Игра на реакцию: замеряем скорость отклика

Спор у нас был дурацкий и вечный: кто быстрее. Друг уверял, что его реакция — сто пятьдесят миллисекунд, я отвечал, что двести пятьдесят, и мы оба не имели ни одного числа — только уверенность. Мерить было нечем, пока на столе не оказалась Uno, кнопка и светодиод. Час вечера — и у нас было табло: светодиод вспыхивает, ты жмёшь кнопку, Serial печатает твои миллисекунды. Первый же честный замер испортил спор: у обоих вышло за двести восемьдесят, и мы втроём со светодиодом выясняли отношения до полуночи.

Схема та же, что в уроке про кнопку: кнопка на пине 2 с внутренней подтяжкой, светодиод на пине 12. Но сам скетч — это маленький экзамен на понимание времени: случайная пауза до вспышки, ловля нажатия на каждом обороте loop, разность millis() в двух точках. И одна честная засада, которую мы добавили после того, как друг начал жать кнопку ДО вспышки и «реагировать» за сорок миллисекунд: фальстарт должен не только ловиться, но и наказываться.

В этом уроке собираем игру целиком: правила честного замера, цифры, с которыми можно сравнивать себя, и симулятор, где кнопка нажимается по-настоящему, а табло — настоящий Serial. Спорьте после урока: теперь у вас есть прибор.

Протокол из четырёх фаз. Ноль: скетч ждёт нажатия — заезд по желанию, а не по таймеру. Раз: после нажатия скетч произносит «Gotovs» и прячет вспышку в случайную паузу от 2 до 6 секунд — кубик бросит random(), про который у нас есть целый урок с сидом и генераторами. Два: светодиод зажигается, и именно в этот момент запоминается tStart = millis(). Три: любое нажатие даёт результат millis() − tStart, светодиод гаснет, фаза ноль. Случайность паузы — не украшение: человек на редкость хорош в ритмах, и на фиксированной пятисекундной паузе он жмёт за пятьдесят миллисекунд до вспышки, «реагируя» быстрее света. Мы это проверили на себе во второй вечер спора, и у друга вышло двенадцать миллисекунд — физиологический подвиг, то есть жульничество с предчувствием.

Отсюда фальстарт: нажатие в паузе сбрасывает попытку — скетч ругается строкой в Serial и заново прячет вспышку в новую случайную паузу. Заметьте, ничего не блокирует: ни пауза, ни ловля нажатий не живут на delay(). Поставь я delay(4000) в фазу ожидания — кнопка оглохла бы на четыре секунды, и фальстарт пролетел бы незаметно: скетч просто не спрашивал кнопку в это время. Ждём через millis(), как разобрано в уроке про millis вместо delay, — loop крутится непрерывно и не теряет ни одного нажатия.

Теперь ориентиры, с которыми можно сравнивать цифры. Взрослый бодрый человек реагирует на зрительную вспышку в среднем за 200-250 мс; полоса 150-300 — нормальный разброс для одного и того же человека в один вечер. Быстрее 150 — почти наверняка поймал ритм или повезло с предчувствием: у меня быстрее 160 не выходило никогда, сколько я ни старался. Медленнее 400 — усталость, второй час ночи или отвлёкся на сообщение в телефоне. Эти числа — не нормы ГТО, а полоса, в которой лежат честные замеры; у тренированных спортсменов на старте бывает быстрее, но у них и старт не зрительный.

И ещё одно направление для экспериментов: слуховая реакция. В психофизике звуковой сигнал обычно обрабатывается быстрее зрительного — по общецитируемым оценкам, на 50-80 мс: ориентируйтесь на 150-180 мс вместо 200-250. Поставьте рядом с вспышкой короткий tone() — и сравните свои две колонки цифр. Заодно проверите, что замер не зависит от того, ЧЕМ именно игроку сказали реагировать: механика фаз и разности millis() остаётся той же.

Пара слов про кнопку, потому что тут тоже числа. Внешних резисторов схема не требует: pinMode с INPUT_PULLUP включает внутреннюю подтяжку порядка 20-50 кОм, пин между нажатиями держится на HIGH, а кнопка замыкает его на GND — нажатие читается как LOW. Это та же разводка, что мы разбирали в уроке про кнопку, и она же в симуляторе ниже: никаких висящих входов, чьи показания зависят от погоды на проводе.

В скетче два приёма, которые стоит унести с собой и в другие проекты. Первый — детектор фронта: считываю кнопку в kn, сравниваю с lastKn с прошлого оборота и реагирую только на переход HIGH → LOW; так одно нажатие — одно срабатывание, независимо от того, сколько оборотов loop пройдёт, пока вы держите кнопку. Второй — машина фаз: переменная faza, у каждой фазы своё поведение и свои переходы. Это упрощённый сосед конечного автомата на светофоре — когда фаз станет больше пяти, переезжайте на switch, там же и про грабли switch.

Про дребезг скажу честно и без истерики. Контакты настоящей кнопки дрожат первые 5-20 мс нажатия, и цифровой вход может увидеть серию импульсов — мы разбирали лечение в уроке про антидребезг. Но заметьте: для замера реакции дребезг почти безвреден — мы ловим ПЕРВЫЙ фронт, а он у дребезжащего контакта самый ранний; лишние импульсы после нажатия в фазе два уже ничего не измеряют. Дребезг важен на кнопке старта в фазе ноль: двойной фронт может запустить заезд дважды, но и там подвох виден по Serial. В симуляторе кнопка идеальная, на плате — настоящая: разницу вы почувствуете сразу, это полезное ощущение.

И про прерывания, потому что вопрос этот звучит на каждой вечеринке с Arduino: да, кнопку можно повесить на attachInterrupt и ловить фронт без опроса — раздел про это есть, прерывания. Для игры на реакцию с паузой в секунды опрос кнопки на каждом обороте loop избыточен по скорости, зато проще и без ловушек с разделяемыми переменными. Замер здесь стоит миллисекунды, а не микросекунды — выбирайте инструмент по цене задачи.

И про честность рекордов — последнее предостережение. Один лучший замер — худший вид статистики: он всегда ловит то самое предчувствие, которое мы только что вычистили фальстартом. Сыграйте серию из пяти-десяти заездов и берите медиану — среднее по порядку, а не по величине. У меня медиана за вечер стоит как вкопанная в пределах 20 мс, а рекорд скачет на сотню — по рекорду спорить весело, по медиане — честно.

В симуляторе ниже макетка из двух компонентов: светодиод на пине 12 и кнопка на пине 2 — её надо удерживать зажатой, как настоящую. Нажмите кнопку — «Gotovs» в мониторе, случайная пауза 2-6 секунд, вспышка, ваше нажатие, и в Serial падает строка вида Reakciya_ms=237. Рекорд и счёт заездов ведутся между попытками, и их удобно смотреть на графике: пары имя=значение Serial Plotter строит в ряды, как в уроке про график.

Что попробовать первым: сделайте десять заездов подряд и посмотрите, как разброс растёт к вечеру — это самый честный эффект, который даёт самодельный прибор. Потом попросите кого-то жать в ритм «раз-два-три-ЧЕТЫРЕ» — и полюбуйтесь, как случайная пауза ломает предчувствие быстрее, чем любые увещевания играть честно.