蛇形跑考核系統(tǒng)

陳慶錦

摘要：警部隊(duì)擔(dān)負(fù)著維護(hù)國家安全和社會(huì)穩(wěn)定，保障人民安居樂業(yè)的神圣使命。在武警部隊(duì)中，考核是提高官兵素養(yǎng)的一種有效途徑。在今年新的考核大綱里，蛇形跑被列入其中。為適應(yīng)考核、順應(yīng)軍隊(duì)信息化發(fā)展方向，利用智能感知識(shí)別技術(shù)作為輔助考核的手段能夠很好滿足考核需求，有效提升蛇形跑考核效率和精確度，確?？己顺煽児焦?、準(zhǔn)確無誤，從而真正激發(fā)官兵的訓(xùn)練熱情。

關(guān)鍵詞：蛇形跑;單片機(jī);紅外傳感器;LCD1602;蜂鳴器

武警部隊(duì)是處突維穩(wěn)的一線力量，在維護(hù)社會(huì)秩序上有著不可替代的作用。無論是重大災(zāi)害事故，還是群眾上訪，武警官兵始終堅(jiān)守使命，確保人民群眾人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。而在當(dāng)今世界快速發(fā)展的背景下，武警官兵所要面對(duì)的災(zāi)情險(xiǎn)情比以往更多，任務(wù)也更加復(fù)雜。因此，武警官兵要具備很高的軍事素養(yǎng)才能適應(yīng)未來任務(wù)的需要。將科技融入武警部隊(duì)的訓(xùn)練中去是現(xiàn)代發(fā)展的主流，而本次設(shè)計(jì)就是在這樣一個(gè)時(shí)代背景下提出的。

在武警部隊(duì)的日常訓(xùn)練中，對(duì)各類訓(xùn)練科目犯規(guī)情況的檢測和成績?cè)u(píng)定都是通過人為判定方式進(jìn)行的。這種方式對(duì)部分科目而言，存在較大的人為誤差，這不僅效率低下，其結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。針對(duì)于此，為提高整個(gè)訓(xùn)練過程的效率，使官兵日常訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，在此提出一款用于蛇形跑訓(xùn)練的智能考核系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)所有的元器件圍繞單片機(jī)展開。輸入部分分別是輕觸開關(guān)電路和紅外傳感器電路。輸出部分分別是LED指示燈電路、LCD1602顯示電路和蜂鳴器電路。

本系統(tǒng)通過紅外傳感器感應(yīng)考核人員位置與繞柱狀態(tài)，并通過LCD1602顯示屏與蜂鳴器顯示考核結(jié)果與違規(guī)狀態(tài)。主要可實(shí)現(xiàn)考核計(jì)時(shí)、違規(guī)判斷等功能。

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)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是能使單片機(jī)正常工作的最小硬件電路，由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路、電源共同組成了單片機(jī)最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路的輸出經(jīng)過XTAL1和XTAL2引腳輸入到單片機(jī)的內(nèi)部，復(fù)位電路通過RESET引腳與單片機(jī)相連。

（2）顯示電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)選用的顯示器是LCD1602顯示器，其工作原理是利用多個(gè)點(diǎn)顯示組成一個(gè)字或者一個(gè)符號(hào)。此屏一共可以顯示兩行字符，且每行顯示16個(gè)字符。每個(gè)字符的顯示是依靠一個(gè)5成7的矩陣點(diǎn)陣的不同的排列組合來顯示的?？偨Y(jié)起來本次設(shè)計(jì)使用LCD顯示器其具有以下特點(diǎn)：顯示內(nèi)容豐富，可以顯示多行字符、圖形以及簡單的漢字等;體積小巧、重量輕;液晶顯示模塊沒有電磁輻射。

（3）紅外電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中在多處使用紅外傳感器，并通過紅外傳感器對(duì)考核人員的行動(dòng)軌跡和繞柱的擺放狀態(tài)進(jìn)行判斷。所選定的紅外傳感器模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管。發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物時(shí)，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，綠色指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)，具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)。

（4）輕觸開關(guān)電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中考核人員跑過終點(diǎn)的判斷方式是觸摸一下設(shè)置在終點(diǎn)的輕觸開關(guān)，因?yàn)槎疫@是一個(gè)運(yùn)動(dòng)行進(jìn)的過程觸碰的過程非常的短，所以需要采用高靈敏度的輕觸開關(guān)（TTP223）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

整個(gè)輕觸開關(guān)傳感器的表面積是比較小，屬于超薄類型的，這樣就可以很方便的安裝應(yīng)用在各個(gè)地方。在實(shí)際使用的時(shí)候只需要將手指輕輕觸碰感應(yīng)區(qū)就可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的變化輸出。輕觸開關(guān)模塊的電路只需要給模塊供電，然后將模塊的信號(hào)輸出線接到單片機(jī)的I/O口即可完成通訊。

（5）報(bào)警電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的蜂鳴器是有源蜂鳴器，其發(fā)聲的控制是由單片機(jī)的I/O直接充當(dāng)模塊的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)（低電平蜂鳴器工作）。

蜂鳴器模塊引出的三個(gè)腳，分別是VCC、I/O和GND。其分別和系統(tǒng)端子“FENG”的VCC、蜂鳴器和GND相連接。端子的“FENG”是和單片機(jī)的I/O口相連接，從而達(dá)到通過1/0控制蜂鳴器的效果。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

主函數(shù)是整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行的開始處，一般情況下單片機(jī)開始運(yùn)行的肯定是一些初始化過程和一定變量的定義，然后才進(jìn)入到循環(huán)體進(jìn)行循環(huán)，整個(gè)主函數(shù)從開始到結(jié)束的一次過程。

上電完成后，系統(tǒng)main（）函數(shù)開始運(yùn)行，初始化各變量、顯示器和定時(shí)器，并進(jìn)入等待狀態(tài)（顯示屏與單片機(jī)上方指示燈亮起），當(dāng)?shù)谝粋€(gè)繞柱的紅外人體檢測傳感器檢測到人代表開始測試。主循環(huán)體內(nèi)判斷第一個(gè)繞柱的紅外人體檢測傳感器是否檢測到人，如果是則開始測試且定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。

當(dāng)測試物體經(jīng)過第2 7根繞柱時(shí)，判定是否有繞柱倒下，如果有繞柱倒下，則觸發(fā)蜂鳴器鳴叫，并顯示犯規(guī)類型;如果沒有，則進(jìn)入繞行路線判定。

當(dāng)測試物體經(jīng)過繞柱時(shí)，判定其是否按照1-2-3-4-5-6-7-6-5-4-3-2的順序由外側(cè)依次經(jīng)過繞柱，如果是則進(jìn)入輕觸開關(guān)判定;如果否則觸發(fā)蜂鳴器嗚叫，并顯示犯規(guī)類型。

判斷終點(diǎn)的輕觸開關(guān)是否被按下，如果條件成立則停止計(jì)時(shí)且顯示器顯示最終成績。

4.系統(tǒng)的制作和綜合調(diào)試

（1）硬件調(diào)試

進(jìn)行硬件焊接與測試，是硬件設(shè)計(jì)必要的過程。當(dāng)電路沒有短路、斷路時(shí)，表明電路初步正確，此時(shí)才可以通電進(jìn)行測試。通電測試主要測量各個(gè)節(jié)點(diǎn)是否焊接良好。實(shí)物焊接完畢之后，不能立刻就進(jìn)行上電測試。測試之前，先通過肉眼以及萬用表，對(duì)所有焊接點(diǎn)和焊接連線進(jìn)行檢測，看是否有短路斷路發(fā)生。如果有，則需要立刻解決。如果檢測都沒有問題，再進(jìn)行接下來的編程下載與測試。本次設(shè)計(jì)涉及紅外傳感器較多，在焊接過程中出現(xiàn)部分紅外傳感器連接錯(cuò)誤，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)序號(hào)混亂。經(jīng)過檢測，調(diào)整紅外傳感器順序，排除影響。

之后，通過單片機(jī)下載工具，將寫好的程序燒錄到單片機(jī)中，就可以進(jìn)行軟件調(diào)試測試。

（2）軟件的調(diào)試

本設(shè)計(jì)采用KEIL軟件，以及單片機(jī)C語言，來進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。對(duì)軟件的測試，主要是基于KEIL軟件，對(duì)編寫好的程序進(jìn)行編譯調(diào)試，測試是否全部通過。在實(shí)際測試時(shí)，程序直接正常編譯成功，并生成hex文件。該文件就是下載到單片機(jī)中執(zhí)行程序指令的程序下載文件。

5.結(jié)束語

本次設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，完成所有設(shè)計(jì)功能，包括紅外人體檢測傳感器的驅(qū)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的檢測，兩種犯規(guī)形式的判斷和蜂鳴器的提示，通過單片機(jī)定時(shí)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)時(shí)，在完成判別犯規(guī)情況的同時(shí)實(shí)現(xiàn)成績的計(jì)算。最終達(dá)到用高科技設(shè)備實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練項(xiàng)目自動(dòng)化和智能化，這對(duì)武警內(nèi)部各項(xiàng)訓(xùn)練有很大的提升與幫助。