應(yīng)用于大眾休閑娛樂的籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計

李亞倫 張源 楊華紅 王利宸 王光年

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）體育部，北京 100083）

1 籃球計時計分系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著各種指標(biāo)檢測技術(shù)、無線傳輸模塊以及數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展，采集系統(tǒng)運用于社會各界的不同行業(yè)，多種采集模式以及采集環(huán)境多種的變化，各種硬件檢測產(chǎn)品已經(jīng)在我們生活中變得更加的重要。不管底至身邊的生活需要還是高到航天技術(shù)，硬件通信技術(shù)以及環(huán)境數(shù)據(jù)檢測已經(jīng)廣泛的在工作中運用。從近幾年來看，越來越多的硬無線檢測模塊已經(jīng)發(fā)展得到一定的水平，但是相對來說能夠具有代表性的產(chǎn)品還是很少量。現(xiàn)如今針對籃球賽計時計分器的設(shè)計還存在很多缺陷，計分器一般均由模擬數(shù)字混合、數(shù)字、模擬電子器件構(gòu)成，準(zhǔn)確度以及穩(wěn)定性很難保證。在單片機技術(shù)發(fā)展與普及的過程中，單片機得到了更為廣泛的應(yīng)用，其具有大量的優(yōu)勢，可以滿足藍球賽計時計分的需求，因此本研究是基于單片機系統(tǒng)，設(shè)計了更為先進的計時計分器。在籃球活動中應(yīng)用單片機技術(shù)，使計時計分的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性得到了明顯的提高。對推動籃球運動的開展發(fā)揮起到重要的作用。

2 籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計的籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分主要基于以STM32 單片機為主控板，當(dāng)各種數(shù)據(jù)采集模塊檢測到輸入數(shù)據(jù)進行儲存器儲存，然后通過單片機處理數(shù)據(jù)與通訊模塊連接進行數(shù)據(jù)傳輸[1]。DHT11 溫濕度一體傳感器主要監(jiān)測籃球場所的溫濕度，可以有效的幫助球員了解賽場環(huán)境。OLED 液晶顯示模塊主要用于顯示各數(shù)據(jù)（球隊名稱、隊員、比分、技術(shù)統(tǒng)計、溫濕度、時間等）。軟件部分本設(shè)計在開發(fā)軟件時采用了常見的C 語言，使用該語言能夠使開發(fā)效率得到大幅的提升，有效的降低開發(fā)周期。因為MDK 環(huán)境易于使用、相對簡單而且效率較高，所以在開發(fā)軟件的過程中將編程軟件定為了Keil5。從而實現(xiàn)籃球數(shù)據(jù)更新以及環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測工作。功能模塊圖如圖1 所示。

圖1 籃球賽事統(tǒng)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

3 籃球賽事技術(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 主控模塊

本文將系統(tǒng)的控制器定為了ARM 中型號為STM32f1 的芯片。由于STM32 可以支持死區(qū)保護，因此選擇TIM1 通道便可以獲得一組PWM 波，可以將該互補信號傳輸至IGBT 與驅(qū)動放大電路[1]。STM32 F1,有大量的通用IO 口、ADC、128k 程序空間、20kROM 空間、5 串口、兩個IIC 通道、Cpu 頻率為168mHz，同時還有一個FSMC 與USB 接口，一條CAN 總線。單片機具有豐富的功能，可以與大量外設(shè)連接，可以通過FSMC 與LCD 連接或是拓展SRAM，在編程后對屏幕進行驅(qū)動?；赟TM32 對屏幕進行控制，可以實現(xiàn)更高的更新頻率與刷新速度，近年來STM32 已成為了一種應(yīng)用極為廣泛的主流芯片。

在開發(fā)板載入代碼后，要使Jlink 與JTAG 的引腳7 與引腳9 進行連接。要嚴(yán)格根據(jù)原理圖連接各引腳，避免由于失誤出現(xiàn)短路的問題，對模塊造成損害。在系統(tǒng)在開發(fā)的過程中，本文選擇了ARM ，其性能極為出色，可實現(xiàn)72mHz 的最大速度，能夠快速響應(yīng)調(diào)節(jié)測試，可以高效的完成復(fù)雜的計算工作。此外，ARM 芯片的資源也極為豐富，其具有I2C 接口、數(shù)個IO 口以及精度較高的ADC，可以適用于多種不同的場合。如圖2 所示。

圖2 ARM 芯片電路圖

3.2 溫濕度傳感模塊

選用的DHT11 數(shù)字溫度測量傳感器是在溫度傳感器中選出較為合適的溫度測量設(shè)備，其它對于環(huán)境中的溫度的讀取提供9 位的讀數(shù)，相關(guān)信息通過單線接口送入DHT11 模塊讀入或者讀出，其相關(guān)的讀寫完成溫度工作不需要其他的外部電源來輔助便可完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取工作。其三個管腳用于數(shù)據(jù)讀取以及接地和電壓的連接實現(xiàn)其溫度的測量[2、3]。與DHT11 通達信經(jīng)過的單線接口，其單線總線就是根據(jù)一根線工作揮著一個器件進行工作的系統(tǒng)，溫度檢測模塊在適當(dāng)?shù)臅r間驅(qū)動該總線，其空閑狀態(tài)是高電平，但是在恢復(fù)執(zhí)行工作時候，總線必須在空閑狀態(tài)。這樣的標(biāo)條件下，才可使用存儲器和控制操作。這也是其溫度傳感模塊的特點之一。

3.3 顯示模塊

本文在該模塊的設(shè)計上，比賽雙方球隊、球員信息以及比賽環(huán)境的溫濕度，比分、技術(shù)統(tǒng)計等顯示均可全部顯示在OLED液晶顯示屏上，實現(xiàn)籃球比賽過程雙方的動態(tài)顯示。其中，比賽雙方的比分均可以顯示超過100 分的比賽數(shù)據(jù)，球隊的名稱已經(jīng)球員的姓名均可以通過手機端錄入來顯示結(jié)果。OLED 模塊具有非常出色的集成度，其主要由列驅(qū)動、行驅(qū)動與主控制器構(gòu)成，除此之外，一般該模塊還可以實現(xiàn)自動控制功能，能夠?qū)⑺行枰@示的漢字通過對比度的控制展示到屏幕上[4]。

3.4 通訊模塊

本次選擇BLE 模塊作為無線通信模塊，它主要的特點特征是能夠提供較低的功耗以及方便攜帶開發(fā)的小身材，但是這并不應(yīng)形象其信號的傳輸以及能夠確保其數(shù)據(jù)穩(wěn)定的傳輸。能夠較好的兼容AT 指令操作支持低功耗, 也可支持微信、APP 的透傳功能[5]。

4 工作流程設(shè)計

在整個數(shù)據(jù)的處理過程中，首先通過單片機、傳感器檢測模塊以及藍牙傳輸模塊，模塊進行初始化管腳信息，便于整個系統(tǒng)進行自檢工作。系統(tǒng)不會告知我們此時的運行到哪個階段，但是通過我們的編程提示進行相應(yīng)的人機交互，編譯我們了解整個設(shè)備的運行情況，數(shù)據(jù)傳輸模塊進行傳輸通道設(shè)置的時候通過發(fā)送相應(yīng)的指令使得傳輸模塊進行相應(yīng)的初始化配置工作。進行顯示器提示以及按鍵選擇進行相應(yīng)的后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸以及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。整個系統(tǒng)運行到這里的時候已經(jīng)基本功能已經(jīng)實現(xiàn)。如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

5 APP 頁面相應(yīng)函數(shù)流程及設(shè)計

首先要做的工作就是要將整體的界面設(shè)計出來。界面設(shè)計顯示了我們要得到的數(shù)據(jù)以及各方面位置按鈕以及按鈕功能的處理。根據(jù)我們從STM32 得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)以及本系統(tǒng)數(shù)據(jù)更改情況。在數(shù)據(jù)更新的過程中，首先要將代碼保存服務(wù)器的url域名進行和藍牙模塊模塊相連接打開相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸通道。打開客戶端請求鏈接進行g(shù)et 數(shù)據(jù)的發(fā)送完成連接。然后我們要做的就是在相應(yīng)的按鈕處理下添加按鈕監(jiān)聽用于控制用電器的開關(guān)。傳輸?shù)絥CheckedChanged（CompoundButton buttonView,boolean isChecked） 用于設(shè)置按鈕的格式顯示，當(dāng)改變相應(yīng)的按鈕時候，通過發(fā)送特殊的區(qū)分字段發(fā)送單片機識別的控制信號主要就是發(fā)送不一樣的標(biāo)志位，后續(xù)工作通過單片機完成。app顯示頁面的下方通過發(fā)送不同的ID 號得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。App 界面設(shè)計圖如圖4 所示：

圖4 App 界面設(shè)計圖

6 系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)

此次設(shè)計需硬件功能和軟件功能兩部分相結(jié)合才可實現(xiàn)溫濕度檢測、球隊信息、比分、球員數(shù)據(jù)統(tǒng)計、24S 倒計時以及計時功能。在手機端只需要打開設(shè)計好的小程序，打開藍牙與硬件部分的HC-05 連接即可實現(xiàn)本設(shè)計的全部功能[6]。并在賽后可以查看本場比賽的各項數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計主要包括程序的編寫、修改和升級等，根據(jù)所需具有的不同功能，將軟件程序分為驅(qū)動OLED 顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)錯誤重傳請求和串口數(shù)據(jù)收發(fā)5 個部分[7]。其中的部分程序設(shè)計如下：

7 系統(tǒng)測試及優(yōu)化

通過將本系統(tǒng)應(yīng)用于實際的籃球比賽中進行測試，測試結(jié)果表明本系統(tǒng)能夠有效替代籃球比賽中的傳統(tǒng)人工計時和計分方法，比賽時間和比分通過OLED 液晶顯示器顯示更加方便直觀，降低了傳統(tǒng)計時和計分的誤差，使籃球比賽過程更加直觀。同時本設(shè)計中增加了溫濕度傳感器檢測系統(tǒng)，并可通過在手機端的記錄存儲查看球員個人的技術(shù)統(tǒng)計，可以更好的為大眾提供運動幫助。本設(shè)計的系統(tǒng)硬件的復(fù)雜度較低，且軟件開發(fā)相對容易并且簡易適用,可以實現(xiàn)設(shè)計功能，更好的服務(wù)大眾需要。