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1、 x毕业设计(论文)外文资料翻译学院 (系)： 智能制造学院 专 业： 机械电子工程 姓 名： x 学 号： x 外文出处： Behavior Research Methods 2013, Vol.45 (4), pp.1332-1346 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文基于Arduino微控制板测量响应延迟摘要：按键按压的延迟是感知科学模型的主要部分。通常键盘被用于收集按键按压信息，但是它们的不精确性和易变性降低了检验功效，增加了假阳性结果。反应盒和数据采集卡精确，但价格昂贵且非柔性方案。我们建议使用开源的Arduino微
2、控制板作为一种低成本且灵活的替代方案。这种控制板通过一跟USB数据线和虚拟串行端口或通过仿真键盘连接标准实验性软件。我们得出的解决方案是，让Arduino在被标志了测试起点并将延迟和响应信号通过USB数据线传回计算机后测量响应延迟。我们在六个实验中验证了这种通信方式的可靠性、鲁棒性和精准性。测试方法确定了测量结果有不超过1ms的SD误差。另外键盘仿真也会导致类似的准确性测量结果。Arduino表现得等同于串口反应盒，但优于键盘。另外，我们的装置允许其它传感器甚至驱动器的柔性集成去扩展感知科学工具箱。关键词：响应延迟 响应时间 反应盒 Arduino E-Prime测量响应延迟的模型是许多感知实
3、验研究领域的主要研究对象。在理论上，许多不同动作的延迟是可以被测量的：按键、口头回答或手指、手、眼球或其它肢体动作。然而非常常见的是，以实验为基础的心理学家通常让参与者通过按下普通的键盘上的按键对计算机显示的刺激因素做出反应。我们有两点理由相信这是可惜的：首先，普通键盘是众所周知的数据会被干扰影响的非精确输入设备。其次，按键通常会被任意地匹配感知过程的结果，尽管其它移动会更直接地标志调查进程。以实验为基础的心理学家也许意识到了这些缺点，但由于习惯、便利性以及缺少替代方案仍然选择了键盘。在现有成果的基础上，我们推荐一个可选择平台，它同时带来了更精确的测量结果和更富有创新型的可依赖的变量。它使用了
4、开源的Arduino微控制器平台并因此得到了庞大的开发者团队的创意。接下来，我们将在描述并测试Arduino如何被作为一个响应延迟的测量平台使用之前详细阐述普通键盘的不准确性。键盘和反应盒在讨论响应时间测量的特性前，我们需要定义做这件事的术语。遵循Plant和Turner这两位的做法，我们将使用术语准确度和精确度来表示两种不同的概念。当接近一次响应所占的实际时间时，一个响应延迟测量值是准确的。想像一下你测量一个半径为10cm的1kg的球从一个1m高的30斜坡滚下需要多少时间，多次重复（Galilei，1638）。如果平均时间是903ms，那测量结果是准确的。最可能的是你的测量结果将通常分散在平
5、均值左右。分布区域越小，我们就能称测量结果越精确。我们很有可能在一个不精确的平均值左右获得一个非常精确的测量结果（标准差很小）。这对于从你的测量结果中确定g值来说是非常不幸的，但对于当重点在于不同情况间的差异而很少在于绝对值（在确定的限度内）时测量感知科学响应延迟来说是平常的。需要留意的是，无论如何总有精度更加重要的情况，例如当研究对象是比值而不是延迟间的差值时。我们将会在这篇文章中重点阐述精确度问题，并且当我们有数据时会讨论准确度问题。即使在我们使用将刺激呈现与显示器上的刷新周期同步的专用软件时，普通键盘也无法带来毫秒级精度的响应延迟测量。相反的，根据硬件的不同，测得的响应延迟通常伴随着一个
6、从一到数微秒的标准偏差，分布在真实延迟附近（Voss，Leonhart，& Stahl，2007）。例如，Plant和Turner（2009）发现一款贝尔金的USB键盘有一个平均M=18.30ms、标准偏差SD=1.29ms的误差。另外两种通过串口连接的键盘分别有M=33.73、SD=3.08和、M=19.94、SD=0.083的延迟.他们还测试了四款通过USB连接的计算机鼠标，并报告了平均值在18和49ms、SD在0.7和4.28ms之间的误差。K.I.Forster女士和Forster（2003，同时见Forster，2012）测试了一款产生的测量延迟有1.5ms的标准偏差的键盘；几个从S
7、D=5.65到SD=6.74的USB鼠标，和两个产生更低的SD的游戏手柄（1.33和2.61）。不难想象，有这样一系列不同的分布，在实验室使用不同的设备会很快导致错误的结果，甚至坚持使用一种类型硬件也会对数据造成干扰。为了克服这种不精确性，实验者们可以雇用能带来更精确测量结果的特殊硬件，比如所谓的反应盒。这些响应盒在一个特殊而且固定的布局中提供了一些按键，并通常能保证毫秒级精确度的延迟测量。实验软件确保与刺激呈现（视觉或听觉）的同步并记录响应及其延迟。响应盒视型号的不同，使用串口或USB连接计算机。响应盒提供的提高了的测量精度应转化为显著的方法论的进步：测试能力提升，因此只需要更少的参与者和/
8、或试验去检测影响，或能检测到更小的影响。与此同时，由于偶然产生的错误结果而剔除零假设的风险应减少。尽管如此，响应盒的应用绝不普遍。在很多情况下，这可能是由于典型范例的鲁棒性：一些范例产生的影响大到足以使键盘产生的噪音忽略不计。然而在其它情况下，研究人员可能会去使用反应盒，但不是因为硬件成本（特别是当并行运行许多参与的研究时）或设置它们的技术困难。通常，商用的反应盒只与某个特定软件协同工作（好）。可行的反应盒的替代品是存在的，但它们都有一些共同的缺点。例如，反应盒会被像计算机鼠标这样的廉价设备所淘汰，并与PC上的并口连接（Voss et al., 2007）。然而，并口正快速地从新式计算机上消失
9、，而且不用于新式笔记本电脑，尽管替代的USB解决方案已被提出(Canto, Bufalari, & DAusilio, 2011)。而且，多功能硬件可被用于创建反应盒功能：数据采集卡是插入台式计算机扩展槽的微处理板，允许数字输入和输出。它们可被连接到外部按键并在按键被按下时计时(Harmon-Jones, 2011)。例如，这是目前在免费软件包DMDX中提供精确到毫秒的响应延迟测量的唯一方法(Forster & Forster, 2003)。实证报告确认了使用带串行连接、数据采集卡或并口的反应盒进行测量的准确性和精确度：产生的误差通常有更低的平均值（大约6ms），和比较低的标准偏差大部分情况下
10、低于或接近1ms (Forster, 2012; Plant, Hammond, & Whitehouse, 2003; Voss et al., 2007)。不幸的是，我们除了Li、Liang、Kleiner和Lu对他们自己的设备的研究不知道任何关于通过USB连接的反应盒精确度的实证报告。他们通过MATLAB与Psychophysics Toolbox软件协同工作展现了低于1ms的卓越精确度(Brainard, 1997)。反应盒的一个明显缺点是它们只测量按键的按下（和释放）。虽然讽刺感知科学是只用一只眼睛和两根手指的身心研究是不公平的，但有理由相信感知科学过度依赖于研究通过按下两个按钮之一
11、而产生的选择性决定。遗憾的是，测量移动手指、手、头或脚的延迟需要甚至成本更高、比反应盒更难搭建的特殊硬件，而且它通常仅供雇用专业技术人员的大型实验室使用。总结如下：反应盒提供了更精确的按键按压延迟测量；但它们通常不被使用，而且因其特性受到先天限制。目前的研究在这篇文章中，我们提出了使用Arduino微处理器平台作为键盘和标准反应盒的一个替代方案。我们展示了如何将Arduino连接到标准响应时间软件（使用E-Prime），并且报告了与标准反应盒相比它的测量有多精确。我们还简述了Arduino平台如何扩展实验工具箱去包含其它除按键以外的措施。因此，我们会描述Arduino能如何作为一个测量不同延迟
12、的平台使用。我们的实证策略首先是在研究1中评估如何最好地实现PC上的实验软件与连接着PC的Arduino进行通讯，然后为进行此通讯的E-Prime和Arduino开发脚本程序。这些脚本程序的鲁棒性已在研究2中作了评估。在研究3中，我们通过检测屏幕上的刺激呈现测试了我们的平台的速度。研究4被设计用于通过使用检测刺激呈现和按动带有电磁阀的按键的“机器人”将该平台的速度与串行反应盒和标准键盘进行比较。在研究5中，我们仔细研究了如何提高延迟测量的准确性。最后，我们进行了研究6去分析一个更简单的通讯方案的性能，它可以用于任何实验软件，而不仅仅是E-Prime。Arduino平台Arduino是一个微控制
13、板家族的名称。这些控制板是一个包括了RAM、闪存和输入/输出通道的ATMEL微控制器的结合体。因此，这些控制板与普通的个人计算机有同样的总体结构，但它们的性能自然只有后者的一小部分。在现有的文章中，我们主要使用Arduino家族之前的基准型号，Arduino Uno。它有32KB的闪存，时钟频率为16MHz，具有14个数字输入/输出和6个模拟输入引脚。（另外，更大的型号提供了更多那样的输入和输出选项。）Aduino的封装一部分是一个将代码以简化了的类似于C语言的方式编写，并使用一根USB数据线传输到Arduino的编程环境。在编译之后，Arduino可以在与PC连接时工作（从而传输数据）或独立运行。
