張煜新

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,咸陽,712000）

引體向上測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張煜新

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,咸陽,712000）

引體向上作為人體臂力和耐力素質(zhì)的體現(xiàn)，對其進(jìn)行測量，可改變傳統(tǒng)的人工計(jì)數(shù)，并通過引體向上測試系統(tǒng)直接對其進(jìn)行記錄和分析，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的信息化、自動(dòng)化。本文以LPC2132作為主控，以RS485作為通信接口，通過設(shè)計(jì)，同時(shí)搭載外設(shè)的光學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了引體向上測試系統(tǒng)。

引體向上；LPC2132；RS485

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

通過設(shè)計(jì)，使得該系統(tǒng)具備以下的主要功能：

1)可自動(dòng)測試訓(xùn)練者每分鐘引體向上的次數(shù)，并可有效的反應(yīng)出訓(xùn)練者其上肢肌肉的力量；

2)測試的感應(yīng)桿可根據(jù)測試者其高度的不同而進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)，以此可使得測試達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的目的；

3)主機(jī)帶LED顯示屏，并可顯示受測者的考號(hào)、姓名以及成績等；

4)在連接PC電腦后，其可以按照預(yù)先制定的評分標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行打印和評分；

5)支持下載受測者的相關(guān)信息，而不需要直接錄入；

6)課余體質(zhì)檢測實(shí)現(xiàn)里愛你網(wǎng)，并支持通過刷卡或者是指紋的方式來確認(rèn)受測者。

7)自帶中文語音，并且內(nèi)置有鋰電池，以此可連續(xù)工作10小時(shí)以上。

2 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)指標(biāo)

測量的范圍：0至999次

測量誤差：±1次

電源電壓：AC220±22V

電源頻率：50 ±1HZ

電源適配器：DC12V 1A

工作環(huán)境：溫度5℃ ~ 40℃，濕度≤90%

存儲(chǔ)環(huán)境：溫度-5℃ ~50℃，濕度≤75%

主機(jī)存儲(chǔ)容量：60000條

鋰電池續(xù)航時(shí)間：10小時(shí)

3 引體向上系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 引體向上主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引體向上體質(zhì)測試儀在很大的程度上因?yàn)槠溥\(yùn)用的范圍比較廣泛，其不僅可以被應(yīng)用到引體向上，同時(shí)還可以被應(yīng)用在身高體重測試、肺活量測試、臺(tái)階心率的測試、立定跳遠(yuǎn)測試和握力等不同的指標(biāo)測試，而這些上述的指標(biāo)基本上可涵蓋學(xué)生不同的體質(zhì)方面的指標(biāo)。因此，我們將該體質(zhì)測試儀器分為不同的組成部分，包括主機(jī)、外設(shè)，其中主機(jī)與從機(jī)兩者之間則通過現(xiàn)階段比較流行的RS485作為通信串口進(jìn)行連接。而主機(jī)和從機(jī)其主要的功能是完成對數(shù)據(jù)的采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、輸入、輸出以及通信等功能。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的搜集，并經(jīng)過綜合的處理之后，將相關(guān)的結(jié)果在LED液晶顯示器上進(jìn)行顯示，同時(shí)對相關(guān)參數(shù)的設(shè)置以及對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)則由主機(jī)來完成。

3.2 測試儀硬件方案

3.2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

對該測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則主要采用LPC2131.該硬件模塊為支持實(shí)時(shí)仿真與跟蹤的32位的CPU,同時(shí)帶有512K的嵌入式高速

Flash存儲(chǔ)器，使得其可對其進(jìn)行編程，并使得其具有不同的測試功能。同時(shí)其內(nèi)置的16kB的SRAM，使得其非常適合現(xiàn)行的通信網(wǎng)關(guān)、語音識(shí)別等，為這些功能的運(yùn)行提供了大量的運(yùn)行緩沖區(qū)。另外主機(jī)的外圍的鍵盤、大容量存儲(chǔ)器、液晶顯示器、I2C接口等。

3.2.2 復(fù)位電路

為提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，對該系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位電路。由于在該系統(tǒng)中采用的ARM7芯片，該芯片具有高速、低工作電壓以及低功耗等特點(diǎn)，因此對系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)的性能、時(shí)鐘穩(wěn)定性以及電源可靠性方面都提出了更為嚴(yán)格的要求。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用現(xiàn)行的比較流行的帶I2C存儲(chǔ)器的CAT1025JI-30電源控制芯片，以此來穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓。其具體的電路原理圖如圖1所示。

圖1 復(fù)位電路原理圖

當(dāng)信號(hào)在連接到主板的時(shí)候，CAT1025JI-30當(dāng)中的2號(hào)接口會(huì)立即輸出相應(yīng)的復(fù)位信號(hào)，從而使得LPC2131復(fù)位。

3.2.3 I2C 接口

I2C 作為新型的串行總線，其支持400kHz的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。而這種性能高的傳輸，可使得測試儀在工作的時(shí)候，獲得非常好的傳輸?shù)男?，從而使得引體向上測試儀能夠具有很好的工作的性能。同時(shí)LPC2131帶有專門的I2C BUS接口，可使得兩者之間具備了合作的可能性，從而可加強(qiáng)測試儀的現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)換。同時(shí)，根據(jù)測試儀對不同功能的需要，必須對其中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此，采用E2PROM對其進(jìn)行擴(kuò)容，從而可使得其容量增加64KB。而IC芯片則采用SLE4442，因?yàn)樵撔酒蜕鲜龅腅2PROM在電路連接方面數(shù)統(tǒng)一類型。

3.2.4 A/D和D/A轉(zhuǎn)換

該電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)引體向上系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵的部分。通過該電路，將相關(guān)的測試者的各種不同指標(biāo)信息送入到A/D轉(zhuǎn)換端，但是該信號(hào)不是直接進(jìn)行傳送，而是需要對電路做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。信號(hào)在經(jīng)過一定的處理之后，傳輸?shù)街餍酒腁/D輸入的端口。同時(shí)電路則根據(jù)對功能的不同，進(jìn)行靈活的調(diào)整。以握力為例，針對握力的信號(hào)，則必須選擇精度高、穩(wěn)定性能好的0P-07，同時(shí)按照前級(jí)采用差分放大電路，后級(jí)則用跟隨電路的方式，以此保證其輸出的信號(hào)電壓在0-3.3V。而針對引體向上，其主要測試次數(shù)，因此通過外設(shè)的光學(xué)傳感器，將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而輸入到主控芯片中。

3.2.5 RS485 接口

該系統(tǒng)主要采用RS485主從的通信方式，其主要的原因是該通信串口采用的是差分信號(hào)負(fù)邏輯，其中+2～+6V表示為“0”，-6～-2V則為“1”。該接口具有很強(qiáng)的抗干擾的性能和傳輸性能，其具體可達(dá)到3000米，并且其傳輸速度可達(dá)到10Mbps。

3.2.6 鍵盤

LPC2131總共包含64個(gè)不同的引腳，這就位該系統(tǒng)的鍵盤連接提供了可能。同時(shí)鍵盤其自身也可通過其中的配置寄存器對其所需要的相關(guān)功能進(jìn)行設(shè)置。整體的鍵盤的尺寸4*5,20個(gè)不同的鍵位，包括10個(gè)功能鍵和10個(gè)數(shù)字鍵。通過鍵盤可對其功能進(jìn)行不同的設(shè)置。

3.2.7 LED顯示電路

在顯示器的設(shè)置方面，本系統(tǒng)采用74HC595來驅(qū)動(dòng)一位靜態(tài)的共陽LED數(shù)碼管，簡稱為SPI驅(qū)動(dòng)。通過其作用，使得其可接收來自主機(jī)的信號(hào)，并通過其中的MISO0接口，將其中的數(shù)據(jù)讀出來，以此顯示在LED上。

而在該主板上，其擁有8個(gè)不同獨(dú)立的二極管，并分別由不同的引腳進(jìn)行控制。當(dāng)其輸出為1的時(shí)候，LED熄滅，而輸出為0時(shí)，LED則閃亮。同時(shí)采用I/O口灌電流的方式進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)，從而保證其亮度。

3.3 測試儀軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)作為功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，主要采用嵌入式的C語言，并采用模塊化的思想對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)對軟件系統(tǒng)的開發(fā)，則采用ADS1.2的開發(fā)環(huán)境對軟件程序進(jìn)行開發(fā)。

而主程序工作的流程則主要從功能菜單開始，以此通過系統(tǒng)初始化、自檢和顯示主畫面等不同的程序。其中初始化則主要對系統(tǒng)的所有的硬件芯片進(jìn)行初始化，而自檢則主要是對鍵盤、E2PROM、部分的從機(jī)以及外設(shè)的設(shè)備等。查看這些功能是否正常。同時(shí)當(dāng)進(jìn)入測試的界面之后，則顯示出當(dāng)前需要測試的項(xiàng)目，如P01表示立定跳遠(yuǎn)，P02表示引體向上等。

而對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，則主要采用四個(gè)模塊：通信模塊、按鍵和顯示模塊、測試模塊、卡處理模塊。其中的按鍵和顯示模塊則主要實(shí)現(xiàn)從ARM芯片信號(hào)的輸入、輸出；通信則主要實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的通信；卡處理則主要實(shí)現(xiàn)對卡的識(shí)別以及處理；測試則主要實(shí)現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)的處理。

4 結(jié)論

本文采用LPC2132作為主控芯片，充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢，同時(shí)采用RS485作為通信接口，同時(shí)采用外設(shè)的光學(xué)、壓力傳感器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對引體向上的測試，具有很好的借鑒作用。

李媛,辛修芳.基于LPC2131的SD卡MP3播放器的設(shè)計(jì)[J].

佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,04:541-543+549.

張煜新，男，1964年11月，本科，副教授，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)

Design and implementation of a lead-up test systems

Zhang Yuxin
(Shaanxi Energy Vocational and Technical College,Xianyang,712000)

Chin-up arm strength and endurance as embodied human qualities,its measurement,can change the traditional manual count,and record and analyze them through chin-up test systems directly in order to achieve the movement of information technology and automation.In this paper,LPC2132 as the master,with RS485 communication interface as by design,while equipped with an optical sensor peripherals to achieve a pull-up test systems.

chin-up;LPC2132;RS485