本发明属于运动能力训练装置技术领域，具体涉及一种反应灯装置及运动能力训练系统。
背景技术：
运动能力是指身体在运动中表现的活动能力。包括一般运动能力(基础运动能力)和特殊运动能力(竞技运动能力)。前者是人体在日常生活、劳动和运动中所必需的走、跑、跳、投等基本活动能力，而后者则是为完成某项技术所需要的专门运动能力。孩子的运动能力的发展有两个部分：一是躯体运动，也叫大肌肉运动。是负责控制身体的。另一个叫精细运动，或者叫小肌肉运动或随意运动。新生儿出生后就具备了较强的运动能力，新生儿的运动能力，一部分是属于原始反射，如踏步反射。
运动能力是人参加运动和训练所具备的能力，是人的身体形态、素质、机能、技能和心理能力等因素的综合表现。尤其在儿童及青少年在成长过程中，运动能力和体能训练都是其不可或缺的重要活动，在各类升学考试中，体考也成了必不可少的一项，可见体能及运动能力对于青少年发育的重要性。
现有的一些运动能力训练设备和训练方法都是比较枯燥单一(跑步、跳远、投掷等)，不具备有效的反馈和激励措施，因此在给青少年进行体能或运动能力训练时，他们的兴趣不大，且无法长时间坚持，达不到训练的效果和目的。也缺乏能够同时训练/测试体能和智力的解决方案。
此外，在实际应用中，不同测试者取得相同的测试或者训练成绩，其体能消耗、生理状况的改变是不同的，借助现有训练辅助设备只能获取外在成绩，无法测得体内消耗情况，不能满足一些运动员选拔或者康复训练的需要。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种反应灯装置及运动能力训练系统，从而有效引导测试者达到训练效果和目的，也能够同时训练/测试体能和智力，以及实现结合生理参数监控满足选拔或者康复训练的需要。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供了一种用于能力训练的反应灯装置，包括壳体和灯，还包括pcb板(3)、电池(4)和固定配件(8)；
壳体由顶盖(1)、前罩(2)和后罩(5)组成；顶盖(1)选用具有透明效果的材料，安装于前罩(2)；后罩(5)的内侧安装有电池座(6)，用于固定电池(4)；前罩(2)和后罩(5)固定连接，将pcb板(3)、电池(4)保护其中；
后罩(5)安装有固定配件(8)，固定配件(8)有卡扣结构和易于连接外部结构的部件。
较佳地，灯是两组led灯(10)；
一组12个，按照钟表12时刻的位置分布；另外一组有17个led灯，排列成“日”字形，能按照设定好的程序点亮并显示0-9不同的数字。
根据本发明的另一个方面，提供了一种运动能力训练系统，包含若干反应灯装置和控制端，
所述反应灯装置，包括壳体、灯、供电单元、中央处理单元、无线通讯单元、反应感知单元和信号处理单元；
壳体由顶盖(1)、前罩(2)和后罩(5)组成；顶盖(1)选用透明材料，安装于前罩(2)，位于反应灯装置的最上层；后罩(5)的内侧安装有电池座(6)，用于固定电池(4)；前罩(2)和后罩(5)固定连接；后罩(5)还安装有充电端子(7)和固定配件(8)；固定配件(8)有卡扣结构和易于连接外部结构的部件；
供电单元用于向灯以及其他各部件供电，包括电池(4)、数字电源模块(16)、模拟电源模块(17)、电池管理模块(18)；
中央处理单元用于根据通过无线通讯单元从控制端接收到的控制指令控制灯的动作；所述灯的动作包括点亮、熄灭、改变颜色、闪烁、显示数字中的一种或者组合；
无线通讯单元用于实现与控制端的无线通讯；
反应感知单元包括红外距离传感器和压力传感器，用于感知反应动作；
信号处理单元用于将反应感知单元接收到的信息进行处理形成反应判断信息，并发送给中央处理单元；
所述控制端是具备无线通讯功能的智能终端，类型包括手机、平板电脑或者个人计算机。
较佳地，每个反应灯装置中的灯是两组led灯(10)；
一组12个，按照钟表12时刻的位置分布；另外一组有17个led灯，排列成“日”字形，能按照设定好的程序点亮并显示0-9不同的数字。
较佳地，所述反应动作包括拍打反应灯装置或遮挡反应灯装置。
较佳地，训练系统还包括身份识别装置；
所述身份识别装置为一种内置无线近场通信电子标签的可穿戴设备；
反应灯装置中还包括无线近场通信电子标签解读模块，用于识别读取身份识别装置内置的电子标签；
无线近场通信电子标签解读模块将解读的电子标签信息发送给中央处理单元，中央处理单元将结合电子标签信息的时序和反应判断信息，判断反应判断信息与电子标签的对应关系并将结果发送给控制端；
控制端判断得出动作与测试者身份的对应关系，获知最先做出反应动作的测试者。
所述身份识别装置可以为含有无源rfid标签的手环或脚环。
反应灯装置中还包括无线近场通信电子标签解读模块具体为rfid电子标签解读模块，用于识别读取身份识别装置内置的无源rfid电子标签；
rfid电子标签解读模块将解读的电子标签信息发送给中央处理单元，中央处理单元将结合电子标签信息的时序和反应判断信息，判断反应判断信息与电子标签的对应关系并将结果发送给控制端；
控制端判断得出动作与测试者身份的对应关系，获知最先做出反应动作的测试者。
根据本发明的第三个方面，提供了一种运动能力训练系统，包含若干反应灯装置和控制端，还包括生理信号采集装置和云端数据库；
所述反应灯装置，包括壳体、灯、供电单元、中央处理单元、无线通讯单元、反应感知单元和信号处理单元；
壳体由顶盖(1)、前罩(2)和后罩(5)组成；顶盖(1)选用透明材料，安装于前罩(2)，位于反应灯装置的最上层；后罩(5)的内侧安装有电池座(6)，用于固定电池(4)；前罩(2)和后罩(5)固定连接；后罩(5)还安装有充电端子(7)和固定配件(8)；固定配件(8)有卡扣结构和易于连接外部结构的部件；
供电单元用于向灯以及其他各部件供电，包括电池(4)、数字电源模块(16)、模拟电源模块(17)、电池管理模块(18)；
中央处理单元用于根据通过无线通讯单元从控制端接收到的控制指令控制灯的动作；所述灯的动作包括点亮、熄灭、改变颜色、闪烁、显示数字中的一种或者组合；
无线通讯单元用于实现与控制端的无线通讯；
反应感知单元包括红外距离传感器和压力传感器，用于感知反应动作；
信号处理单元用于将反应感知单元接收到的信息进行处理形成反应判断信息，并发送给中央处理单元；
所述控制端是具备无线通讯功能的智能终端，类型包括手机、平板电脑或者个人计算机；
生理信号采集装置采集的生理信号包括心电和心率变异性指标，了解被试人员在完成测试方案时，自身的身体状态和生理疲劳情况，以辅助判断被试人员的运动水平和心理素质；
生理信号采集装置和反应灯装置同时由控制端启动，生理信号采集的心电生理数据和反应灯装置采集的运动表现数据共同通过无线传输形式实时上传到控制端，控制端将汇总后的数据上传到云端数据库；
云端数据库按照已设定的多类数据处理程序进行云计算，并给出不同的评价结果。
根据本发明的第四个方面，提供了一种用于运动能力训练系统的充电盒，
包括反应灯装置卡槽和作为控制端的平板电脑卡槽；在反应灯装置卡槽下部有充电电极，与反应灯装置后罩的两个充电金属片接触，实现为电池充电。
本发明的有益效果在于：改善现有运动能力训练设备和训练方法枯燥单一的现状，通过拍打等反应动作实现有效的反馈和激励，同时增强趣味性使受试者尤其是青少年易于完成体能或运动能力训练。通过在反应灯装置上面同时显示数学或逻辑测试项目，实现同时训练/测试体能和智力的目的。通过同步采集受试者的生理参数，满足运动员选拔或者康复训练的需要。
附图说明
图1是反应灯装置的装配爆炸图；
图2是反应灯装置的侧视图；
图3是反应灯装置的仰视图；
图4是反应灯装置的轴测图；
图5是实施例一pcb板的正面示意图；
图6是实施例一pcb板的背面示意图；
图7是充电盒轴测图；
图8是充电盒俯视图；
图9是实施例一篮球反应速度和跑动能力训练配置图；
图10是实施例一篮球运球能力测试配置图；
图11是实施例一羽毛球步伐训练配置图；
图12是实施例二的手环和脚环示意图；
图13是实施例三生理信号采集装置主视图；
图14是实施例三生理信号采集装置后视图。
附图标记：
1-顶盖；2-前罩；3-pcb板；4-电池；5-后罩；6-电池座；7-充电端子；8-固定配件；9-螺丝；10-led灯；11-红外距离传感器；12-无线传输模块；13-中央处理器；14-压力传感器；15-运算信号放大器模块；16-数字电源模块；17-模拟电源模块；18-电池管理模块；19-充电接口；20-反应灯装置卡槽；21-平板电脑卡槽；22-充电电极。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明的训练系统包含多个反应灯装置和控制端。反应灯装置可以是圆形也可以是其他形状，但要保证边缘光滑有倒角，从而在训练测试过程中不会刮伤训练者。
本发明的反应灯装置结构如图1所示。图2、图3和图4分别是反应灯装置的侧面示意图、底部示意图和透视图。反应灯装置包括壳体、灯、供电单元、中央处理单元、无线通讯单元、反应感知单元和信号处理单元。
壳体由顶盖(1)、前罩(2)和后罩(5)组成。顶盖(1)安装于前罩(2)，位于反应灯装置的最上层。本实施例中，顶盖(1)通过其外周侧螺纹旋入前罩(2)。顶盖(1)选用具有透明效果的板材，从而易于观察pcb板上的led灯显示情况。后罩(5)的内侧安装有电池座(6)，用于固定电池(4)。前罩(2)和后罩(5)通过螺丝(9)固定连接，将pcb板(3)、电池(4)保护其中。为加强密封效果，还可在前罩(2)和后罩(5)之间选配橡胶圈。
后罩(5)还安装有充电端子(7)和固定配件(8)。充电端子(7)包括一对正负极端子，贯穿安装于后罩(5)，位于后罩(5)内侧的部分通过导线与pcb板(3)连接，裸露在后罩(5)外侧的圆形金属片部分用于充电。固定配件(8)有卡扣结构和易于连接外部结构的部件，本实施例中是魔术贴。固定配件(8)通过卡扣结构与后罩(5)外侧相对应的卡槽结构相连接。电池(4)为充电电池，可以通过循环充电来为pcb板(3)供电。
固定配件(8)的卡扣结构可以采用多种设计形式。本实施例中，卡扣背部有二个横槽凸起，卡扣座上有二个横槽凹陷，凸起与凹陷对好后，可以将卡扣固定在卡扣座上。卡扣正面可以是平面，或者可以是直接带有固定卡具的结构，这样可以直接通过卡扣将反应灯模块固定在需要固定的各类器械配件上。卡扣正面还可以粘贴魔术贴钩面，可以将魔术贴的毛面粘贴在要固定的器械或配件结构上，这样可以任意将反应灯模块固定在不同的位置，便于设定不同的训练方式和测试内容。
灯用于向参与测试者释放反应信号。本实施例中，灯是两组led灯。本领域技术人员可以根据需要添加声音模块，即增加声音作为反应信号。
供电单元用于向灯以及其他各部件供电，包括电池(4)、数字电源模块(16)、模拟电源模块(17)、电池管理模块(18)。其中电池(4)为可充电电池，数字电源模块(16)、模拟电源模块(17)分别用于将电池供电转换成为数字电路、模拟电路供电。电池管理模块(18)用于管理电池的充放电动作。
中央处理单元用于根据通过无线通讯单元从控制端接收到的控制指令，控制灯的工作模式以及具体动作，根据反应感知单元感测的信息控制灯的动作。灯的动作可以是点亮或熄灭、可以是改变点亮的颜色、还可以是通过一组灯的动作显示数字或字母。
无线通讯单元是一wifi通讯模块，用于应用wifi方式实现与控制端的无线通讯。本领域技术人员可以选择蓝牙模块，或者同时兼容wifi和蓝牙的通讯模块作为替换设计，在此不必赘述。
反应感知单元包括红外距离传感器和压力传感器，用于感知被测者遮挡、拍打灯反应动作。
信号处理单元用于将反应感知单元接收到的信息进行处理形成反应判断信息，并发送给中央处理单元。反应判断信息例如可以是“被有效遮挡”、或“被有效怕打”等表示感知结果的信息。
pcb板(3)的设计如图5和6所示。pcb板正面有两组全彩高亮led灯(10)，一组在外圈，12个led灯，按照钟表12时刻的位置分布；一组在内圈，有17个led灯，排列成“日”字形可以按照设定好的程序点亮并显示0-9不同的数字。在pcb板内圈还有红外距离传感器(11)，包括红外发射器和红外接收器。红外发射装置经障碍物反射到红外接收传感器，光电转换后，经运算放大器测量接收信号，调节接收脉冲电压的阀值可调节接收距离，即可以调节反应灯装置的感应距离，本实施例中设定可调范围在0-80cm。pcb板上还有压力传感器，可以测定拍打反应灯模块时的拍打力度。pcb板上还可以选配声音模块，发出声音刺激，本实施例中未选取。
pcb板背面有无线传输模块(12)、中央处理器(13)、压力传感器(14)、运算信号放大器模块(15)、数字电源模块(16)、模拟电源模块(17)、电池管理模块(18)、充电接口(19)。
为提高便携性还配备有反应灯装置的充电盒。如图7和图8所示，充电盒包括反应灯装置卡槽和作为控制端的平板电脑卡槽。充电盒可以一次性为多个反应灯装置充电。由图8的俯视图可见，在反应灯装置卡槽下部有充电电极，与反应灯装置后罩的两个充电金属片接触，为电池充电。
控制端可以是手机或者是平板电脑等具备wifi和/或蓝牙通讯模块、可以运行控制软件的智能终端，也可是个人计算机。控制端和反应灯装置通过wifi和/或蓝牙通讯无线连接，可以在控制端通过软件设定每个反应灯装置的点亮方式(例如随机、按顺序等)，设定亮灯时间，以及测试方式(例如拍打、上方遮挡等)，还可以设定识别遮挡的距离。设定后，当某一反应灯led亮起时，被试者可以通过已经设定的测试方式(拍打or遮挡)去快速移动到该反应灯模块所处的位置做出反馈，反应灯装置在收到拍打or遮挡红外发射器后，会熄灭led灯，并按照设定好的点亮方式，点亮下个反应灯模块，被试者再进行快速的反馈，依次类推。
通过按照不同的场地、训练类型、运动项目等特征，将多个反应灯模块分别放置在不同的位置，让被试者逐次的去快速反馈从而起到不同的训练目的方式。同时软件记录每一个反应灯模块的点亮熄灭的时间以及两个反应灯模块间的时间差，通过这些时间参数，分析被试者的完成效率和能力水平。
pcb板正面的两组全彩高亮led灯，除了提供视觉光刺激以外，还能通过点亮不同颜色以及显示不同的数字来提供体智结合的训练和测试方式。以下给出多个应用示例以具体说明使用方式。
应用示例1——颜色反应训练
多个反应灯装置有的亮红灯，有的亮绿色，训练时，只让训练者对红灯做出反应，那么训练者除了首先要快速的做出红色反应灯的位置，排除绿色反应灯的干扰，然后快速移动到红色反应灯位置，并熄灭该反应灯。
应用示例2——体智结合训练
多个反应灯内圈的led灯显示不同的数字，训练者需要快速熄灭两个反应灯，熄灭数字之和为10，该训练方式不但能达到反应能力、敏捷性的锻炼，还对智力能力的训练提供帮助，从而体智训练相结合的目的。
应用示例3——篮球反应速度和跑动能力训练
配置反应灯装置4个(简称为a灯、b灯、c灯和d灯)，分别按照图9的方式放置：a点为起点/终点，a灯先亮，被试者出发熄灭a灯，b灯亮，被试者冲向b灯熄灭b灯，c灯或者d灯随机亮，被试者快速做出反馈，横向侧滑步移动到亮起的灯将其熄灭，b灯亮，被试者再横向侧滑步移回b灯将其熄灭，a灯亮，被试者后退跑到a灯将其熄灭，测试结束。此测试能有效评估篮球快速反应和下肢步伐的运动速度能力。
应用示例4——篮球运球能力测试
反应灯装置分布如图10所示，四角的灯会随机亮起，一共亮起20次，运动员以其运球手控制篮球进行运球动作，配合脚下步伐的移动另一只手以最快速度完成20次触摸熄灭反应灯装置，评价其每次灭灯间隙的间隔时间，评价在不同运球方向下的运球能力。
应用示例5——羽毛球步伐训练
一种羽毛球训练方式，在羽毛球训练时，脚下步伐是决定其训练水平的关键因素，将4个反应灯装置分别放置于羽毛球场地的四个边界位置，如图11所示a、b、c、d位置，训练者站在球场中间的初始位置，4个反应灯会随机亮灯(熄灭一个，随机再亮一个)，训练者需要快速的移动和反应，熄灭亮起的反应灯，从而达到训练去脚下移动步伐的效果。
该方案比传统的步伐练习的优势在于，避免了枯燥单调的训练方式，通过视觉上的光刺激，让训练者得到快速的反馈信息，同时教练员也能收集到训练者每次的步伐移动时间(例如前场到后场时间，后场到前场时间等)，量化训练效果，做出针对性的训练计划。
实施例二
在实际训练或者测试中，经常遇到需要区分训练者或测试者的场景。
本实施例中的训练系统包含多个反应灯装置、身份识别装置和控制端。身份识别装置为一种内置无线近场通信电子标签的可穿戴设备，如图12所示可以是含有无源rfid标签的手环或脚环。反应灯装置在实施例一的基础上做如下改进：增加rfid电子标签解读模块，用于识别读取身份识别装置内置的无源rfid电子标签。rfid电子标签解读模块将解读的电子标签信息发送给中央处理单元，中央处理单元将结合电子标签信息的时序和反应判断信息，判断反应判断信息与电子标签的对应关系并将结果发送给控制端。进而由控制端判断得出“被有效遮挡”、或“被有效拍打”等动作与测试者身份的对应关系，获知最先做出反应动作的测试者。rfid电子标签及其解读模块的选型、与pcb板的结合设计属于本领域常规技术，不再赘述。控制端可以是手机或者是平板电脑等具备wifi和/或蓝牙通讯模块、可以运行控制软件的智能终端，也可是个人计算机。控制端和反应灯装置通过wifi和/或蓝牙通讯无线连接，可以在控制端通过软件设定每个反应灯装置的点亮方式，还可以设定识别遮挡的距离。
应用示例6——多人竞技训练
当多人共同使用该反应灯训练系统进行竞技训练时，训练方式可以是把多个反应灯按照不同摆放方式放置于地面或者固定在某个平面上，当两个人竞技性的去熄灭点亮的反应灯，最终计算谁熄灭灯的总数最多，熄灭方式可以是手或者是脚，为了有效区分那个训练者最先熄灭反应灯，可在训练者手上或者脚上佩戴手环和脚环，该手环和脚环含有无源rfid标签。这样训练者在熄灭反应灯装置时，通过手环或脚环上的芯片可以准确判断是那个训练者最先熄灭该反应灯。
实施例三
传统的测试只能了解每一项训练内容下，训练者的运动外在表现成绩，却无法获得其内在的生理情况，这样会导致外在成绩一致的情况下，心理状态轻松的训练者其后续的运动表现和运动成绩提升都会优于心理状态较差的训练者。为满足上述需求，提供该实施例三。
本实施例中的训练系统包含多个反应灯装置、生理信号采集装置、控制端和云端数据库。其中，反应灯装置采用与实施例一相同的设计，用于提供不同的测试方案和测试类型，而且可以提供每类测试方案和测试类型的标准化测试结果(完成时间、效率和有效性、错误率等)。控制端可以是手机或者是平板电脑等具备wifi和/或蓝牙通讯模块、可以运行控制软件的智能终端，也可是个人计算机。生理信号采集装置如图13和14所示，是一个4导联的心电采集装置，通过分析心电和心率变异性等指标，了解被试人员在完成同样负荷的测试方案时，自身的身体状态和生理疲劳情况，这样可以准确判断被试人员的运动水平和心理素质。
生理信号采集装置和反应灯装置同时由控制端启动，生理信号采集的心电生理数据和反应灯装置采集的运动表现数据(即反应感知信息)共同通过无线传输形式实时上传到控制端，控制端将汇总后的数据上传到云端数据库，云端数据库会按照已设定的多类数据处理程序进行云计算，并给出不同的评价结果。
云端数据库会根据被试者的年龄、性别、身高、体重、训练水平等不同的基本信息对数据库数据进行分类和等级划分，针对不同的测试方案和测试项目，构建该特有项目的等级分类标准(例如基于百分位方式划分等级)，有了数据库的等级分类，后续再次进行测试的时候，可以明确给出现有训练者在同龄人中所处的具体水平等级，从而为教练员针对性的训练指导提供科学有效的数据支持。