【正文】 健康水平。 20xx年我國學(xué)生體質(zhì)健康調(diào)研結(jié)果表明，隨著我國社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷改善，我國學(xué)生身體健康水平有了較大的提高。我們國家自新中國成立以來黨和政府十分重視青少年的體質(zhì)，制定了一系列政策，先后推出了《勞衛(wèi)制》、《國家體育鍛煉標(biāo)準(zhǔn)》、《大學(xué)生體育合格標(biāo)準(zhǔn)》、《中學(xué)生體育合格標(biāo)準(zhǔn)》、《小學(xué)生體育合格標(biāo)準(zhǔn)》以及《學(xué)生體質(zhì)健康調(diào)研》等政策和措施。用Altium Designer軟件完成硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定 C語言為編程語言，確定了系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計了主程序流程圖，通過 C語言編制的軟件程序支持，能夠?qū)崿F(xiàn)對被測者所跳距離的處理、運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)測量。在研究參考國內(nèi)外現(xiàn)有立定跳遠(yuǎn)測距儀的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、紅外線傳感測控等方面的技術(shù)成果，開發(fā)了新一代基于紅外線發(fā)光二極管和單片機(jī)的立定跳遠(yuǎn)測距系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計說明書 基于 AT89C51 的立定跳遠(yuǎn) 測距系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 20xx 年 06 月 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 基于 AT89C51 的立定跳遠(yuǎn)測距系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 廣大青少年身心健康、體魄強(qiáng)健、意志堅強(qiáng)、充 滿活力，是一個民族旺盛生命力的體現(xiàn)，是社會文明進(jìn)步的標(biāo)志，是國家綜合實(shí)力的重要方面 。 本文所論述的立定跳遠(yuǎn)測距系統(tǒng)采用計算機(jī)顯示， 可根據(jù)不同被測對象選擇不同的起跳點(diǎn)，性能穩(wěn)定，精度較高。同時，本文對單片機(jī) AT89C51與 PC機(jī)之間進(jìn)行通訊、實(shí)施 PC機(jī)控制的工作做了一定的研究和探討。這些政策和措施對加強(qiáng)學(xué)校體育工作，提高青少年體質(zhì)健康水平，起到了很大的推動作用。與此同時，學(xué)生的體質(zhì)健康方面也存在著不容忽視的問題，學(xué)生體質(zhì)健康的狀況不容樂觀，必須下大力氣，采取積極措施，扭轉(zhuǎn)學(xué)生體質(zhì)健康 狀況下滑的趨勢。《學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》能夠促進(jìn)學(xué)生身體的正常生長和發(fā)育、形態(tài)機(jī)能的全面協(xié)調(diào)發(fā)展、身體健康素質(zhì)的全 面提高和激勵學(xué)生主動、自覺地參加經(jīng)常性的體育鍛煉，有利于把學(xué)生培養(yǎng)為德、智、體、美全面發(fā)展的高素質(zhì)人才。從 20xx年新學(xué)年開始，各省、自治區(qū)、直轄市實(shí)施《學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》的比例擴(kuò)大到 50%的中小學(xué)校和所有高等學(xué)校。不同年級有不同的測試項(xiàng)目，同一年級還會根據(jù)個人的不同條件有不同的標(biāo)準(zhǔn)。 （三）小學(xué)五、六年級測試項(xiàng)目為六項(xiàng)，其中身高、體重、肺活量為必測項(xiàng)目。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行的是目標(biāo)管理，即不管學(xué)校怎樣開展體育運(yùn)動，只要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)就合格?？梢允辜议L、社會及時了解學(xué)生的體質(zhì)狀況。良好的心肺功能可以預(yù)防心血管疾病，特別是冠心病的發(fā)生；強(qiáng)健的肌肉是完成人體各種運(yùn)動的必需；柔韌性可以防止在活動中的損傷：適宜的身體組成可避免由肥胖導(dǎo)致的各種疾病。對體質(zhì)的定義在體育、教育和衛(wèi)生系統(tǒng)，也已基本形成共識，即“體質(zhì)是指人體的質(zhì)量，它是在遺傳性和獲得性的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出來的、相對穩(wěn)定的特征”。因此形態(tài)將作為評價的一個方面。 研究開發(fā)立定跳遠(yuǎn)測距系統(tǒng)的由來和意義 青少年是祖國的希望、民族的 未來。 目前，我國從小學(xué)、中學(xué)到成人還沒有相應(yīng)的檢測設(shè)備，就更談不上普及應(yīng)用。 經(jīng)常練習(xí)跳躍，可以增強(qiáng)腿部力量，提高彈跳能力，發(fā)展速度、力量、靈敏、協(xié)調(diào)等素質(zhì)，而立定跳遠(yuǎn)作為跳躍類的一個項(xiàng)目，由于它的技術(shù)動作簡單，所需場地不大，器材簡易，因此把它作為身體素質(zhì)測驗(yàn)必不可少的項(xiàng)目之一。本設(shè)備具有安全、環(huán)保、簡便、實(shí)用、對環(huán)境條件要求寬松、便于普及推廣的特點(diǎn)。同理，這些問題和疑慮在學(xué)校清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 51 頁 的體育測驗(yàn)中也同樣存在。大連萬國匯通體育投資管理有限公司開發(fā)的尤西姆 (UOSIM)智能體質(zhì)測試系統(tǒng)也是為配合國家教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題的研究及《學(xué)生體質(zhì)健康 標(biāo)準(zhǔn)》和體育考試制度的建立而設(shè)立的重點(diǎn)投資攻關(guān)項(xiàng)目。 圖 HHTC/LT100型立定跳遠(yuǎn)測試儀 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 51 頁 該產(chǎn)品的性能特點(diǎn)： ● 具備鍵盤與非接觸卡身份證號碼、學(xué)號倆種輸入模式； ● 海量存儲 15000條測試數(shù)據(jù)，測試成績快捷搜索、查詢； ● 測試結(jié)果自動顯示，同步語言提示； ● 測試數(shù)據(jù)實(shí)時同步，通過遠(yuǎn)距離無線網(wǎng)絡(luò)自動送入計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 首先可以看到，這些產(chǎn)品每次測試之前都需要輸入被測者的姓名、學(xué)號等身份信息，大大增加了測試的工作量。 論文主要工作概述 總體設(shè)計 在用戶需求分析的基礎(chǔ)上，研究國內(nèi)外當(dāng)前同類產(chǎn)品的設(shè)計方案，認(rèn)真分析了市場上同類型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)和不足，經(jīng)過嚴(yán)格的分析和比較，選取合理的設(shè)計方案，確定了此立定跳遠(yuǎn)測距系統(tǒng)應(yīng)具有的基本功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其精度要求等。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 51 頁 2 總體方案的設(shè)計 設(shè)計參數(shù)及要求 (1)設(shè)計參數(shù) 測量精度： 測量距離： +lm (2)設(shè)計要求 ①性能穩(wěn)定、精度高、誤差小于 ； ②可根據(jù)不同對象選擇不同的起跳點(diǎn)，以便適用于不同人群； ③設(shè)備精美實(shí)用，緩沖性能和附著地面性能優(yōu)良； ④實(shí)現(xiàn) PC對整個系統(tǒng)的操作； 測量方案的選擇 測距儀是指用來確定某物距離的各種視覺，電子或聲覺儀器之一。它有 2種 類型： ①開關(guān)型，不受壓時為絕緣體 (斷路 )，當(dāng)壓力達(dá)到一定值后，電阻急劇降低至導(dǎo)電狀態(tài) (接通 )。 方案二：利用紅外線發(fā)光二極管的測距方案 (1)利用紅外線發(fā)光二極管的測距原理 紅外線發(fā)光管具有發(fā)光效率高，體積小，截止頻率高，使用方便的的特點(diǎn)。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940rim左右，外形與普通發(fā)光二極管相同 (見下圖 )，只是顏色不同。 圖 紅外發(fā)光二級管 發(fā)光電路由振蕩電路和紅外發(fā)光管 HG413組成，電路圖如圖 。由于外接負(fù)載的不同，所采用的放大電路的形式也很多。時基集成塊NE555輸出振蕩頻率由外接電阻 R1， R2及電容 C1決定： 2ln1)221( 1f CRR ?? () 3端為輸出端， R3是限流電阻，避免由于電流過大而燒壞紅外發(fā)光管 D，其輸出信號為方波，占空比 q為 : 221 21Rq RR R??? () 電路原理： T1在沒有光照射的時候截止，此時 T2基極電位為 0， Uout輸出為高電平。 設(shè)計方案的確定 根據(jù) ，從系統(tǒng)實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性能出發(fā)，本立定跳遠(yuǎn)測距系統(tǒng)采用紅外線發(fā)光二極管測距的方案，它不僅具有其他三個方案所具有的共有優(yōu)點(diǎn)，而且制作簡單，成本低廉，為了提高產(chǎn)品的性能和市場競 爭力。設(shè)置起跳線為 5條，分別為 ， 1m起跳線， ， 2m起跳線， 。然后采用循環(huán)檢測方式對 128個接收二極管進(jìn)行檢測。 圖 測距布局圖 AT89C51 單片機(jī)簡介 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)。 紅外線發(fā)光二極管 紅外線光敏二極管 ＞ 1m 0 米 米 米 米 米 米 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 共 51 頁 本系統(tǒng)采用 ATMEL公司的產(chǎn)品 AT89C51作為系統(tǒng)微控制器 (MCU)。 (2)由于 AT89C51是以 8031核構(gòu)成的，所以它與 MCS51系列單片機(jī)是兼容的。這在系統(tǒng)的開發(fā)過程中．可隨意進(jìn)行程序修改，即使錯誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開發(fā)周期；同時在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息 (數(shù)據(jù)保存期 10年 )。其既具有 EPROM一樣的可編程能力，有帶有象 EEPROM的電可擦除性能，具有不發(fā)揮性、訪問速度快 (60ns)和密度高的特點(diǎn)。若采清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 共 51 頁 用片內(nèi)帶 EPROM的 87C51單片機(jī)，則芯片成本較高，而 89C51單片機(jī)則融合 8031與閃速 (Flash)存儲器技術(shù)于一體，自帶 4K內(nèi)部程序存儲器，其使用壽命長 (可重復(fù)編程1000次以上 )，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，而且具有邏輯加密，使研制的系統(tǒng)不易被仿制。 89C51與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51系列單片機(jī)指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。用它組成實(shí)際系統(tǒng)，不僅設(shè)計簡便、工作可靠、成本低廉，而且它所具備的兩種節(jié)電模式更適合于嵌入控制或便攜式智能儀表以及要求節(jié)電的場合。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 51 頁 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計原則 作為一個實(shí)現(xiàn)功能豐富、元器件復(fù)雜、工作獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)，首先要考慮的就是系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)； (2)系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗟?，以便進(jìn)行二次開發(fā)； (3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。所以在 CPU時間不緊張的情況下，應(yīng)盡量采用軟件。 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 51 頁 單片機(jī)外圍電路設(shè)計 單片機(jī)外圍電路如圖 。 通訊接口。在此設(shè)計中，采用74HCl38譯碼器進(jìn)行控制。 圖 74HC244驅(qū)動電路 紅外線發(fā)光二極管采用脈沖光源，方波脈沖發(fā)生器采用時基集成塊采用 555脈沖發(fā)生器。同時為了減少控 制芯片的數(shù)量，在控制驅(qū)動電路中，每個譯碼器的控制管腳控制四個二極管同時發(fā)亮和熄滅。由于發(fā)射二極管與接收二極管是一一對應(yīng)的，所 以在控制發(fā)光二極管發(fā)光的過程，同時也要讀出與發(fā)光二極管相對應(yīng)的接收二極管的數(shù)據(jù)。多路開關(guān)的主要用途是清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 共 51 頁 把多個模擬量參數(shù)分時地接通 A/D轉(zhuǎn)換器，即完成多到一的轉(zhuǎn)換或者把經(jīng)計算機(jī)處理、且由 D/A器轉(zhuǎn)換成的模擬信號按一定的順序輸出到不同的控制回路 (或外部設(shè)備 )，即完成一到多的轉(zhuǎn)換。輸入信號 Vi范圍是 VDDVSS。因此這種多路開關(guān)輸入電平范圍大，數(shù)字控制信號邏輯“ 1”的電平可選 3～ 15V，模擬量可達(dá) 15VPP。 根據(jù)以上對 CD4051特性，設(shè)計出紅外線接收電路，如圖 [22]。 表 CD4051的真值表 INPUT STATES 選中輸出通道 INHIBIT C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 No 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 20 頁 共 51 頁 圖 紅外接收電路 本論文中選用 16塊 CD4051芯片，每片接 8個接收電路的光敏二級管。 LM567的封裝形式采用 8腳雙列直插式， LM567結(jié)構(gòu)及外圍元件如圖 。形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其中 2腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，電容數(shù)值越 大，環(huán)路帶寬越窄。 LM567作為鎖相環(huán)路解碼器，即當(dāng)從腳 3輸入的信號的頻率在 f0附近的帶寬 BW范圍內(nèi)時信號被捕捉到，從輸出腳 8輸出低電平 (未捕捉到時為高電平 )。對輸入信號的要求是 Vi20mV，當(dāng) Vi200mV時帶寬僅由 f0與 C2的乘積決定。 電源設(shè)計時應(yīng)該同時考慮功率、電平及抗干擾等問題。 電平設(shè)計指的是直流電壓幅度和電源在最不得 (滿載 )情況下的紋波電壓峰峰值設(shè)計。對于上述三種干擾必須采用行之有效的措施和具體電路加以消除，確保單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行和工作。 在系統(tǒng)電路中，邏輯電路需要 +5V直流電壓，采用 9V電源，再采用 W7805穩(wěn)壓塊就可以將 9V電壓轉(zhuǎn)換為 +5伏直流電壓。 C10 C10C108起到濾波緩沖作用。所以在此設(shè)計中加一個看門狗電路。 89C51及其數(shù)字電路芯片的工作電壓一般最低為 ，低于 ，有可能使程序運(yùn)行跑飛。 WDT被清零有三種情況：發(fā)生復(fù)位； WDI處于三態(tài)； WOI監(jiān)測到一個上升沿或下降沿。相互通道接口特點(diǎn)： (1)相互通道是 CPU之間的信號傳送通道。 (3)相互通道連接的兩個應(yīng)用系統(tǒng)通常都相隔一定距離，因此，大多數(shù)相互通道都包含有串行