立定跳遠(yuǎn)體能測(cè)試儀器中光電感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的探究

李 勇

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西安,710014）

立定跳遠(yuǎn)體能測(cè)試儀器中光電感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的探究

李 勇

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西安,710014）

該系統(tǒng)以核心部件AT89C51單片機(jī)作為智能控制部分，光電感應(yīng)系統(tǒng)由一對(duì)收發(fā)光電管來(lái)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，將運(yùn)動(dòng)員阻擋的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再由電信號(hào)轉(zhuǎn)化為跳遠(yuǎn)值，該設(shè)計(jì)以C語(yǔ)言為編程語(yǔ)言，單片機(jī)AT89C51與PC級(jí)之間進(jìn)行信號(hào)傳輸，使立定跳遠(yuǎn)測(cè)試實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，測(cè)試結(jié)果由LCD液晶顯示，提高了測(cè)試精度和效率。

立定跳遠(yuǎn);光電感應(yīng); LCD液晶顯示

1 光電感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

AT89C51是一種具有低電壓、高性能特點(diǎn)的CMOS8位微處理器，其內(nèi)部帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器。在跳遠(yuǎn)方向的毯子兩端安放上成對(duì)的光電管，一個(gè)是紅外線發(fā)光二極管，一個(gè)是紅外線接收光的三極管，每隔1cm安放一對(duì)光電管。光電二極管D1發(fā)出脈沖信號(hào)后，對(duì)應(yīng)的光電三極管D2將收到光信號(hào)并導(dǎo)通，此時(shí)V1輸出的電壓是正電壓，即為高電平。相反的，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員隔絕光信號(hào)時(shí)，輸出低電壓信號(hào)，并把信號(hào)傳送給上層電路進(jìn)行處理。由此一來(lái)我們可以根據(jù)收發(fā)光電管是否被隔絕測(cè)試運(yùn)動(dòng)員的跳遠(yuǎn)距離。

2 光電感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

光電感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)該系統(tǒng)由發(fā)光電路、光收電路、信號(hào)處理電路以及AT89C51單片機(jī)控制電路組成。信號(hào)采集電路和信號(hào)控制電路兩部分組成了光電傳感檢測(cè)部分，信號(hào)采集電路主要由紅外線發(fā)光二極管、紅外線接收光的三極管構(gòu)成，共有170多對(duì)。發(fā)光電路采用74LS154制作而成，發(fā)射窄脈沖，接收電路采用CD4067制作而成，接收電容耦合脈沖。每隔100ms輸出一組脈沖信號(hào)。

2.1 系統(tǒng)起跳區(qū)組成

在起跳區(qū)設(shè)置2對(duì)光電管，作用是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員是否犯規(guī)。0號(hào)設(shè)置為起跳起點(diǎn)的基準(zhǔn)線，1號(hào)設(shè)置成犯規(guī)線。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員站0號(hào)線時(shí)，光電信號(hào)被運(yùn)動(dòng)員隔絕，此時(shí)是正常測(cè)試狀態(tài)。但是當(dāng)運(yùn)動(dòng)員站在1號(hào)線時(shí)，LCD液晶顯示運(yùn)動(dòng)員犯規(guī)。

2.2 系統(tǒng)測(cè)試區(qū)組成

測(cè)試區(qū)每隔1cm安放一對(duì)光電管，在測(cè)試區(qū)共安放170對(duì)，用來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員的落腳點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)被隔絕時(shí)傳出的脈沖信號(hào)傳給上層電路處理，由此一來(lái)我們可以根據(jù)收發(fā)光電管是否被隔絕測(cè)試運(yùn)動(dòng)員的跳遠(yuǎn)距離。

3 立定跳遠(yuǎn)光電感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 發(fā)光電路設(shè)計(jì)

發(fā)光電路的控制元件采用譯碼器74LS154，一塊74LS154可以與16只發(fā)光二極管連接在一起并控制發(fā)光二極管的亮滅。172只發(fā)光二極管需要11片74LS154來(lái)控制。74LS154是4線輸入16線輸出的譯碼器，其中ABCD為輸入端，低電平有效；G1G2為選通端，也是低電平有效； 0～15為輸出端，低電平有效。當(dāng)選通端的為低電平時(shí)，可讀取輸入端ABCD的二進(jìn)制編碼，比如輸入端ABCD讀取0001二進(jìn)制代碼，對(duì)應(yīng)的是輸出端的1號(hào)光電管。74LS154選通端按順序依次連接在單片機(jī)的P1.4、

P1.5 、P1.6 、P1.7、 P0.0、P0.1、 P0.2、 P0.3、 P0.4、 P0.5、P0.6引腳上。選中的74LS154選通端為低電壓，單片機(jī)的輸出端口的電壓值可以控制74LS154的選通端。74LS154數(shù)字開(kāi)關(guān)的輸入端連接到單片機(jī)的輸入輸出端口處，通過(guò)控制單片機(jī)輸入輸出端口的輸出電平來(lái)控制74LS154輸入端的電壓，以此來(lái)控制74LS154輸出端的電壓。通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制二極管的點(diǎn)亮。

3.1.2 接收光電路設(shè)計(jì)

光電管采用普通的光電接收三極管，接收光電路采用16路模擬開(kāi)關(guān)CD4067為控制電路，172只三極管與172個(gè)引腳來(lái)連接在一起172三極管，一共需要11片CD4067。CD4067有四個(gè)輸入端ABCD，任意一個(gè)輸入組合對(duì)應(yīng)一路開(kāi)關(guān)。當(dāng)ABCD輸入0000時(shí)，輸出端對(duì)應(yīng)0號(hào)通道。此時(shí)輸出端輸出高電平電流值。INTI是片選信號(hào)，當(dāng)INTI 為高電平時(shí)，選通該芯片

3.1.3 LCD液晶顯示電路

LCD液晶顯示將電壓信號(hào)顯示在顯示器上，電壓的大與距離的遠(yuǎn)近成正比，距離的改變通過(guò)電壓的變化顯示出來(lái)。LCD液晶顯示由發(fā)光二極管顯示字段組成，是依據(jù)液晶顯示器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)或者圖形顯示的。LCD液晶顯示具有美觀、能夠行使圖形漢字等特點(diǎn)。LCD液晶顯示接口電路主要由顯示記錄儀表、CRT顯示終端、LCD顯示其構(gòu)成。

3.1.4 硬件抗干擾設(shè)計(jì)

硬件抗干擾設(shè)計(jì)主要包括：電源采用直流供電、在數(shù)據(jù)采集電路中安裝RC低通濾波器消除主電路感應(yīng)過(guò)來(lái)的尖峰電壓、選用電流小、功率小的的元器件等設(shè)計(jì)。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

把變量賦為默認(rèn)初始值，程序進(jìn)行初始化。初始化之后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，不斷檢查同步信號(hào)。發(fā)光二極管和光收三極管保持信號(hào)收發(fā)同步，掃描172路收發(fā)管的傳輸信號(hào)狀態(tài)，以此判斷運(yùn)動(dòng)員是否站在起跳區(qū)的起跳線上或者測(cè)試運(yùn)動(dòng)員的落腳點(diǎn)。當(dāng)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)員站在起跳線上，程序會(huì)將對(duì)應(yīng)位置的脈沖信號(hào)發(fā)送給智能控制系統(tǒng)T89C51單片機(jī); 若運(yùn)動(dòng)員落在測(cè)試區(qū)時(shí)，將腳后跟阻隔脈沖信號(hào)發(fā)送給智能控制系統(tǒng)T89C51單片機(jī)，完成自動(dòng)測(cè)試過(guò)程。

3.2.2 系統(tǒng)測(cè)量子程序

測(cè)量程序主要是依據(jù)三極管的工作狀態(tài)判定的。工作狀態(tài)正常時(shí)，單片機(jī)管腳P3.5讀到的信號(hào)是高電平。信號(hào)被遮擋時(shí)，P3.5讀到的是低電平。根據(jù)判斷是哪些三極管是低電平，然后在加上基準(zhǔn)值，就可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員所跳的距離。落點(diǎn)掃描要求:1、2號(hào)線是起跳點(diǎn)和犯規(guī)線，它是以落點(diǎn)前端為最終掃描結(jié)果;3～172線是測(cè)試區(qū)的終點(diǎn)，以落點(diǎn)后端為最終結(jié)果。

3.2.3 顯示子程序

對(duì)液晶顯示進(jìn)行軟件編程，先對(duì)LCD數(shù)碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換，設(shè)置液晶顯示的小數(shù)點(diǎn)位置為最高位之后。LCD數(shù)據(jù)顯示采用查表法，LCD數(shù)碼轉(zhuǎn)換為：

Code LCD [10]={0X88，0XBB,0XC1，0X91，0XB2，0X84，0XB9，0XB0}://012.....到9Code LCD_P[10]={0X08，0X3B,0X41，0X11，0X32，0X14，0X04，0X39，0X00，0X10}://0.1.2.....到9//顯示數(shù)值的子函數(shù)，mValue數(shù)值的范圍是00000—9999范圍要小于等于9999。其實(shí)第一位顯示數(shù)據(jù)后面有小數(shù)點(diǎn)，查表用后面的數(shù)據(jù)，其它位采用前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。其數(shù)據(jù)傳輸采用采用移位的方法通過(guò)P2.6和P2.7傳送出去。以下程序把以毫米為單位的數(shù)據(jù)用米的格式表示，用LCD顯示出來(lái)。其程序?yàn)椋?/p>

#define PTXD P27

#define PRXD P27

void SetDataTotLCD(Uchar x){//口線模擬串口發(fā)送子程序

uchar i；

for(i=0;i＜8;i++){

PRXD=(x＞＞i)&0x01；PTXD=0;

PTXD=1;

}

}

其中ShowLCDNumber 是把所得到的數(shù)據(jù)分別提取出來(lái)。齊代碼如下：

Void ShowLCDNumber（uint m Value）{

Uchar mTemp；

SetDataTolLeftLCD（0xFF）;//晴空中間的標(biāo)記

mTemp=mVlue/1000;

SetDataTolLeftLCD（（LCD_P[m Temp]））；//D4

mValue=mValue%100；

mTemp=mValue%10;

SetDataTolLeftLCD（LCD[m Temp]）；//D2 mTemp=mValue%10;

SetDataTolLeftLCD（LCD[m Temp]）；//D1

3.2.4 軟件抗干擾設(shè)計(jì)

抗干擾系統(tǒng)由軟件、硬件緊密配合完成的。軟件抗干擾是屬于微機(jī)系統(tǒng)的自身防御行為。軟件抗干擾措施主要涉及數(shù)字濾波：運(yùn)用CPU的運(yùn)算、控制功能實(shí)現(xiàn)頻率濾波。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采用一些簡(jiǎn)單的數(shù)值、邏輯運(yùn)算處理來(lái)達(dá)到濾波的效果。經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波可以減少系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對(duì)采集結(jié)果的影響等措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用光電感應(yīng)技術(shù)研究的立定跳遠(yuǎn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有高效準(zhǔn)確和便于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足體育測(cè)試的要求。

劉廣瑞,張洛明;立定跳遠(yuǎn)自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2004年02期

Standing long jump fitness test instrument research photoelectric sensor detection system

Li Yong
(Xi'an Railway Vocational and Technical College,Xi'an,710014)

The system AT89C51 microcontroller as the core components of intelligent control section, photoelectric sensor system consists of a pair of transceivers for signal detection photocell,blocking the signals into electrical signals athletes,then by the electrical signal is converted to long jump value,the design with C language programming language,for signal transmission between the microcontroller AT89C51 and PC level,so that the standing long jump test to automate the measurement,the test results from the LCD display to improve the test accuracy and efficiency.

standing long jump;photoelectric sensors;LCD LCD