【正文】 腳將會(huì)出現(xiàn)高電平 ,并且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來(lái)決定。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 AT89S52 單片機(jī) AT89S52 單片機(jī) 聲光報(bào)警模塊 踏線(xiàn)檢測(cè)模塊 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊 電源模塊 踏線(xiàn)檢測(cè)模塊 計(jì)時(shí)顯示模塊 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊 電源模塊 聲光報(bào)警模塊 4 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員完成任務(wù)要求的折返次數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)計(jì)時(shí)也停止，并在數(shù)碼管上顯示出完成任務(wù)所用時(shí)間。依據(jù)這些考核中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種智能往返跑控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)分析該系統(tǒng)需采用 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：電源模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、踏線(xiàn)檢測(cè)模塊、LED 計(jì)時(shí)顯示模塊、聲光報(bào)警模塊。 技術(shù)指標(biāo) （ 1）采用激光檢測(cè)掃描運(yùn)動(dòng)員在起點(diǎn)和折返點(diǎn)的踏線(xiàn)信息，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警提示； （ 2）采用無(wú)線(xiàn)傳輸模塊進(jìn)行起點(diǎn)和和折返點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信； （ 3）采用數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)信息，計(jì)時(shí)次誤差 ； （ 4）系統(tǒng) 具備一定的抗干擾能力； （ 5）可實(shí)現(xiàn)多組同時(shí)進(jìn)行測(cè)試； （ 6）系統(tǒng)采用電池供電。國(guó)內(nèi)這個(gè)設(shè)計(jì)目前還沒(méi)有具體的實(shí)物出現(xiàn)，市面上也很少有此設(shè)計(jì)的商品。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)在電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類(lèi)也越來(lái)越多，而人們對(duì)于電子技術(shù)的要求也越來(lái)越高，其中很重要的一點(diǎn)就是智能化。 選課的背景及意義 目前，在 現(xiàn)在體育訓(xùn)練和比賽中大多數(shù) 都是人力進(jìn)行組織的，同時(shí)也是人負(fù)責(zé)對(duì)訓(xùn)練和比賽中的數(shù)據(jù)和時(shí)間進(jìn)行記錄的，而這類(lèi)的訓(xùn)練和比賽往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間，需要很多人才能保證活動(dòng)的數(shù)據(jù)正確以及公平公正。對(duì)于運(yùn)動(dòng)員考核中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不踩往返線(xiàn)就折返跑、忘記自己折返次數(shù)而沒(méi)有跑完就提前結(jié)束考核。 本設(shè)計(jì)針對(duì)當(dāng)前的體育訓(xùn)練、比賽中進(jìn)行往返跑考核中存在的教練或者裁判人員觀(guān)測(cè)誤差大、誤判、勞動(dòng)強(qiáng)度大和效率低等現(xiàn)狀，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以 ATMEL89S52系列單片機(jī)為核心控制器 ,采用激光精確掃描運(yùn)動(dòng)員的踏線(xiàn)信息，采用無(wú)線(xiàn)傳輸模塊進(jìn)行起點(diǎn)和和折返點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信，實(shí)現(xiàn)了對(duì)往返跑訓(xùn) 練考核過(guò)程的精確檢測(cè)和智能控制，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作質(zhì)量和效率。智能往返跑控制系統(tǒng)，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助等功能于一體的綜合系統(tǒng)。這種方式下，裁判人員的觀(guān)測(cè)誤差較大，而且對(duì)于運(yùn)動(dòng)員是否每次往返均能達(dá)標(biāo) ，判定不清楚，可能造成誤判等情況的發(fā)生。從而減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作質(zhì)量和效率。而現(xiàn)在各個(gè)方面的發(fā)展都在趨向智能化，體育檢測(cè)類(lèi)的器件也在不斷改進(jìn)，而本設(shè)計(jì)就很好的解決了以上問(wèn)題，本設(shè)計(jì)的踏線(xiàn)檢測(cè)模塊和聲光報(bào)警模塊，對(duì)于考核人 員沒(méi)有踩線(xiàn)見(jiàn)折返的情況起到了很大的幫助，它對(duì)運(yùn)動(dòng)員考核過(guò)程進(jìn)行了很好的監(jiān)督，也避免了考核人員在考核過(guò)程中的一些作弊行為，同時(shí)本設(shè)計(jì)也有計(jì)時(shí)顯示模塊，可以幫助工作人員準(zhǔn)確記錄比賽時(shí)間，避免出現(xiàn)吳記的情況，大大節(jié)省了人力資源。本課題要設(shè)計(jì)的 激光掃描的智能往返跑控制系統(tǒng)，主要是針對(duì)體育往返跑訓(xùn)練或者比賽中出現(xiàn)的一些疏忽，比如運(yùn)動(dòng)員沒(méi)有踏線(xiàn)就折回、沒(méi)有記清楚折返次數(shù)等，都起到了一定的幫助作用。 本課題要求及主要研究?jī)?nèi)容 課題研究的主要內(nèi)容 針對(duì)當(dāng)前的體育訓(xùn)練、比賽中進(jìn)行往返跑考核中存在的教練或者裁判人員觀(guān)測(cè)誤差大、誤判、勞動(dòng)強(qiáng)度大和效率低等現(xiàn)狀，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以 ATMEL89S52 系列單片機(jī)為核心控制器 ,采用激光器精確掃描運(yùn)動(dòng)員的踏線(xiàn)信息，采用無(wú)線(xiàn)傳輸模塊進(jìn)行起點(diǎn)和和折返點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信，實(shí)現(xiàn)了對(duì)往返跑訓(xùn)練考核過(guò)程的精確檢測(cè)和智能控制，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作質(zhì)量和效率。在考核中，需要工作人員及時(shí)準(zhǔn)確的記錄時(shí)間和考核人員的折返次數(shù)，而僅僅依靠工作人員肉眼觀(guān)察是很難做到準(zhǔn)確無(wú)誤的。經(jīng)過(guò)分析起跑點(diǎn)系統(tǒng)框圖如下： 圖 1 起跑點(diǎn)系統(tǒng)方框圖 折返點(diǎn)系統(tǒng)方框圖 當(dāng)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)折返點(diǎn)時(shí)，激光器會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的踩線(xiàn)情 況進(jìn)行掃描，若運(yùn)動(dòng)員按照規(guī)則踏線(xiàn)之后返回，則此時(shí)激光器就會(huì)對(duì)踏線(xiàn)信息進(jìn)行一次掃描，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)計(jì)數(shù)器記錄一次折返次。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。對(duì) 52 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō) ,最小系統(tǒng)一般包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。原則就是要讓 RC 組合可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于2 個(gè)機(jī)周期的高電平。 29 腳 PSEN， 30 腳 ALE 為外擴(kuò)數(shù) 據(jù) / 程序存儲(chǔ)器時(shí)才有特定用處，一般情況下不用考慮，這樣，就只剩下 32 個(gè)引腳，它們是： P0 端口 共 8 個(gè)； P1端口 共 8 個(gè)； P2 端口 共 8 個(gè)； P3 端口 共 8個(gè)。通過(guò)采用內(nèi)部曼切斯特編解碼，微控制器不需要制定編解碼規(guī)則。由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。 進(jìn)入 POWERDOWN 模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。 1VCC2TRXEN3TRXCE4PWRUP5uPCLK6CD7AM8DR13GND14GND9MISO10MOSI12CSN11SCKJP1 nRF905 圖 6 nRF905 無(wú)線(xiàn)模塊的接口電路 表 1 nRF905 模塊的各管腳說(shuō)明 管腳 名稱(chēng) 管腳功能 說(shuō)明 1 vcc 電源 電源 + DC 2 TXEN 數(shù)字輸入 TXEN=1 TX 模式 TXEN=0 RX 模式 3 TRXCE 數(shù)字輸入 使能芯片發(fā)射或接收 4 PWRUP 數(shù)字輸入 芯片上電 5 uCLK 時(shí)鐘輸入 本模塊該 管腳廢棄不用，向后兼容 6 CD 數(shù)字輸出 載波檢測(cè) 7 AM 數(shù)字輸出 地址匹配 8 DR 數(shù)字輸出 接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成 9 MISO SPI 接口 SPI 輸出 10 MOSI SPI 接口 SPI 輸入 11 SCK SPI 時(shí)鐘 SPI 時(shí)鐘 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 14 GND 地 接地 表 2 nRF905 模塊性能參考數(shù)據(jù) 參數(shù) 數(shù)值 單位 最低工作電壓 v 最大發(fā)射功率 10 dBm 最大數(shù)據(jù)傳輸率曼徹斯特編碼 50 kbps 輸出 功率為 10dBm時(shí)工作電流 9 mA 接收模式時(shí)工作電流 mA 溫度范圍 40 to +85 ℃ 典型靈敏度 100 dBm POWERDOWN 模式時(shí)工作電流 uA 無(wú) 線(xiàn)傳輸模塊電路設(shè)計(jì) 收發(fā)器電路板則由 nRF905 芯片和各分立元件構(gòu)成。通過(guò)在芯片上將所有的高速信號(hào)處理變?yōu)樯漕l通信協(xié)議， nRF905 芯片提供了一個(gè)具有微控制器能力的 SPI 接口，數(shù)據(jù)率由具有微控制器功 能的接口速率自行設(shè)定。 [4] 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， AT89S52 先把 nRF905 置于待機(jī)模式 (PWR_UP 引腳為高、 TRX_CE 引腳為低 )，然后通過(guò) SPI 總線(xiàn)把發(fā)送地址和待發(fā)送的數(shù)據(jù)都寫(xiě)入相應(yīng)的寄存器中，之后把 nRF905 置于發(fā)送模式 (PWR_UP、 TRX_CE 和 TX_EN 全為高 )，數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出去。退出后在待機(jī)模式等待， AT89S52 通過(guò) SPI 總線(xiàn)把 nRF905 內(nèi)部的接收數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)讀出，即接收到的有效數(shù)據(jù)。另外還有 5 個(gè)固定電壓輸出（ 、 、 、 和 5V）的型號(hào)。 LM1117 系列具有 LLP、 TO26 SOT22TO220 和 TO252 DPAK 封裝。電路如圖 10 所示： 1 2L1+C410uF+C510uFVCCGNDC610uFGND1OUT2VIN3U3 圖 10 電源模塊 計(jì)時(shí)顯示模塊 4 位 LED 數(shù)碼管介紹 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給 供測(cè)評(píng)員實(shí)時(shí)時(shí)查看計(jì)時(shí)時(shí)間 而設(shè)置的，因此采用 4位數(shù)碼管顯示（如圖 12）。在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由 8 位 I/O 口控制。 圖 12 位數(shù)碼管實(shí)物圖 12 圖 13 位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口電路圖 74HC573 芯片 74HC573芯片是八進(jìn)制 3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，它是一種高性能硅門(mén) CMOS器件。當(dāng)鎖存使能端變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。 激光二極管本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體二極管，按照 PN 結(jié)材料是否相同，可以把激光二極管分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)（ SH）、雙異質(zhì)結(jié)（ DH）和量子阱（ QW）激光二極管（其實(shí)物及電路符號(hào)如圖 16 所示）。 常用的激光二極管有兩種 :① PIN 光電二極管。為了獲得良好的信噪比，光檢測(cè)器件后面須連接低噪聲預(yù)放大器和 主放大器。（ 2）閾值電流 Ith ：即激光管開(kāi)始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對(duì)一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至 10mA 以下。 （ 6）監(jiān)控電流 Im ：即激光管在額定輸出功率時(shí)，在 PIN 管上流過(guò)的電流。激光二極管的注入電流必須大于臨界電流密度，才能滿(mǎn)足居量反轉(zhuǎn)條件而發(fā)出激光。而且，激光二極管的消耗功率極小，以雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光為例，最大的額定電壓通常低于 2伏特 ，輸入電流則在 15到 100毫安之間，消耗功率往往不到一 瓦特 ，而輸出功率達(dá) 數(shù)十毫瓦特以上。 本設(shè)計(jì)采用的是為紅色點(diǎn)狀式激光二極管，其主要參數(shù)如表 7所示。光敏三極管 (光電三極管 )(Photo Transister)以接受光的信號(hào)而將其變換為電氣信號(hào)為目的而制成之晶體管稱(chēng)為光敏三極管。通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。在此狀態(tài)下， 光線(xiàn)入射于基極之表面時(shí)， 受到反偏壓之基極 、集電極間即有光電流 (Iλ)流過(guò)，發(fā)射極接地之晶體管的情形也一樣，電流以晶體管之電流放大率 (hfe)被放大而成為流至外部端子之光電流（ Ic），為了便于了解起見(jiàn)，請(qǐng)參照?qǐng)D 19 所示。 R810kR910kR10RPCEV23DU33321U5ALM393VCCGND10kVCC 圖 20 光敏三極管驅(qū)動(dòng)電路 檢測(cè)與聲光報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì) 本部分中是對(duì)考核人員在考核過(guò)程中，是否踩到起跑線(xiàn)或者折返線(xiàn)的信息進(jìn)行檢測(cè)。 (3)對(duì)激光二極管掃描的智能往返跑控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì) ,介紹了系統(tǒng)包含的各個(gè)模塊，并對(duì)模塊所用芯片進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出了工作電路。 ③ 研究智能往返跑關(guān)鍵控制參數(shù)的控制和最優(yōu)化的處理。在這里一并向他們表示感謝！ 正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí)，更讓我感覺(jué)到了知識(shí)以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。 //數(shù)字輸 入，使能芯片發(fā)射或接收 sbit am=P3^0。//數(shù)字輸入， TXEN=1， TXEN=0 RX 模式 sbit pwrup=P1^1。// SPI 接口， SPI 輸入 sbit csn=P1^5。 uchar table[]={0,0,0,0,0}。 uchar read()。 void init_1()。 void main() { TMOD=0x11。 TL1=(655362020)%256。 while(K1==1)。//spi 編程模式 txen=1。 write(0x19)。//寫(xiě)入的數(shù)據(jù) } csn=1。 write(0x21)。//寫(xiě)入的數(shù)據(jù) } csn=1。 //設(shè)置為 tx 模式 delay(10)。i20。 delayms(25)。 //開(kāi)始接收數(shù)據(jù) 650us 后檢測(cè)空中信息 trxce=1。 csn=0。i4。 26 if(num[0]==0x11) { g=1。i++) { led=0。 } led=1。 if(s99) { s=s