此条测试记录，但再次测试时“上次测试”会显示之前的测试时间和失误次数。

本发明用于测试并训练双手协调性的设备，协调性训练通过练习双手通过指示完成左右手共同控制的一个整合的任务，可以抑制中枢神经的干扰，促进注意合理分配，使左右手同时完成协调性的动作。长期训练有助于注意合理分配；提高人的肌力、关节活动度、视觉、触觉、立体觉、位置觉和大脑的活动协调能力。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。