邵鋒,姚文韜,王玉萍,沈宏

（1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.新鄉(xiāng)市起重設(shè)備廠有限責(zé)任有限公司，河南新鄉(xiāng)453000）

現(xiàn)在的體育訓(xùn)練、比賽中進(jìn)行往返跑計(jì)時(shí)、檢測考核,往往還是采用人工考核的方式,借助秒表等裝置,教練、裁判人員用肉眼觀察運(yùn)動(dòng)員的情況.這種方式下,裁判人員的觀測誤差較大,而且對(duì)于運(yùn)動(dòng)員是否每次往返均能達(dá)標(biāo),判定不清楚,可能造成誤判等情況的發(fā)生.對(duì)于運(yùn)動(dòng)員考核中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不踩往返線就折返跑、忘記自己折返次數(shù)而沒有跑完就提前結(jié)束考核.為解決這些問題,在實(shí)踐中通常在折返點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)專門報(bào)數(shù)的人員,對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行提醒,但由于考核時(shí)間長、人員多,這樣又將占用大量的人力資源等,使得這些問題仍然沒有得到很好的解決.針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)了一種基于激光掃描的全自動(dòng)往返跑檢測計(jì)時(shí)考核系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)精確檢測,人性化的提示、智能考核,減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作質(zhì)量和效率.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求該裝置要實(shí)時(shí)檢測起點(diǎn)和折返點(diǎn)的信息,所以要在起點(diǎn)和折返點(diǎn)分別放置起點(diǎn)設(shè)備及折返點(diǎn)設(shè)備.

1.1 起點(diǎn)控制系統(tǒng)

起點(diǎn)設(shè)備包括起點(diǎn)激光發(fā)射器和起點(diǎn)接收器組成,起點(diǎn)接收器的激光接收電路把掃描到的起點(diǎn)踏線信息送給CPU進(jìn)行處理,該起點(diǎn)CPU完成數(shù)據(jù)處理的同時(shí),通過起點(diǎn)無線傳輸模塊把相應(yīng)數(shù)據(jù)無線發(fā)給折返點(diǎn)設(shè)備.起點(diǎn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示.

圖1 起點(diǎn)控制框圖Fig.1 Starting point control diagram

1.2 折返點(diǎn)控制系統(tǒng)

折返點(diǎn)設(shè)備包括折返點(diǎn)激光發(fā)射器和折返點(diǎn)接收器組成,折返點(diǎn)接收器的激光接收電路把掃描到的折返點(diǎn)踏線信息送給CPU進(jìn)行處理,該折返點(diǎn)CPU完成數(shù)據(jù)處理的同時(shí),通過折返點(diǎn)無線傳輸模塊把相應(yīng)數(shù)據(jù)無線發(fā)給起點(diǎn)設(shè)備.折返點(diǎn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示.

圖2 折返點(diǎn)控制框圖Fig.2 Returning point control diagram

2 主要單元電路設(shè)計(jì)

2.1 電源電路

作為便攜式設(shè)備,要經(jīng)常的移動(dòng),故選用4節(jié)1.5 V的干電池供電.電池電壓經(jīng)一個(gè)二極管降壓后供主電路（標(biāo)示為Vcc）,再經(jīng)LM1117穩(wěn)壓芯片處理后輸出3.3 V的電壓（標(biāo)示為VDD）專門為系統(tǒng)中的無線模塊供電.具體電路如圖3所示.

圖3 電源電路Fig.3 Power circuit

2.2 單片機(jī)的選取、激光產(chǎn)生和接收

系統(tǒng)中的主控芯片選用性價(jià)比比較高的8位低功耗AT89S51單片機(jī)[1],對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行檢測掃描和運(yùn)算處理等.對(duì)踏線信息的采集采用單色性好、相干性好、方向性好、亮度高的激光管進(jìn)行檢測.激光發(fā)射器中采用波長為650 nm、小功率的、紅色點(diǎn)狀半導(dǎo)體銅頭激光管進(jìn)行發(fā)射激光,接收器中采用光敏三極管進(jìn)行接收.單片機(jī)最小系統(tǒng)、發(fā)射和接收電路如圖4所示[2].為了抵抗外來的可見光和不可見光的干擾,提高光電檢測的抗干擾能力,在激光發(fā)射器中可對(duì)發(fā)射的激光進(jìn)行編碼調(diào)制[3],在接收端光敏三極管把接收到的有效的編碼調(diào)制的激光信號(hào)送給單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行解調(diào)并處理.

圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng)Fig.4 Single chip minimize system

2.3 計(jì)時(shí)顯示模塊

根據(jù)考核控制要求,計(jì)時(shí)顯示采用4位一體聯(lián)體數(shù)碼管對(duì)測試時(shí)間進(jìn)行數(shù)碼顯示,具體電路如圖5所示,計(jì)時(shí)范圍00.00～99.99 s.

圖5 計(jì)時(shí)顯示電路Fig.5 Timing and display circuit

2.4 無線傳輸模塊

起點(diǎn)設(shè)備和折返點(diǎn)設(shè)備中的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊均使用挪威Nordic公司的單片無線收發(fā)器芯片nRF905開發(fā)而成,該芯片可工作于433/868/915 MHz三個(gè)ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻段,是一個(gè)真正的單片UHF無線收發(fā)芯片[4].具體電路如圖6所示[5-8],其具有無線數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收雙重功能,根據(jù)控制要求由各自的CPU實(shí)時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)射功能轉(zhuǎn)換.

圖6 無線傳輸模塊電路Fig.6 Wireless transmission module circuit

3 軟硬件聯(lián)調(diào)

3.1 起點(diǎn)設(shè)備的調(diào)試

（1）首先打開電源,進(jìn)行起點(diǎn)發(fā)射器和接收器的調(diào)試,若起點(diǎn)發(fā)射器的對(duì)射上起點(diǎn)接收器,則蜂鳴器不響,若對(duì)不準(zhǔn),則蜂鳴器響提示設(shè)備安裝有誤；

（2）開始測試前先校正好激光發(fā)射器和接收器,即蜂鳴器不響；

（3）每次測試前必須先清零才能進(jìn)行測試,且清零時(shí)腳不能踩著起跑線；

（4）清零后腳踩著起跑線,蜂鳴器響,進(jìn)入預(yù)備狀態(tài),此時(shí)若腳離開起跑線,計(jì)時(shí)開始,秒表開始跑動(dòng)；

（5）每次測試必須踩著折返線后再返回來踩著起跑線,才能有效計(jì)圈,此時(shí)圈數(shù)加1,對(duì)應(yīng)的圈數(shù)指示燈亮.當(dāng)最后1圈跑回來踩著起跑線時(shí),秒表停止.此時(shí)的成績即為測試者的最終成績.

3.2 折返點(diǎn)設(shè)備的調(diào)試

（1）首先打開電源,進(jìn)行折返點(diǎn)發(fā)射器和接收器的調(diào)試,若折返點(diǎn)發(fā)射器的對(duì)射上折返點(diǎn)接收器,則蜂鳴器不響,若對(duì)不準(zhǔn),則蜂鳴器響提示設(shè)備安裝有誤；

（2）開始測試前先校正好折返點(diǎn)激光發(fā)射器和接收器,即蜂鳴器不響；

（3）每次踩線都會(huì)有聲光提示,若中途紅外管對(duì)不準(zhǔn),則蜂鳴器會(huì)一直響；

（4）每次踏折返線必須和起跑線配合,即踏過起跑線后再踏折返線才能有效計(jì)圈.

4 結(jié)束語

經(jīng)試用該考核裝置在往返跑考核過程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)起點(diǎn)位置和折返點(diǎn)位置的精確掃描檢測、對(duì)整個(gè)過程的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)、對(duì)運(yùn)動(dòng)員的人性化聲光報(bào)警提示等控制,減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作質(zhì)量和效率.便于工業(yè)化生產(chǎn),性價(jià)也比較高,正在申報(bào)專利,并推向市場.本設(shè)計(jì)到目前為止也僅僅只是做了一個(gè)良好的開端,它不僅需要在技術(shù)和質(zhì)量上進(jìn)一步加強(qiáng),而且也需要在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和品種上進(jìn)一步豐富.

[1]沙占友,孟志永,王彥朋,等.單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2006.

[2]曹曉華,楊印保.高可靠性光電計(jì)數(shù)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2008（2）：78-79.

[3]曹勇,張宇,陳麗,等.基于激光編碼調(diào)制的光電檢測電路設(shè)計(jì)[J].四川兵工學(xué)報(bào),2010,32（12）：103-106.

[4]孫志凱.基于ATmega 16和nRF905的無線射頻收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用,2008,10（5）：5-7.

[5]李朝青.無線發(fā)送/接收IC芯片及其數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編[M].北京:北京航空航天出版社,2004.

[6]Pahlavan K.Nordic nRF905 Product Specification[M].Nordic corporation.

[7]呂躍剛.基于nRF905無線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006（4）：281-282.

[8]黃志偉,李富英.基于射頻收發(fā)芯片nRF905的計(jì)算機(jī)接口電路設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2002（5）：39-40.