基于STC89C52單片機(jī)的400米障礙電子考核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

保松韌 譚堯 吳洪銳

摘要：400米障礙訓(xùn)練是武警部隊(duì)軍事訓(xùn)練考核的重要內(nèi)容之一，是提高武警部隊(duì)單兵戰(zhàn)斗力的重要途徑。鑒于現(xiàn)有400米障礙考核存在的短板和不足，本設(shè)計(jì)以電子技術(shù)的相關(guān)理論和技術(shù)知識(shí)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套基于STC89C52單片機(jī)的400米障礙考核系統(tǒng)，有助于部隊(duì)在該考核科目上規(guī)范考核標(biāo)準(zhǔn)，提高考核的自動(dòng)化水平和考核效率，進(jìn)一步降低對(duì)人力物力的消耗，做到部隊(duì)的整齊劃一，推進(jìn)部隊(duì)正規(guī)劃建設(shè)。

關(guān)鍵詞：400米障礙;訓(xùn)練考核;電子考核系統(tǒng)：STC89C52單片機(jī)

目前，全軍大抓軍事訓(xùn)練，貫徹落實(shí)習(xí)主席強(qiáng)化備戰(zhàn)打仗的鮮明導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)部隊(duì)講練向?qū)崙?zhàn)化，正規(guī)化靠攏。隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，部隊(duì)信息化程度越來(lái)越高，然而在很多軍事科目考核方面，比如400米障礙的考核，部隊(duì)仍沒(méi)有出現(xiàn)針對(duì)該項(xiàng)目的電子考核系統(tǒng)。以此為出發(fā)點(diǎn)，思考部隊(duì)進(jìn)行400米障礙軍事考核時(shí)，普遍采用考官監(jiān)督和人為卡表計(jì)時(shí)的方式，不能對(duì)出現(xiàn)的不規(guī)范動(dòng)作做出準(zhǔn)確的判斷，容易導(dǎo)致漏判、誤判。從而，研究一種能實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的判定障礙通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的400米障礙電子考核系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)考核標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格把關(guān)顯得尤為必要。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)主要是選取了五步樁、深坑、矮墻以及高墻四個(gè)障礙，模擬全程400米障礙考核。針對(duì)每個(gè)障礙的特殊性，對(duì)五步樁采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的監(jiān)控，對(duì)深坑、矮墻以及高墻采用光敏傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)人員的動(dòng)作監(jiān)控，對(duì)考核過(guò)程中的違規(guī)動(dòng)作進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，并對(duì)計(jì)時(shí)成績(jī)進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。設(shè)計(jì)時(shí)，將系統(tǒng)劃分為單片機(jī)主控模塊、按鍵模塊、違規(guī)檢測(cè)模塊、顯示模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊五個(gè)模塊。其中單片機(jī)主控模塊負(fù)責(zé)控制協(xié)調(diào);按鍵模塊負(fù)責(zé)控制考核的開(kāi)始和系統(tǒng)初始化;違規(guī)檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)檢測(cè)參考人員在考核過(guò)程中有無(wú)違規(guī)現(xiàn)象;顯示模塊負(fù)責(zé)顯示本次考核的成績(jī)數(shù)據(jù);語(yǔ)音報(bào)警模塊負(fù)責(zé)在參考人員考核違規(guī)時(shí)發(fā)出報(bào)警提示違規(guī)，考核終止。

2.系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)STC89C52單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)就是為其連接一個(gè)合適的時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路，保證其能夠正常運(yùn)行工作的系統(tǒng)。STC89C52單片機(jī)是宏晶公司生產(chǎn)的一款微控制器，它具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，非常適用于本設(shè)計(jì)這類低功耗控制應(yīng)用系統(tǒng)。STC59C52單片機(jī)共有40個(gè)引腳，RST位復(fù)位引腳，P3.0為RXD用于接受數(shù)據(jù)，P3.1為TXD用于發(fā)送數(shù)據(jù)，XTAL1和XTAL2為單片機(jī)接時(shí)鐘電路部分，晶振接到這兩個(gè)引腳。VCC代表單片機(jī)接電部分，GND代表單片機(jī)接地部分。

（2）按鍵電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中采用IO口直接檢測(cè)單個(gè)按鍵的方法實(shí)現(xiàn)按鍵功能，具體電路設(shè)計(jì)為P0.0-P0.3各連接一個(gè)上拉電阻和一個(gè)按鍵，完成按鍵電路設(shè)計(jì)。

（3）語(yǔ)音報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的語(yǔ)音采用的是ISD1820語(yǔ)音模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)必要的語(yǔ)音提示。該模塊在本設(shè)計(jì)中主要由單片機(jī)控制完成十秒內(nèi)的語(yǔ)音錄放功能。在本設(shè)計(jì)中，語(yǔ)音報(bào)警模塊使用排針連接5v電源，由單片機(jī)控制錄音的播放;其中REC、PLAYE和PLAYL口連接按鍵，由REC鍵控制錄音，PLAYE和PLAYL鍵分別控制觸發(fā)式和點(diǎn)動(dòng)式錄音播放模式;SP+和SP-口為輸出口，連接喇叭;MIC口為話筒輸入，MICREF口為話筒參考，AGC口為自動(dòng)增益控制，這三個(gè)口連接話筒，控制話筒輸入;RECLED口為接受指令口，接受單片機(jī)指令觸發(fā)錄音播放。

（4）對(duì)感光管監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的對(duì)感光管檢測(cè)電路主要是通過(guò)運(yùn)放以及光感對(duì)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放采用的是普通的運(yùn)算放大器LM358。對(duì)感光管設(shè)計(jì)了兩級(jí)，第一級(jí)是用來(lái)檢測(cè)外部輸入信號(hào)，采用電壓跟隨器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的跟隨，第二級(jí)采用比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的波形整形。

（5）顯示電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用的LCD1602液晶顯示模塊是繪晶科技公司生產(chǎn)的一款以HD44780為主控芯片的字符型液晶顯示器，它具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富的優(yōu)點(diǎn)，常用在本設(shè)計(jì)這類低功耗系統(tǒng)中。LCD1602模塊主要有讀、寫兩種工作狀態(tài)，由RS、RW、E這三個(gè)引腳信號(hào)控制，讀狀態(tài)時(shí)，RW=1，E=高脈沖，若RS=0則輸出字符，若RS=1則輸出數(shù)字;寫狀態(tài)時(shí)，RW=O，E=高脈沖，若RS=0則為寫命令模式，若RS=1則為寫數(shù)據(jù)模式。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體程序從對(duì)需要的I/O口定義開(kāi)始，初始化液晶屏，按下按鍵則觸發(fā)開(kāi)始考核。檢測(cè)到開(kāi)始考核信號(hào)后單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)并在液晶屏實(shí)時(shí)顯示，光感對(duì)管和微動(dòng)開(kāi)關(guān)傳感器主要監(jiān)測(cè)考核人員第二階段和第三階段是否違規(guī)，第一階段和第四階段為空跑考核，不存在違規(guī)行為，只記錄該階段考核所用時(shí)間，如果單片機(jī)判定為參考人員違規(guī)，則終止計(jì)時(shí)，考核不合格并使語(yǔ)音模塊報(bào)警，提醒參考人員考核違規(guī)。若未發(fā)生違規(guī)行為，當(dāng)參考人員最后一次通過(guò)起點(diǎn)后，單片機(jī)終止計(jì)時(shí)，并顯示各階段考核用時(shí)和全程考核用時(shí)，作為參訓(xùn)或參考人員以后的訓(xùn)練依據(jù)，本次訓(xùn)練考核完畢。

4.系統(tǒng)的制作和綜合調(diào)試

（1）硬件調(diào)試

完成硬件電路連接后，首先檢查各端口是否連接正確，連接是否牢靠;其次，使用萬(wàn)用表檢查電路中是否短路或開(kāi)路、電源地線是否連接、焊接是否牢固、有無(wú)虛焊等;最后，插入芯片時(shí)，按照引腳標(biāo)號(hào)和接口標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)好，防止芯片損壞。

（2）軟件的調(diào)試

程序采用Keil uVision4進(jìn)行代碼編譯，對(duì)匯編出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行檢查，不斷排除錯(cuò)誤，最后匯編完成，程序代碼正確，沒(méi)有錯(cuò)誤和警告。

5.結(jié)束語(yǔ)

此次400米障礙電子考核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的效果，能夠通過(guò)設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)完成挑選的四道障礙的考核功能。為部隊(duì)信息化建設(shè)加一份力，也夠給后續(xù)的研究提供一定的參考價(jià)值。