張小妮(西安航空學(xué)院,陜西西安,710077)

大學(xué)生運動會中的田徑起點信號處理系統(tǒng)的設(shè)計

張小妮
(西安航空學(xué)院,陜西西安,710077)

文章設(shè)計了田徑起點信號處理系統(tǒng)，主控系統(tǒng)、發(fā)令子系統(tǒng)、起跑子系統(tǒng)和無線通信子系統(tǒng)四個系統(tǒng)做了設(shè)計，并對系統(tǒng)的功能進行了調(diào)試。

田徑；起點信號處理系統(tǒng)；STM32F103

1 田徑信號處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)

田徑信號處理的硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計如圖1所示，包括主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、搶跑的壓力傳感器和發(fā)令槍聲的傳感器、報警系統(tǒng)以及無線通信系統(tǒng)等6個方面組成。

圖1 硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計圖

2 系統(tǒng)分析

田徑起點信號處理系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)、發(fā)令子系統(tǒng)、起跑系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)四個系統(tǒng)。

2.1 主控系統(tǒng)組成與設(shè)計

田徑起點信號處理系統(tǒng)的主控系統(tǒng)包括MCU、按鍵以及液屏晶顯示三部分。在這個系統(tǒng)中采用的MCU的型號為STM32F103，屬于32位ARM微控制器，STM32F103與51和AVR相比速度很快，容量為最大為512K字節(jié)，供電為2.0-3.6V，功耗較低有睡眠模式、停機模式、待機模式，管腳有64管腳、100管腳和144管腳等，外設(shè)有5個USART,2個IIC，2個SPI,USB,等等，基本上常用的都包括；STM還有自己的固件庫，不用再看寄存器， STM32的技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，能非常容易的從網(wǎng)絡(luò)上得到幫助。

2.2 發(fā)令子系統(tǒng)的組成與設(shè)計

田徑起點信號處理系統(tǒng)的發(fā)令子系統(tǒng)主要包括主要部件發(fā)令槍和電子發(fā)令傳感器以及相關(guān)部件擴音器、信號電纜、起跑器和電源電纜等部分組成。電子發(fā)令傳感器接收到聲音信號后將聲音信號放大，要求其具有高度靈敏性，抗干擾的性能強，有濾波功能，提高其可靠性。本系統(tǒng)的應(yīng)用的是ISD1420芯片，通過此芯片聲音的內(nèi)容能永久性的存儲單元，聲音信息存儲消耗零功率，而且語音質(zhì)量高，使用很方便，外部的元件最少，不需要專用的編程，它由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成，工作電壓為5V,靜態(tài)電流的典型值為0.5μA，最大值為 2μA，工作時的電流典型值15mA，最大值30mA。

2.3 起跑子系統(tǒng)的組成與設(shè)計

起跑子系統(tǒng)由起跑器傳感組件、擴音設(shè)備和燈光設(shè)備三部分組成。本系統(tǒng)中采用的搶跑壓力傳感器，其壓力傳感器和等值電阻組成電橋，一旦發(fā)生搶跑現(xiàn)象電橋就會失去平衡，而起跑器的腳踏板上都有一個應(yīng)變片，當有蹬力產(chǎn)生時，應(yīng)變片會變形，并放大此信號。把信號傳到主控系統(tǒng)，判別搶跑現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 無線通信子系統(tǒng)的組成與設(shè)計

由于比賽的場地比較大，線路比較長，為了避免外界的干擾，無線通信子系統(tǒng)由起點處的MUC串口和終點處的PC機串口一共兩個模塊組成。在設(shè)計無線通信子系統(tǒng)時要充分考慮到系統(tǒng)的整體性，標準的設(shè)計規(guī)范，統(tǒng)一的系統(tǒng)代碼，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全局共享，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，同時還要求系統(tǒng)有很強的恢復(fù)能力，并具有檢錯和糾錯的能力。

3 田徑信號處理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

田徑信號處理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)包括主控程序如通信檢測、啟動檢測、取消檢測等檢測軟件、搶跑判別軟件、報警方案的軟件、計時軟件和無線通信的軟件，本文主要介紹無線通信子系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

3.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊

本系統(tǒng)采用STR-18型的數(shù)據(jù)傳輸模塊，把起點運動員的情況發(fā)送給終點，該模塊具有很多優(yōu)點，如抗干擾的能力強，低誤碼率，不需要申請頻點、數(shù)據(jù)實時同步傳輸、傳輸?shù)亩嚯x較遠、數(shù)據(jù)傳輸透明等優(yōu)點。支持的接口波特率主要包括1200bps、2400bps、4800bps、9600bps四種，也可以根據(jù)實際需要提供相應(yīng)的非標準接口波特率，可以提供標準RS-232、RS-485和TTL電平3種接口方式，可以和計算機、RS-485設(shè)備、單片機或者是其它UART器件直接連接使用。STR-18型的數(shù)據(jù)傳輸模塊的應(yīng)用的原理圖，如圖2所示。

STR-18使用直流電源，+3.6V-5.0V，工作的電壓也可以稍微低些，達到3V，其工作的時候發(fā)射的電源≤40MA，接收的電流≤20MA。提供1個9針的連接器，一個天線接口，一組調(diào)線短路器，一組速率修改短路焊盤。

3.2 通信協(xié)議

通信協(xié)議通常在編程前確定下來，在協(xié)議中要明確規(guī)定何時開始通信、結(jié)束通信和交換信息。通信協(xié)議在制定的時候要充分考慮到系統(tǒng)的可靠性和有效性，一般包括3方面的要素語法、語義和同步。語法就是數(shù)據(jù)和控制信息的格式、語義就是定義信息的具體的含義、同步就是實踐實現(xiàn)順序的詳細的說明。通信協(xié)議首先確定的就是通信的狀態(tài)，然后在確定串口的通信方式。

3.3 發(fā)送功能模塊

發(fā)送功能的模塊主要的功能是數(shù)據(jù)包的生成和發(fā)送，都是由硬件電路自動實現(xiàn)的，軟件只是把要發(fā)送的數(shù)據(jù)從單片機傳輸?shù)綌?shù)據(jù)寄存器中和切換至發(fā)送工作模式。

3.4 接受功能模塊

接受功能模塊的主要功能就是檢測載波信號，地址匹配的監(jiān)測和數(shù)據(jù)包的解碼和接受，從接受到的時間繼續(xù)計時。本系統(tǒng)采用delphi7.0為終點PC機接口的軟件。

4 系統(tǒng)調(diào)試

在開發(fā)軟件的過程中，不可能面面俱到，可能會存在一些這樣或是那樣的問題，所以要對系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)試，找出系統(tǒng)的錯誤，并及時的修改，系統(tǒng)調(diào)試主要包括程序調(diào)試、模塊的調(diào)試、子系統(tǒng)的調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試主要是指聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)調(diào)試要規(guī)范進行、用戶參加意見、充分利用系統(tǒng)資源、不斷地發(fā)展變化、遵循實用和實效的原則，調(diào)試時主要有可以用正確的或者是不正確的數(shù)據(jù)測試程序是否正確，對程序的一些功能進行測試，比如說數(shù)據(jù)的傳輸情況，系統(tǒng)反應(yīng)的靈敏度，系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間都要進行調(diào)試，根據(jù)具體的條件可以采取不同的方式，除了軟件系統(tǒng)的調(diào)試，還包括硬件電路的調(diào)試，如檢查電壓是否正常、系統(tǒng)的接口是不是正確，晶振是否起振和一些元件的發(fā)射信號等。

5 結(jié)束語

隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，軟件的功能將越來越完善，更好的應(yīng)用在一些系統(tǒng)中，完善該系統(tǒng)的功能。本文主要對田徑起點信號處理系統(tǒng)進行了設(shè)計，該系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)，發(fā)令子系統(tǒng)，起跑子系統(tǒng)和無線通信子系統(tǒng)，主控系統(tǒng)的MCU微處理器應(yīng)用的是STM32F103，發(fā)令子系統(tǒng)中應(yīng)用的是ISD1420芯片，通信處理子系統(tǒng)中應(yīng)用的是STR-18型的數(shù)據(jù)傳輸模塊，并對田徑起點信號處理系統(tǒng)進行了測試，找出其中不足的地方，加以完善，使其更好地在運動會中服務(wù)，提高比賽的精確性和公平性。

李非.徑賽起點信號處理系統(tǒng)開發(fā)[D].河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

The design of track and field from signal processing system University Games in the

Zhang Xiaoni
(Xi'an Aviation Institute in Shaanxi,Xi'an,710077)

The design of the track and field from signal processing system,main control system,thesubsystem, the starting four subsystem and wireless communication subsystem to do the design,and the function of the system debugging

track and field;from signal processing system;STM32F103

圖2 STR-18模塊應(yīng)用原理圖