李亞倫 張?jiān)?楊華紅 王利宸 王光年

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）體育部，北京 100083）

1 籃球計(jì)時(shí)計(jì)分系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著各種指標(biāo)檢測(cè)技術(shù)、無(wú)線傳輸模塊以及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，采集系統(tǒng)運(yùn)用于社會(huì)各界的不同行業(yè)，多種采集模式以及采集環(huán)境多種的變化，各種硬件檢測(cè)產(chǎn)品已經(jīng)在我們生活中變得更加的重要。不管底至身邊的生活需要還是高到航天技術(shù)，硬件通信技術(shù)以及環(huán)境數(shù)據(jù)檢測(cè)已經(jīng)廣泛的在工作中運(yùn)用。從近幾年來(lái)看，越來(lái)越多的硬無(wú)線檢測(cè)模塊已經(jīng)發(fā)展得到一定的水平，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)能夠具有代表性的產(chǎn)品還是很少量?，F(xiàn)如今針對(duì)籃球賽計(jì)時(shí)計(jì)分器的設(shè)計(jì)還存在很多缺陷，計(jì)分器一般均由模擬數(shù)字混合、數(shù)字、模擬電子器件構(gòu)成，準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定性很難保證。在單片機(jī)技術(shù)發(fā)展與普及的過(guò)程中，單片機(jī)得到了更為廣泛的應(yīng)用，其具有大量的優(yōu)勢(shì)，可以滿足藍(lán)球賽計(jì)時(shí)計(jì)分的需求，因此本研究是基于單片機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了更為先進(jìn)的計(jì)時(shí)計(jì)分器。在籃球活動(dòng)中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，使計(jì)時(shí)計(jì)分的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性得到了明顯的提高。對(duì)推動(dòng)籃球運(yùn)動(dòng)的開(kāi)展發(fā)揮起到重要的作用。

2 籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分主要基于以STM32 單片機(jī)為主控板，當(dāng)各種數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)到輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存器儲(chǔ)存，然后通過(guò)單片機(jī)處理數(shù)據(jù)與通訊模塊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1]。DHT11 溫濕度一體傳感器主要監(jiān)測(cè)籃球場(chǎng)所的溫濕度，可以有效的幫助球員了解賽場(chǎng)環(huán)境。OLED 液晶顯示模塊主要用于顯示各數(shù)據(jù)（球隊(duì)名稱(chēng)、隊(duì)員、比分、技術(shù)統(tǒng)計(jì)、溫濕度、時(shí)間等）。軟件部分本設(shè)計(jì)在開(kāi)發(fā)軟件時(shí)采用了常見(jiàn)的C 語(yǔ)言，使用該語(yǔ)言能夠使開(kāi)發(fā)效率得到大幅的提升，有效的降低開(kāi)發(fā)周期。因?yàn)镸DK 環(huán)境易于使用、相對(duì)簡(jiǎn)單而且效率較高，所以在開(kāi)發(fā)軟件的過(guò)程中將編程軟件定為了Keil5。從而實(shí)現(xiàn)籃球數(shù)據(jù)更新以及環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作。功能模塊圖如圖1 所示。

圖1 籃球賽事統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

3 籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控模塊

本文將系統(tǒng)的控制器定為了ARM 中型號(hào)為STM32f1 的芯片。由于STM32 可以支持死區(qū)保護(hù)，因此選擇TIM1 通道便可以獲得一組PWM 波，可以將該互補(bǔ)信號(hào)傳輸至IGBT 與驅(qū)動(dòng)放大電路[1]。STM32 F1,有大量的通用IO 口、ADC、128k 程序空間、20kROM 空間、5 串口、兩個(gè)IIC 通道、Cpu 頻率為168mHz，同時(shí)還有一個(gè)FSMC 與USB 接口，一條CAN 總線。單片機(jī)具有豐富的功能，可以與大量外設(shè)連接，可以通過(guò)FSMC 與LCD 連接或是拓展SRAM，在編程后對(duì)屏幕進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?；赟TM32 對(duì)屏幕進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)更高的更新頻率與刷新速度，近年來(lái)STM32 已成為了一種應(yīng)用極為廣泛的主流芯片。

在開(kāi)發(fā)板載入代碼后，要使Jlink 與JTAG 的引腳7 與引腳9 進(jìn)行連接。要嚴(yán)格根據(jù)原理圖連接各引腳，避免由于失誤出現(xiàn)短路的問(wèn)題，對(duì)模塊造成損害。在系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，本文選擇了ARM ，其性能極為出色，可實(shí)現(xiàn)72mHz 的最大速度，能夠快速響應(yīng)調(diào)節(jié)測(cè)試，可以高效的完成復(fù)雜的計(jì)算工作。此外，ARM 芯片的資源也極為豐富，其具有I2C 接口、數(shù)個(gè)IO 口以及精度較高的ADC，可以適用于多種不同的場(chǎng)合。如圖2 所示。

圖2 ARM 芯片電路圖

3.2 溫濕度傳感模塊

選用的DHT11 數(shù)字溫度測(cè)量傳感器是在溫度傳感器中選出較為合適的溫度測(cè)量設(shè)備，其它對(duì)于環(huán)境中的溫度的讀取提供9 位的讀數(shù)，相關(guān)信息通過(guò)單線接口送入DHT11 模塊讀入或者讀出，其相關(guān)的讀寫(xiě)完成溫度工作不需要其他的外部電源來(lái)輔助便可完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取工作。其三個(gè)管腳用于數(shù)據(jù)讀取以及接地和電壓的連接實(shí)現(xiàn)其溫度的測(cè)量[2、3]。與DHT11 通達(dá)信經(jīng)過(guò)的單線接口，其單線總線就是根據(jù)一根線工作揮著一個(gè)器件進(jìn)行工作的系統(tǒng)，溫度檢測(cè)模塊在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間驅(qū)動(dòng)該總線，其空閑狀態(tài)是高電平，但是在恢復(fù)執(zhí)行工作時(shí)候，總線必須在空閑狀態(tài)。這樣的標(biāo)條件下，才可使用存儲(chǔ)器和控制操作。這也是其溫度傳感模塊的特點(diǎn)之一。

3.3 顯示模塊

本文在該模塊的設(shè)計(jì)上，比賽雙方球隊(duì)、球員信息以及比賽環(huán)境的溫濕度，比分、技術(shù)統(tǒng)計(jì)等顯示均可全部顯示在OLED液晶顯示屏上，實(shí)現(xiàn)籃球比賽過(guò)程雙方的動(dòng)態(tài)顯示。其中，比賽雙方的比分均可以顯示超過(guò)100 分的比賽數(shù)據(jù)，球隊(duì)的名稱(chēng)已經(jīng)球員的姓名均可以通過(guò)手機(jī)端錄入來(lái)顯示結(jié)果。OLED 模塊具有非常出色的集成度，其主要由列驅(qū)動(dòng)、行驅(qū)動(dòng)與主控制器構(gòu)成，除此之外，一般該模塊還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，能夠?qū)⑺行枰@示的漢字通過(guò)對(duì)比度的控制展示到屏幕上[4]。

3.4 通訊模塊

本次選擇BLE 模塊作為無(wú)線通信模塊，它主要的特點(diǎn)特征是能夠提供較低的功耗以及方便攜帶開(kāi)發(fā)的小身材，但是這并不應(yīng)形象其信號(hào)的傳輸以及能夠確保其數(shù)據(jù)穩(wěn)定的傳輸。能夠較好的兼容AT 指令操作支持低功耗, 也可支持微信、APP 的透?jìng)鞴δ躘5]。

4 工作流程設(shè)計(jì)

在整個(gè)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程中，首先通過(guò)單片機(jī)、傳感器檢測(cè)模塊以及藍(lán)牙傳輸模塊，模塊進(jìn)行初始化管腳信息，便于整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自檢工作。系統(tǒng)不會(huì)告知我們此時(shí)的運(yùn)行到哪個(gè)階段，但是通過(guò)我們的編程提示進(jìn)行相應(yīng)的人機(jī)交互，編譯我們了解整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行傳輸通道設(shè)置的時(shí)候通過(guò)發(fā)送相應(yīng)的指令使得傳輸模塊進(jìn)行相應(yīng)的初始化配置工作。進(jìn)行顯示器提示以及按鍵選擇進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸以及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行到這里的時(shí)候已經(jīng)基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

5 APP 頁(yè)面相應(yīng)函數(shù)流程及設(shè)計(jì)

首先要做的工作就是要將整體的界面設(shè)計(jì)出來(lái)。界面設(shè)計(jì)顯示了我們要得到的數(shù)據(jù)以及各方面位置按鈕以及按鈕功能的處理。根據(jù)我們從STM32 得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)以及本系統(tǒng)數(shù)據(jù)更改情況。在數(shù)據(jù)更新的過(guò)程中，首先要將代碼保存服務(wù)器的url域名進(jìn)行和藍(lán)牙模塊模塊相連接打開(kāi)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸通道。打開(kāi)客戶端請(qǐng)求鏈接進(jìn)行g(shù)et 數(shù)據(jù)的發(fā)送完成連接。然后我們要做的就是在相應(yīng)的按鈕處理下添加按鈕監(jiān)聽(tīng)用于控制用電器的開(kāi)關(guān)。傳輸?shù)絥CheckedChanged（CompoundButton buttonView,boolean isChecked） 用于設(shè)置按鈕的格式顯示，當(dāng)改變相應(yīng)的按鈕時(shí)候，通過(guò)發(fā)送特殊的區(qū)分字段發(fā)送單片機(jī)識(shí)別的控制信號(hào)主要就是發(fā)送不一樣的標(biāo)志位，后續(xù)工作通過(guò)單片機(jī)完成。app顯示頁(yè)面的下方通過(guò)發(fā)送不同的ID 號(hào)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。App 界面設(shè)計(jì)圖如圖4 所示：

圖4 App 界面設(shè)計(jì)圖

6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

此次設(shè)計(jì)需硬件功能和軟件功能兩部分相結(jié)合才可實(shí)現(xiàn)溫濕度檢測(cè)、球隊(duì)信息、比分、球員數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、24S 倒計(jì)時(shí)以及計(jì)時(shí)功能。在手機(jī)端只需要打開(kāi)設(shè)計(jì)好的小程序，打開(kāi)藍(lán)牙與硬件部分的HC-05 連接即可實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的全部功能[6]。并在賽后可以查看本場(chǎng)比賽的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括程序的編寫(xiě)、修改和升級(jí)等，根據(jù)所需具有的不同功能，將軟件程序分為驅(qū)動(dòng)OLED 顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤重傳請(qǐng)求和串口數(shù)據(jù)收發(fā)5 個(gè)部分[7]。其中的部分程序設(shè)計(jì)如下：

7 系統(tǒng)測(cè)試及優(yōu)化

通過(guò)將本系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際的籃球比賽中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明本系統(tǒng)能夠有效替代籃球比賽中的傳統(tǒng)人工計(jì)時(shí)和計(jì)分方法，比賽時(shí)間和比分通過(guò)OLED 液晶顯示器顯示更加方便直觀，降低了傳統(tǒng)計(jì)時(shí)和計(jì)分的誤差，使籃球比賽過(guò)程更加直觀。同時(shí)本設(shè)計(jì)中增加了溫濕度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，并可通過(guò)在手機(jī)端的記錄存儲(chǔ)查看球員個(gè)人的技術(shù)統(tǒng)計(jì)，可以更好的為大眾提供運(yùn)動(dòng)幫助。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件的復(fù)雜度較低，且軟件開(kāi)發(fā)相對(duì)容易并且簡(jiǎn)易適用,可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，更好的服務(wù)大眾需要。