陳慶錦

摘要：警部隊擔負著維護國家安全和社會穩(wěn)定，保障人民安居樂業(yè)的神圣使命。在武警部隊中，考核是提高官兵素養(yǎng)的一種有效途徑。在今年新的考核大綱里，蛇形跑被列入其中。為適應(yīng)考核、順應(yīng)軍隊信息化發(fā)展方向，利用智能感知識別技術(shù)作為輔助考核的手段能夠很好滿足考核需求，有效提升蛇形跑考核效率和精確度，確?？己顺煽児焦?、準確無誤，從而真正激發(fā)官兵的訓(xùn)練熱情。

關(guān)鍵詞：蛇形跑;單片機;紅外傳感器;LCD1602;蜂鳴器

武警部隊是處突維穩(wěn)的一線力量，在維護社會秩序上有著不可替代的作用。無論是重大災(zāi)害事故，還是群眾上訪，武警官兵始終堅守使命，確保人民群眾人身安全和財產(chǎn)安全。而在當今世界快速發(fā)展的背景下，武警官兵所要面對的災(zāi)情險情比以往更多，任務(wù)也更加復(fù)雜。因此，武警官兵要具備很高的軍事素養(yǎng)才能適應(yīng)未來任務(wù)的需要。將科技融入武警部隊的訓(xùn)練中去是現(xiàn)代發(fā)展的主流，而本次設(shè)計就是在這樣一個時代背景下提出的。

在武警部隊的日常訓(xùn)練中，對各類訓(xùn)練科目犯規(guī)情況的檢測和成績評定都是通過人為判定方式進行的。這種方式對部分科目而言，存在較大的人為誤差，這不僅效率低下，其結(jié)果也不夠準確。針對于此，為提高整個訓(xùn)練過程的效率，使官兵日常訓(xùn)練標準化、規(guī)范化，在此提出一款用于蛇形跑訓(xùn)練的智能考核系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)設(shè)計方案

本系統(tǒng)所有的元器件圍繞單片機展開。輸入部分分別是輕觸開關(guān)電路和紅外傳感器電路。輸出部分分別是LED指示燈電路、LCD1602顯示電路和蜂鳴器電路。

本系統(tǒng)通過紅外傳感器感應(yīng)考核人員位置與繞柱狀態(tài)，并通過LCD1602顯示屏與蜂鳴器顯示考核結(jié)果與違規(guī)狀態(tài)。主要可實現(xiàn)考核計時、違規(guī)判斷等功能。

2.系統(tǒng)硬件的設(shè)計

（1）單片機最小系統(tǒng)設(shè)計

單片機最小系統(tǒng)是能使單片機正常工作的最小硬件電路，由時鐘電路和復(fù)位電路、電源共同組成了單片機最小系統(tǒng)。時鐘電路的輸出經(jīng)過XTAL1和XTAL2引腳輸入到單片機的內(nèi)部，復(fù)位電路通過RESET引腳與單片機相連。

（2）顯示電路設(shè)計

本次設(shè)計選用的顯示器是LCD1602顯示器，其工作原理是利用多個點顯示組成一個字或者一個符號。此屏一共可以顯示兩行字符，且每行顯示16個字符。每個字符的顯示是依靠一個5成7的矩陣點陣的不同的排列組合來顯示的?？偨Y(jié)起來本次設(shè)計使用LCD顯示器其具有以下特點：顯示內(nèi)容豐富，可以顯示多行字符、圖形以及簡單的漢字等;體積小巧、重量輕;液晶顯示模塊沒有電磁輻射。

（3）紅外電路設(shè)計

本次設(shè)計中在多處使用紅外傳感器，并通過紅外傳感器對考核人員的行動軌跡和繞柱的擺放狀態(tài)進行判斷。所選定的紅外傳感器模塊對環(huán)境光線適應(yīng)能力強，具有一對紅外線發(fā)射與接收管。發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物時，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)，具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點。

（4）輕觸開關(guān)電路設(shè)計

本次設(shè)計中考核人員跑過終點的判斷方式是觸摸一下設(shè)置在終點的輕觸開關(guān)，因為而且這是一個運動行進的過程觸碰的過程非常的短，所以需要采用高靈敏度的輕觸開關(guān)（TTP223）進行設(shè)計。

整個輕觸開關(guān)傳感器的表面積是比較小，屬于超薄類型的，這樣就可以很方便的安裝應(yīng)用在各個地方。在實際使用的時候只需要將手指輕輕觸碰感應(yīng)區(qū)就可以實現(xiàn)電信號的變化輸出。輕觸開關(guān)模塊的電路只需要給模塊供電，然后將模塊的信號輸出線接到單片機的I/O口即可完成通訊。

（5）報警電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用的蜂鳴器是有源蜂鳴器，其發(fā)聲的控制是由單片機的I/O直接充當模塊的驅(qū)動控制信號（低電平蜂鳴器工作）。

蜂鳴器模塊引出的三個腳，分別是VCC、I/O和GND。其分別和系統(tǒng)端子“FENG”的VCC、蜂鳴器和GND相連接。端子的“FENG”是和單片機的I/O口相連接，從而達到通過1/0控制蜂鳴器的效果。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計

主函數(shù)是整個系統(tǒng)開始運行的開始處，一般情況下單片機開始運行的肯定是一些初始化過程和一定變量的定義，然后才進入到循環(huán)體進行循環(huán)，整個主函數(shù)從開始到結(jié)束的一次過程。

上電完成后，系統(tǒng)main（）函數(shù)開始運行，初始化各變量、顯示器和定時器，并進入等待狀態(tài)（顯示屏與單片機上方指示燈亮起），當?shù)谝粋€繞柱的紅外人體檢測傳感器檢測到人代表開始測試。主循環(huán)體內(nèi)判斷第一個繞柱的紅外人體檢測傳感器是否檢測到人，如果是則開始測試且定時器開始計時。

當測試物體經(jīng)過第2 7根繞柱時，判定是否有繞柱倒下，如果有繞柱倒下，則觸發(fā)蜂鳴器鳴叫，并顯示犯規(guī)類型;如果沒有，則進入繞行路線判定。

當測試物體經(jīng)過繞柱時，判定其是否按照1-2-3-4-5-6-7-6-5-4-3-2的順序由外側(cè)依次經(jīng)過繞柱，如果是則進入輕觸開關(guān)判定;如果否則觸發(fā)蜂鳴器嗚叫，并顯示犯規(guī)類型。

判斷終點的輕觸開關(guān)是否被按下，如果條件成立則停止計時且顯示器顯示最終成績。

4.系統(tǒng)的制作和綜合調(diào)試

（1）硬件調(diào)試

進行硬件焊接與測試，是硬件設(shè)計必要的過程。當電路沒有短路、斷路時，表明電路初步正確，此時才可以通電進行測試。通電測試主要測量各個節(jié)點是否焊接良好。實物焊接完畢之后，不能立刻就進行上電測試。測試之前，先通過肉眼以及萬用表，對所有焊接點和焊接連線進行檢測，看是否有短路斷路發(fā)生。如果有，則需要立刻解決。如果檢測都沒有問題，再進行接下來的編程下載與測試。本次設(shè)計涉及紅外傳感器較多，在焊接過程中出現(xiàn)部分紅外傳感器連接錯誤，導(dǎo)致運行時序號混亂。經(jīng)過檢測，調(diào)整紅外傳感器順序，排除影響。

之后，通過單片機下載工具，將寫好的程序燒錄到單片機中，就可以進行軟件調(diào)試測試。

（2）軟件的調(diào)試

本設(shè)計采用KEIL軟件，以及單片機C語言，來進行系統(tǒng)程序設(shè)計。對軟件的測試，主要是基于KEIL軟件，對編寫好的程序進行編譯調(diào)試，測試是否全部通過。在實際測試時，程序直接正常編譯成功，并生成hex文件。該文件就是下載到單片機中執(zhí)行程序指令的程序下載文件。

5.結(jié)束語

本次設(shè)計最終實現(xiàn)了預(yù)期的目標，完成所有設(shè)計功能，包括紅外人體檢測傳感器的驅(qū)動并實現(xiàn)對人體的檢測，兩種犯規(guī)形式的判斷和蜂鳴器的提示，通過單片機定時器進行自動計時，在完成判別犯規(guī)情況的同時實現(xiàn)成績的計算。最終達到用高科技設(shè)備實現(xiàn)訓(xùn)練項目自動化和智能化，這對武警內(nèi)部各項訓(xùn)練有很大的提升與幫助。