【正文】 河南科技學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：基于激光掃描的智能往返跑控制系統(tǒng)學(xué)生姓名：閆 偉所在院系： 新科學(xué)院所學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化導(dǎo)師姓名： 吳 東完成時(shí)間：2014年03月10日摘 要在傳統(tǒng)的往返跑體育訓(xùn)練和比賽中,教練或者裁判以觀測(cè)掐表的方式來(lái)測(cè)取運(yùn)動(dòng)員成績(jī),這樣不僅存在較大的誤差,甚至誤判,而且工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大和效率低。為解決這些難點(diǎn)，系統(tǒng)采用以簡(jiǎn)單易用的指紋識(shí)別模塊采集運(yùn)動(dòng)員信息，以成本較低、應(yīng)用廣泛、易于程序燒錄的STM32F103C8T6和ATMEL89S51為核心控制，以測(cè)量范圍廣、檢測(cè)時(shí)間短、精度高的激光掃描運(yùn)動(dòng)員的通過(guò)信息，以功耗低、方便實(shí)用的nRF905射頻收發(fā)器進(jìn)行起點(diǎn)與折返點(diǎn)的通信，以LED顯示電路進(jìn)行計(jì)數(shù)與顯示，來(lái)自動(dòng)且精準(zhǔn)的完成運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)測(cè)試。這樣既可減輕教練或裁判的工作量，又能提高了工作效率與質(zhì)量。關(guān)鍵字：激光掃描，往返跑，智能，通訊，nRF905AbstractSports training and petition in the traditional shuttle run, coach or referee is measured observation pinch table to take the athletes39。 performance, so that not only there is a big error, or even miscarriage of justice, and the labor intensity and low efficiency. In order to solve these difficulties, the system uses the system easytouse fingerprint recognition module acquisition athletes, as the core control to lowercost, widely used, the easy program burn STM32F103C8T6 and ATMEL89S51, wide measurement range, short detection time high precision laser scanning athletes through information, low power consumption, convenient and practical nRF905 RF transceiver starting point turnaround point munication count and display, LED display circuit, automatic and accurate pletion of athletes testing . This will lighten the workload of the coach or referee, but also improve work efficiency and quality.Keywords: laser scanning，shuttle run, ,manufacture, munication, nRF905目 錄1 緒論 12 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 1 起點(diǎn)控制系統(tǒng) 1 折返點(diǎn)控制系統(tǒng) 23 各單元電路設(shè)計(jì) 2 電源電路設(shè)計(jì) 2 單片機(jī)的選用及最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 4 起點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 5 折返點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 5 激光掃描電路的設(shè)計(jì) 6 激光發(fā)射管與光敏接收管的選擇 6 激光掃描電路的設(shè)計(jì)與工作原理 7 計(jì)時(shí)顯示模塊的電路設(shè)計(jì) 7 74LS245芯片介紹 7 四位數(shù)碼管顯示模塊 8 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式 8 無(wú)線傳輸模塊的電路設(shè)計(jì) 8 nRF905模塊簡(jiǎn)介 9 無(wú)線傳輸模塊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 無(wú)線傳輸模塊系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 114 輔助電路的設(shè)計(jì) 145 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 12 起點(diǎn)設(shè)備調(diào)試 12 折返點(diǎn)設(shè)備調(diào)試 136 結(jié)束語(yǔ) 14致謝 14參考文獻(xiàn) 15附錄 1 電路總圖 16附錄 2 部分子程序 171 緒論隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們生活水平不斷的提高，人們?cè)谧非笫孢m生活的同時(shí)，也沒(méi)有忘記對(duì)身體素質(zhì)的提高。尤其是2008年北京奧運(yùn)會(huì)的成功召開(kāi)，人們已把體育運(yùn)動(dòng)當(dāng)做成一種時(shí)尚來(lái)追求，而跑步更是人們所青睞的運(yùn)動(dòng)之一。所以，很多集體場(chǎng)所（例如學(xué)校、軍隊(duì)、體育場(chǎng)等）出現(xiàn)了跑步訓(xùn)練熱潮，且對(duì)于訓(xùn)練的成績(jī)測(cè)試也有了越來(lái)越高的要求。人們采取各種各樣的訓(xùn)練與成績(jī)測(cè)試，大多方法并不系統(tǒng)也不專業(yè)，例如人們用肉眼觀察掐秒表的方式來(lái)進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)考核，這些人力考核方式給教練或裁判較大的工作量，且不能有效的準(zhǔn)確的測(cè)取運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。針對(duì)這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求具有自動(dòng)程度高、測(cè)取成績(jī)精確、勞動(dòng)量小、成本低且方便實(shí)用等特點(diǎn)。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)控制要求,該控制系統(tǒng)要對(duì)運(yùn)動(dòng)員先后通過(guò)起點(diǎn)與折返點(diǎn)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,那么就必須將控制系統(tǒng)分為起點(diǎn)與折返點(diǎn)兩部分。因?yàn)橄到y(tǒng)要求具備自動(dòng)身份識(shí)別功能，所以在起點(diǎn)設(shè)備中裝備了激光掃描系統(tǒng),通過(guò)無(wú)線傳輸模塊，達(dá)到起點(diǎn)與折返點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊，從而完成往返跑自動(dòng)控制。 起點(diǎn)控制系統(tǒng)起點(diǎn)設(shè)備主要有起點(diǎn)激光發(fā)射器和起點(diǎn)激光接收器兩大部分組成。我們?cè)谄瘘c(diǎn)接收器上裝備上指紋識(shí)別系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的指紋信息進(jìn)行采集，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)起點(diǎn)時(shí)，起點(diǎn)的激光掃描電路掃描到運(yùn)動(dòng)員的通過(guò)信息，起點(diǎn)接收器將這個(gè)信號(hào)傳送到對(duì)應(yīng)的CPU內(nèi)部進(jìn)行處理。與此同時(shí)，起點(diǎn)CPU同時(shí)發(fā)出對(duì)計(jì)時(shí)顯示電路和起點(diǎn)無(wú)線收發(fā)器的對(duì)應(yīng)指令，計(jì)時(shí)顯示電路開(kāi)始計(jì)時(shí)，并且起點(diǎn)無(wú)線收發(fā)器將相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送給折返點(diǎn)設(shè)備。起點(diǎn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。起點(diǎn)發(fā)射器起點(diǎn)激光發(fā)射模塊起點(diǎn)接收器無(wú)線傳輸模塊起點(diǎn)激光接收模塊CPU信息存儲(chǔ)模塊計(jì)時(shí)顯示模塊圖 1 起點(diǎn)控制系統(tǒng)方框圖 折返點(diǎn)控制系統(tǒng)折返點(diǎn)設(shè)備跟起點(diǎn)設(shè)備較為相似，折返點(diǎn)不需要信息存儲(chǔ)模塊與計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路。它也包括折返點(diǎn)發(fā)射器和折返點(diǎn)接收器兩大部分。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)折返點(diǎn)，折返點(diǎn)的激光掃描電路掃描到運(yùn)動(dòng)員的通過(guò)信號(hào)，折返點(diǎn)接收器將這個(gè)信號(hào)傳送到對(duì)應(yīng)的CPU內(nèi)部進(jìn)行處理,同時(shí)發(fā)送指令給對(duì)應(yīng)的折返點(diǎn)無(wú)線傳輸模塊，折返點(diǎn)收發(fā)器將相對(duì)應(yīng)的信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸送給起點(diǎn)設(shè)備。折返點(diǎn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖2所示。折返點(diǎn)發(fā)射器折返點(diǎn)激光發(fā)射模塊折返點(diǎn)接收器CPU無(wú)線傳輸模塊折返點(diǎn)激光接收模塊圖 2 折返點(diǎn)控制系統(tǒng)方框圖3 各單元電路設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì)在本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，由于涉及到很多模塊需要單獨(dú)的供電模塊，結(jié)合到實(shí)際中應(yīng)用，可將生活中較容易獲取的干電池電壓，，用來(lái)為本系統(tǒng)中指紋識(shí)別模塊和無(wú)線傳輸模塊供電。其原理圖如圖3所示。C3C3C3C33都是濾波電容，LED0為電源工作指示燈。圖3電源電路設(shè)計(jì)圖 單片機(jī)的選用及最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)由于本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中起點(diǎn)控制系統(tǒng)同時(shí)包含了指紋識(shí)別模塊和無(wú)線傳輸模塊，并且這兩個(gè)模塊都牽涉到了串口通訊，而折返點(diǎn)則沒(méi)有指紋識(shí)別模塊，所以起點(diǎn)采用不同于折返點(diǎn)的控制芯片,分別控制起點(diǎn)和折返點(diǎn)設(shè)備。 起點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)由于上位機(jī)通訊都要用到串口通訊，選擇的芯片必須包含2個(gè)或兩個(gè)以上的串口。STM32F103C8T6芯片就可滿足本部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并且STM32F103C8T6功能強(qiáng)大，外設(shè)配置豐富，性價(jià)比高。所以在本部分系統(tǒng)電路中采用STM32F103CT6作為主控芯片，它屬于增強(qiáng)型的，32位基于ARM核心CortexM3 CPU,～，帶512字節(jié)閃存程序存儲(chǔ)器的微控制器，高達(dá)64K字節(jié)的SRAM，最高72MHz工作頻率,3個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1ms的轉(zhuǎn)換時(shí)間，2通道12位的D/A轉(zhuǎn)換器，12通道DMA控制器，有80個(gè)快速I/O端口，多達(dá)4個(gè)16位的定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲、輸出比較、PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入，2個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器，2個(gè)看門狗，有13個(gè)通信接口，2個(gè)I178。C接口，5個(gè)USART接口，3個(gè)SPI接口，CAN接口，USB ， SDIO接口。這些豐富的外設(shè)配置，使得STM32F103C8T6大容量增強(qiáng)型系列微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合，如：電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制、醫(yī)療和手持設(shè)備、PC游戲外設(shè)和GPS平臺(tái)，工業(yè)應(yīng)用有可編程控制器（PLC）、變頻器、打印機(jī)和掃描儀、警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等。有各種低功耗模式。使用方便，開(kāi)發(fā)工具十分簡(jiǎn)單［2］。單片機(jī)若要正常工作，都需要一個(gè)最小系統(tǒng)輔助芯片來(lái)完成對(duì)外圍電路的控制，STM32單片機(jī)小系統(tǒng)包括：①?gòu)?fù)位電路 ②振蕩電路 ③供電電路。STM32的最小系統(tǒng)如圖8所示。圖 4 STM32單片機(jī)最小系統(tǒng) 折返點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)本論文中單片機(jī)采用的是由ATMEL公司所生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位的AT89S51單片機(jī)，是市場(chǎng)上最為常見(jiàn)的單片機(jī)之一。其內(nèi)含4kb的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。其功能強(qiáng)大，高性能，低價(jià)位，易用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到廣大顧客的青睞。AT89S51具有以下特點(diǎn): (1)4k Byte