基于STEP Pico实现反应测试器

内容介绍

基于STEP Pico实现反应测试器

一、项目需求

具体要求：随机点亮板上的一个LED，按下板上的一个按键，在显示屏上显示出从灯亮到按键之间的时间，这是心理学上的一个重要实验。

实现方式：通过软件产生随机数，程序启动以后在随机数控制的时间下点亮板上的LED，被测试者按下按键以后，处理器计算从点亮灯到接收到按键之间的时间差，并将时间差通过USB显示在PC上，也可以将OLED用起来，在OLED上显示时间信息。

二、实现功能

2.1 随机亮灯

为了避免出现样式过于固定导致测试者提前预判灯亮的序号和时机，保证测试的随机性，选择在每隔随机3-5的浮点数秒时间亮1-8中随机一个LED灯。

2.2 按键反馈

利用扩展板卡上的K1按键进行测试者与硬件的交互，当测试者在灯亮后按下，能够点灭LED灯避免长时间的LED照明同时为下一次测试做准备；此外，以按下这一动作为时间戳，计算反应时间并直接显示在板卡提供的OLED屏幕上。

2.3 结果显示

从准备环节到玩家按下K1按键为一轮测试，每一轮结果都会在控制台信息栏以及OLED屏幕中显示具体反应时间为“xxx ms”，以毫秒为单位。

三、具体实现思路

利用random()函数和sleep()函数进行一轮测试的随机亮灯时间和总测试时间的规定。

利用time()函数进行精确的时间记录。

设计K1callback函数实现按键后反应时间计算和结果显示。

四、流程图

五、主要实现代码讲解

主程序段

timer_start = 0
oled.text("READY",45,20)
oled.show()
while True:
    ws2812b.off_all()
    time.sleep(random.uniform(3,5))
    ws2812b.on(random.randrange(1,12,1),"#33ffe5")
    timer_start = time.ticks_ms()
    time.sleep(10)

首先在运行时初始化timer_start，以便后续正确记录灯亮时的时间戳。

为了明确游戏已经开始，在OLED屏幕上时刻显示“READY”字样以提醒测试者。

本项目使用while循环来进行多轮游戏的实行。每一轮游戏通过sleep()函数和random()函数来随机时间随机序号点亮单个LED灯，并在10秒后直接开始下一轮游戏。

OLED结果显示函数

def print_result(msg):
    oled.fill(0)
    oled.show()
    wri = Writer(oled,freesans20)
    wri.set_textpos(oled,0,0)
    wri.printstring("Your \nReaction Time \n" + str(msg) + "ms")
    oled.show()

通过oled.fill(0)和oled.show()两段函数执行来清空当前OLED屏幕内容以便后续结果显示。

使用了writer函数代替原有的text，以显示更大的字体。

K1的callback函数

def k1_callback(pin):
    global timer_start
    ws2812b.off_all()
    timer_reaction = time.ticks_ms() - timer_start # ticks_diff
    print("Your reaction time was " + str(timer_reaction) + "ms")
    print_result(timer_reaction)
    time.sleep(5)
    oled.fill(0)
    oled.show()
    oled.text("READY",45,20)
    oled.show()
k1 = button(pin_cfg.k1, k1_callback, trigger=Pin.IRQ_FALLING)

当我们按下K1按键的时候会执行上面这一段函数。

ws2812b函数用于控制板卡上的8颗LED彩灯，按下K1会将所有LED点灭。

之后根据按下后的当前时间戳减去timer_start时间戳，也就是灯亮时的时间戳，得到反应时间。

随后调用OLED结果显示函数。并在控制台中打印同样的信息。经过5秒后回到“准备”环节，进行下一轮测试。

六、遇到的主要难题

LED灯的控制

第一次接触ws2812b库函数，对函数的调用不太熟练，经常由于缺少参数或格式不对导致程序报错，LED灯的初始亮度过于亮在使用过程中会对使用者造成一定的损伤，最后通过调整库函数中的参数将亮度调低了一些。

OLED屏幕

OLED输出文本需要有基准定位，以像素为单位，同时oled自带函数输出并不能换行显示。因此利用writer库加上一些字体库能够解决需要显示的文字参数过长的问题，并且字体相比oled自带的要大，显示更清晰。

七、未来的计划建议

本项目已经按要求实现了反应测试器的全部流程，但是也有一些地方可以改进。

例如，项目指使用到了K1按钮，并没有用到K2按钮。在程序开始执行后是通过while循环和sleep()函数来实现多次测试环节，如果利用K2，可以尝试实现测试者控制开始结束流程，当按下K2后开始显示“READY”进行一轮测试环节，在灯亮按下K1后保持显示OLED测试结果数据，不自动清除消息进入下一轮测试，而是等待下一次K2按下来启动测试。

另外，对于LED灯方面也可以增加一些趣味性，例如在开始测试前加入呼吸灯、RGB呼吸灯等效果，在测试中加入颜色的随机，在结果显示时根据不同结果显示不同颜色的LED灯等等。

八、心得体会

通过这一次STEP Pico的嵌入式系统学习，我感受到了编程与嵌入式系统的乐趣所在，但是由于学习时间较短，对很多内容了解不深没有很好掌握，例如如何利用K2按键额外增添callback函数，如何使LED等随机颜色。此外，板卡所带的很多资源也没来得及学习，像电位计、蜂鸣器、姿态传感器等，很多东西只浅浅参考了老师提供的资源代码来了解这些功能。这一块板卡上集成的功能非常多，因此能够让我们充分发挥想象并能利用这块板卡实现。这是一次很好的学习机会，让我对嵌入式系统有了初步的了解。