ДЛЯ СПОРТА, КАБИНЕТОВ ПРОФОРИЕНТАЦИИ

В этом разделе описаны электронные устройства, которые могут найти применение в спорте, в кабинетах профориентации общеобразовательных школ. Все эти приборы предназначаются для ориентировочного выявления определенных способностей человека, пригодности его к той или иной профессии. Они помогают также развивать у человека навыки и умения, необходимые для занятий спортом, выполнения профессиональных функций.

РЕФЛЕКСОМЕТРЫ

«У Сергея плохая реакция на выстрел, а то бы он прибежал первым», — говорили болельщики после школьных соревнований по бегуна дистанцию 100 м. И действительно, Сергей немного замешкался на старте, и эти лишние доли секунды не позволили ему выиграть. А ведь бегает он неплохо.

Хорошая реакция нужна не только бегуну, но и футболисту, хоккеисту, шоферу...

Что же такое реакция? Это время, которое проходит от момента воздействия на наши органы чувств какого-либо раздражения до момента принятия конкретных действий. Например, шофер увидел яму на дороге и нажал на тормоза. Промежуток времени «увидел — нажал» и будет составлять в этом случае время реакции.

Несомненно, есть люди с хорошей и плохой реакцией от рождения. Но ведь реакцию можно и тренировать. Для этого и предназначаются рефлексометры разной сложности и функционального назначения.

Рефлексометр со стрелочным индикатором. Этот рефлексометр (рис. 14) позволяет определять время реакции на раздражители красного, зеленого и синего цветов, которые устанавливают переключателем S3. Работа с прибором проста — надо нажимать на кнопку S1 «Пуск» до тех пор, пока на табло не загорится лампа выбранного цвета, а затем быстро ее отпустить. Стрелка индикатора-секундомера покажет время реакции.

Как работает рефлексометр? При нажатии на кнопку S1 «Пуск» включается реле выдержки времени, собранное на транзисторах V1, V2 и тринисторе V3; одновременно к аноду тринистора подключается стабилизатор тока на транзисторе V5 и резисторе R5. Пока тринистор не открыт, напряжение на его аноде близко к напряжению источника питания, и конденсатор С2 реле времени практически разряжен.

Рис. 1.4. Схема рефлексометра со стрелочным индикатором

Через некоторое время, определяемое емкостью конденсатора С1 и сопротивлением резисторов R1, R2, тринистор V3 откроется и загорится одна из ламп H1 — Н3 (в зависимости от положения контактов переключателя S3). Стабилизатор тока подключается к общему проводу, и через тринистор V3 (и включенную лампу) начинает заряжаться конденсатор С2. К этому конденратору подключен вольтметр постоянного тока, представляющий собой измерительный мост, образованный полевым транзистором V6 и резисторами R6—R8, в диагональ которого включен вольтметр PU1. Когда конденсатор С2 заряжается (его зарядка происходит через стабилизатор тока, т. е. по линейному по времени закону), измерительный мост разбалайсирован и стрелка вольтметра отклоняется от нулевой отметки шкалы. Угол отклонения стрелки прямо пропорционален продолжительности зарядки конденсатора С2. Как только испытуемый отпустит кнопку S1, зарядка конденсатора С2 прекратится — стрелка индикатора покажет время реакции.

Если испытуемый отпустит кнопку S1 до того, как вспыхнет полезный сигнал (фальстарт), те стрелка индикатора будет стоять на нулевой отметке шкалы вольтметра.

После измерений показания секундомера сбрасывают нажатием кнопки S2 «Сброс». При этом горевшая лампа гаснет, а конденсатор С2 разряжается через диод V4 и нить накала лампы.

Перед началом измерений стрелку прибора PU1 устанавливают на нулевую отметку переменным резистором R7.

Транзисторы V1, V2 могут быть любые из серий МП35, МП37, МП38; транзисторы V5, V6 — любые из серий КП102, КП103; тринистор V3 — любой из серии КУ201; диод V4 — любой из серий Д2, Д9, Д311. Переменные резисторы R1, R7 — СП-1, постоянные резисторы МЛТ-0,25. Конденсаторы С1 и С2 типа К50-6 или К50-3. Переключатель S3 галетного типа 3П3Н. Вольтметр PU1 - стрелочный прибор М906-3 на напряжение 1 В.

Можно использовать микроамперметр на ток полного отклонения стрелки 100...200 мкА, включив последовательно с ним резистор с таким сопротивлением, чтобы стрелка отклонялась до конечного деления шкалы при напряжении диагонали моста 1...1,5 В. Разъем X1 образован стандартными пятиконтактными штепселем СШ-5 и гнездом СГ-5, Кнопки пульта испытуемого — КМ-2.

Детали рефлексометра можно смонтировать на плате из любого изоляционного материала и установить ее вместе с источником питания в любом подходящем корпусе. На передней стенке корпуса располагают индикатор PU1, цветные фонари с лампами H1—Н3, гнездо разъема X1 и переменный резистор R7 «Уст. 0». Переменный резистор R1 и переключатель S3 целесообразно разместить на задней стенке корпуса, чтобы испытуемый не знал о заданной выдержке реле времени и положении ручки переключателя S3. Кнопки S1, S2 монтируют на выносном пульте, который соединяют с прибором с помощью кабеля и разъема X1.

Настройка прибора заключается в основном в подборе резистора R5; его сопротивление должно быть таким, чтобы стрелка вольтметра PU1 отклонялась до конечного деления шкалы за 1 с.

Возможности этого варианта рефлексометра можно расширить, если ввести « него узел звуковой сигнализации фальстарта (рис. 15), т. е. преждевременного отпускания кнопки «Пуск». Тогда при нажатии кнопки S1 «Пуск» (она должна быть с дополнительными нормально разомкнутыми контактами) откроется тринистор V11 и соединит эмиттер транзистора V10 с отрицательным полюсом батареи питания GB1. Эмиттер транзистора V9 через диод V7 и одну из выключенных ламп H1 — Н3 окажется соединенным с положительным полюсом батареи. Но генератор звукового сигнала пока не будет работать, таккак база транзистора V9 соединена с плюсовым проводом цепи питания через открытый диод V8 и замкнутые контакты кнопки S1.

Рис 15 Схема узла звуковой сигнализации фальстарта

Если испытуемый дождется загорания полезного сигнала и только после этого отпустит кнопку S1, то транзистор V9 генератора останется закрытым и генератор работать не будет. Если же испытуемый отпустит кнопку преждевременно, диод V8 отключится от анода тринистора V3, транзистор V9 откроется {в цепи его базы потечет ток, определяемый сопротивлением резистора R9) и в динамической головке В1 раздастся звуковой сигнал.

Тембр звукового сигнала зависит от емкости конденсатора С3.

В качестве пусковой кнопки S1 можно использовать переключатель П2К без фиксации включенного положения. Разъем X1 — любого типа, с шестью контактами, или прежний разъем, еслин одним из контактов будет служить его корпус.

Обращаем внимание на то, что питание на элементы устройства подается после включения в штепсель гнездовой части разъема X1. Поэтому по окончании пользования прибором от него следует отключать пульт испытуемого.

Рефлексометр «Красный, зеленый или синий?» Цветовосприятие играет большую роль в жизни людей. Каждый день мы сталкиваемся с множеством различных цветов и их сочетаний, что оказывает определенное воздействие на наши поступки. Например, шофер, увидев красный сигнал светофора, начинает тормозить, а при зеленом сигнале трогается с места либо продолжает движение. Во многих случаях человек должен предпринимать определенные действия, характер которых зависит от увиденного только что цвета. Причем здесь важны как правильность принятия решения в ответ на нужный цвет, так и быстрота реакции.

Структурная схема этого варианта рефлексометра, предназначенного для тренировки способности человека быстро и правильно реагировать на различные цвета и отработки координации движений пальцев рук, показана на рис. 16. На его лицевой панели находятся лампы красного, зеленого и синего цветов и световые табло с надписями «Замедленная реакция», «Цветовосприятие и реакция хорошие», «Цветовосприятие плохое», а в руках у испытуемого — пульт с кнопками соответствующих цветов.

Рис. 16. Структурная схема рефлексометра «Красный, зеленый или синий?»

При включении питания горят все три лампы полезного сигнала. Затем две лампы гаснут, а одна продолжает гореть. Испытуемый должен быстро нажать на пульте ту кнопку, цвет которой соответствует цвету горящей лампы. Если он это сделает за определенное время (скажем, не более чем за 1 с), то на табло высветится надпись «Цветовосприятие и реакция хорошие». Если же испытуемый перепутает кнопку или не уложится в отведенное ему время — загорится одна из двух других надписей или обе вместе.

Управляет тренажером мультивибратор, импульсы которого периодически включают и выключают генератор случайного цвета, запускают реле времени, периодически возвращают логическое устройство в исходное состояние.

Генератор случайного цвета подает сигнал на табло с лампами красного, зеленого и синего цветов, на логическое устройство и узел совпадения. В зависимости от совпадения или несовпадения цвета загоревшейся лампы и нажатой на пульте кнопки узел совпадения подает на логическое устройство высокий или низкий логический уровень. Логическое устройство анализирует поданную на его входе информацию и в соответствии с ней управляет зажиганием надписей на табло, характеризуя реакцию испытуемого.

Принципиальная схема рефлексометра приведена на рис. 17. На логических элементах D1.1 и D1.2 микросхемы D1 собран генератор импульсов, частота следования которых составляет несколько десятков килогерц. Эти импульсы поступают на вход счетчика с коэффициентом пересчета 3, собранного на элементах D5.1, D5.2, D1.3. D-триггеры микросхемы D5 работают в счетном режиме, так как их инверсные выходы соединены с D-входами. Коэффициент пересчета 3 получается благодаря использованию элемента D1.3 2И—НЕ. При появлении на выходах триггеров напряжения высокого уровня на выходе элемента D1.3 установится напряжение низкого уровня, которое установит триггер D5.1 в состояние, соответствующее напряжению низкого уровня, на прямом выходе, а тот, в свою очередь, установит в аналогичное состояние триггер D5.2. При следующих импульсах триггеры будут последовательно устанавливаться в состояния 10, 01, 11—>00 и т. д. (стрелка означает переключение триггеров из состояния 11 в состояние 00), Конденсатор С2 увеличивает длительность импульса сброса.

Допустим, что при включении питания выключателем (S4) реле К1 не сработало. В этом случае на выводе 5 логического элемента D1.2 будет высокий логический уровень, генератор станет вырабатывать импульсы, поступающие на счетчик, который вместе с транзисторами V7 — V9 и элементом D1.4 образует генератор случайного цвета. В это время лампы H1 — Н3 светятся слабо, потому что на базы транзисторов V7 — V9 поступают не постоянные напряжения, а импульсные (два импульса из каждых трех, вырабатываемых генератором).

Одновременно нормально замкнутые контакты К1.1 обеспеченного электромагнитного реле К1 установят в исходное состояние RS-триггеры, собранные на элементах D2.2 и D2.3, D3.1 и D2.1, D4.2 и D4.3. При этом на верхних (по схеме) выходах триггеров установится уровень логического нуля. На выходах же элементов D3.3 и D3.4 будет напряжение высокого уровня, так как на одном из входов каждого из этих элементов — напряжение низкого уровня. В это время транзисторы V10 — V12 окажутся закрытыми, а лампы Н4 — Н6, подсвечивающие надписи на табло, обесточенными. На выходах микросхем D6, D7 — напряжение высокого уровня.

Через некоторое время мультивибратор, собранный на транзисторах V1—V5 изменит свое состояние на противоположное, и реле К1 сработает. Генератор импульсов перестанет работать, и одна из ламп H1—Н3 будет индицировать одно из трех устойчивых состояний счетчика импульсов (за время работы генератора импульсов счетчик многократно переполнялся, поэтому число, записанное в цем, совершенно случайное). Одновременно с остановкой генератора начнет заряжаться конденсатор С5 через резисторы R8 и R9. Время зарядку этого конденсатора до момента открывания транзистора V6 зависит от положения движка переменного резистора R9 и составляет 0,3...1 с. За это время испытуемый должен успеть нажать соответствующую кнопку.

Предположим, что после остановки генератора продолжает гореть лампа Н2 (красного цвета) и испытуемый нажал кнопку S2 такого же цвета.

Рис. 17 Принципиальная схема рефлексометра (см. оригинал)

При этом на выходе микросхемы D6, осуществляющей в данном случае логическую операцию 2И — 3ИЛИ — НЕ, появится напряжение низкого уровня, и триггер на элементах D2.2, D2.3 переключится в состояние, противоположное предыдущему. На выходе микросхемы D7, осуществляющей логическую операцию 3ИЛИ—НЕ, также появится напряжение низкого уровня, и триггер на элементах D3.1, D2.1 тоже переключится в противоположное состояние. Если испытуемый уложился в заданное время, то на выходе элемента D3.3 появится напряжение низкого уровня, загорится лампа Н5 «Цветовосприятие и реакция хорошие». Лампа Н6 «Цветовосприятие плохое» не загорится, так как на входе элемента D3.4 будут разные логические уровни, а на выходе его будет напряжение высокого уровня. Не загорится и лампа Н4 «Замедленная реакция», так как на вход элемента D4.1 будет подано напряжение низкого уровня с выхода элемента D3.3, что заблокирует цепь прохождения сигнала от реле времени. Таким образом, будет светиться только одна надпись, фиксирующая отличный результат.

Работу автомата в трех других случаях действий испытуемого иллюстрирует таблица. В ней (0) — появление сигнала только на время нажатия кнопки, буква Г — лапа горит, НГ — не горит.

Таблица

Резисторы R10, R12, R14, R16, R18, R20 ограничивают выходные токи логических элементов и токи базовых цепей транзисторов V7 — V12. Резисторы R11, R13, R15, R17, R19, R21 надежно удерживают эти транзисторы в закрытом состоянии при напряжении высокого уровня на левых (по схеме) выводах резисторов R10, R12, R14, R16, R18, R20. Диод V15 обеспечивает полную разрядку конденсатора С5.

Питание всех микросхем автомата осуществляется от двухполупериодного выпрямителя на диодах V20—V23 со стабилизатором напряжения, собранным на транзисторе V13 и стабилитроне V14. Транзисторы и лампы H1—Н6 питаются от выпрямителя на диодах V16—V19.

Детали автомата, кроме выключателя питания S4, кнопок S1—S3, находящихся на пульте испытуемого, предохранителя F1, трансформатора питания Т1 ламп накаливания H1—Н6, разъема X1, смонтированы на печатной плате размерами 155X85 мм (рис. 18) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Отверстия в плате желательно металлизировать. Если же такой возможности нет, следует обратить особое внимание на качественную пайку радиодеталей с обеих сторон платы. При пайке микросхем температура жала паяльника не должна превышать 260° С, время пайки одного вывода — не более 5 с. Перегрев микросхем недопустим.

Рис. 18. Монтажная плата и схема размещения деталей на ней: а — вид на печатные проводники со стороны, противоположной размещению деталей; б — вид на печатные проводники со стороны деталей; в — расположение деталей на плате

Все постоянные резисторы МЛТ-0,125, переменный резистор R9 — С10 - 0,125. Конденсаторы С1 и С2 типа К10 - 7В или КМ-6; С3 — С7 типа К50-6. Транзис торы V1—V4, V6 могут быть любые из серий КТ306, КТ312, КТ316, V5 — КТ603, КТ608, МП35. Транзисторы МП26Б (V7—V12) можно заменить на МП25, ГТ402, ГТ403, а ГТ403Г (V13) — на ГТ402, ГТ403, П213 с любыми буквенными индексами. Микросхемы D1—D4, D6-D7 можно заменить соответствующими аналогами из серии К158 без какой-либо переделки печатной платы. Можно использовать аналоги и из других серий, например серии К133, но в этом случае потребуется переработка печатной платы.

Перед пайкой выводы всех радиодеталей следует сформовать таким образом, чтобы исключить обрыв печатных проводников при случайном воздействии усилия на деталь.

Трансформатор Т1 намотан на магнйтопроводе Ш20Х30, Обмотка I содержит 1760 витков провода ПЭВ-2 0,21, обмотка II — 55 витков провода ПЭВ-2 0,31, обмотка III — 200 витков провода ПЭВ-2 0,41. Лампы H1—Н6 типа МН26-0,12. Кнопки S1—S3 типа КМ1-1. Выключатель питания S4 может быть любого типа, например ТВ1-1.

Кнопки S1 — S3 монтируют в выносном пульте произвольной конструкции, который соединяют с прибором гибким четырехжильным кабелем длиной 1,5...2 м через разъем X1. Цвет кнопки S1 должен соответствовать цвету лампы Н3, S2 — цвету лампы Н2, S3 — цвету лампы H1.

Прибор может быть собран в деревянном корпусе, оклеенном цветным дерматином или декоративной поливинилхлоридной пленкой. Передняя панель из органического стекла, под ней находятся лампы Н4 — Н6, освещающие табло. На передней панели находится также выключатель питания S4. Гнездовая часть разъема X1 и держатель предохранителя F1 находятся на задней стенке корпуса. Трансформатор питания Т1 и печатную плату крепят к днищу корпуса, причем плату располагают таким образом, чтобы через отверстие в задней стенке корпуса имелся доступ к резистору R9 для регулировки.

Если в монтаже нет ошибок, а все детали исправны, прибор начинает работать сразу. Вначале движок резистора R9 устанавливают в крайнее левое (по схеме) положение. Этому положению соответствует максимальная выдержка реле времени. Затем, по мере тренировки, выдержку реле времени уменьшают, вращая ось резистора R9.

Рефлексометр «Спектр», схема которого показана на рис. 19, позволяет определять реакцию человека на световые раздражители красного, зеленого и желтого цветов (цвета светофора).

Рис. 19. Схема рефлексометра «Спектр» (микросхема D1 — К155ЛА3)

Время реакции фиксируется электронным счетчиком.

В руках у испытуемого находится пульт с кнопками S1 и S2, который через разъем X1 связан с прибором гибким четырехжильным кабелем. Перед началом эксперимента кратковременно нажимают кнопку S2 «Сброс». При этом установится в нулевое состояние электронный счетчик на микросхемах D2 — D5, закроется тринистор V4 (если до этого он был открыт). Переключателем S3 «Цвет» выбирают цвет лампы полезного сигнала, на который будет реагировать испытуемый. Лампы Н2, Н4, Н6 выполняют функции эталонов. Лампы H1, НЗ, Н5, баллоны которых окрашены в красный, зеленый и желтый цвета, расположены вперемежку с лампами отвлекающих сигналов на матовом экране размерами 200X200 мм. Все лампы отвлекающих сигналов соединены последовательно в три гирлянды (на рис. 20 лампы каждой гирлянды условно обозначены цифрами 1, 2 и 3). Гирлянды последовательно переключаются трехфазным мультивибратором с частотой 0,3...1 Гц (можно, например, собранным по схеме на рис. 30). При работе мультивибратора, создается впечатление, что световые лучи «убегают» от центра к краям экрана. Заметить зажигание ламп H1, Н3 и Н5 полезного сигнала на фоне мигающего экрана довольно трудно.

Рис 20. Расположение ламп отвлекающего сигнала

Итак, испытуемый нажимает и продолжает удерживать кнопку S1 «Пуск». При этом лампы эталонных цветов Н2, Н4, Н6 отключаются, начинается зарядка конденсатора С1 через резисторы R1 и R2. Когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения стабилизации стабилитрона V1, через него потечет ток, транзисторы V2, V3 и тринистор V4 откроются — загорится одна из ламп полезного сигнала — H1, Н3 или Н5. Одновременно на выводе 5 элемент та D1.2 появляется напряжение высокого уровня; которое разрешает прохождение импульсов на вход счетчика.

Эти импульсы прямоугольной формы с частотой 100 Гц получаются в результате выпрямления переменного напряжения сети (50 Гц) диодным мостом V7 — V10 и последующего формирования элементами D1.1 и D1.2.

В рефлексометре использован двухразрядный счетчик — сотых и десятых долей секунды. Он собран на микросхемах D2 — D5, а индикация показаний осуществляется цифровыми индикаторами H1—Н3.

Разберемся с работой счетчика подробнее. Микросхема К155ИЕ2 представляет собой двоично-десятичный четырехразрядный счетчик. Для обеспечения счетного режима работы выход первого ее триггера (вывод 12) соединен со входом второго триггера (вывод 1). Входные импульсы подают на вход С1 (вывод 14). Установка всех четырех триггеров счетчика в нулевое состояние обеспечивается подачей напряжения высокого уровня на входы &R0 (в рефлексометре это происходит при нажатии кнопки S2 «Сброс»). В режиме счета импульсов на входы &R0 должно быть подано напряжение низкого уровня. При поступлении импульсов на вход С1 происходит последовательное переключение триггеров микросхемы таким образом, что число, записанное в триггерах и выведенное в двоичной форме на выходы 1—2—4—8, соответствует числу поступивших на счетчик импульсов, считая от момента его сброса. Выходы счетчика соединены с соответствующими входами дешифратора (микросхема К155ИД1), который преобразует двоично-десятичный код в десятичный и управляет зажиганием цифр индикатора ИН-14.

Импульсы частотой 100 Гц подаются на вход С1 микросхемы D4, а с ее выхода (вывод 11)— на вход С1 микросхемы D2. Цифровой индикатор НЗ высвечивает сотые доли секунды, а индикатор Н2 — десятые доли; индикатор H1 подключен постоянно и высвечивает цифру «0» (секунды). Чтобы испытуемый не мог реагировать на мерцание цифр индикаторов при работе счетчика, их анодная цепь разрывается контактами S1.2 кнопки S1 и восстанавливается только после отпускания этой кнопки. Если время реакции превысит 6,9 с, то на выводе 2 микросхемы D3 появится напряжение низкого уровня, откроются диод V5 и тринистор V6, загорится табло «Замедленная реакция» (лампа Н7).

Увидевполезный сигнал, испытуемый отпускает кнопку S1. При этом транзисторы V2, V3 закроются, на входе элемента D1.2 появится напряжение низкого уровйя и подача импульсов на счетчик прекратится. Цифровые индикаторы будут высвечивать время реакции. Если оно превышает 0,9 с, то загорится табло «Замедленная реакция». После этого устройство можно установить в исходное состояние кратковременным нажатием кнопки S2 «Сброс».

Транзисторы V2 и V3 рефлексометра могут быть любыми из серий КТ306, КТ312, КТ315; тринисторы V4 и V6 — КУ101 с любыми буквами. Конденсатор С1 — типа К50-6, К50-12 или К53-1; переменный резистор R2 — СП-1, постоянные резисторы — MЛТ-0,25. В гирляндах отвлекающих сигналов использованы коммутаторные лампы КМ12-90, причем последовательно с гирляндой 1, содержащей меньшее число ламп, включен резистор типа ПЭВ-7,5 сопротивлением 910 Ом. Гирлянды рассчитаны на напряжение сети 220 В. Баллоны всех ламп окрашены в желтый цвет. Для окраски ламп можно использовать теплостойкие бесцветные лаки, растворив в них пасту от шариковых стержней необходимого цвета. Лампы гирлянды смонтированы в пенопласте толщиной 2...2,5 см, который сверху закрыт матовым стеклом.

В этот рефлексометр можно ввести сигнализацию преждевременно отпущенной кнопки S1, автоматический сброс устройства (тогда не понадобится кнопка S2), ввести звуковую индикацию полезного сигнала.