游泳池觸摸板計時系統的設計與實現

薄阿維

（陜西財經職業技術學院，咸陽，712000）

游泳池觸摸板計時系統的設計與實現

薄阿維

（陜西財經職業技術學院，咸陽，712000）

本課題根據游泳池計時系統的實際需求出發，設計了一套游泳池觸摸板計時系統。該系統主要由以下部分組成：以嵌入式ARM系統為核心的部件，具有實時信息處理功能；512位的CPLD控制終端，具有集成數據和數據統計的功能；內置高精度晶體數字鐘的計時器，具有計時功能。

觸摸板；計時系統；ARM；CPLD

1 游泳池觸摸板計時系統設計的必要性

在游泳比賽過程中，運動員的實力可謂不相上下，決定一名運動員勝負的可能是短短的幾秒鐘，甚至是千分之一秒。所以，利用手工計時確認運動員的成績已經無法實現公平公正的宗旨。尤其在大型的體育競賽中，對時間精度的要求更高，必須保證運動成績的準確。游泳比賽觸摸板計時系統能夠自動精確的記錄運動員的比賽成績，以此判定名次并把結果快速的顯示在顯示屏中。

2 工作原理

游泳池觸摸板計時系統的設備是以嵌入式ARM系統為核心的，控制終端為512位的CPLD，計時器是用高精度的晶體數字鐘制成。該套系統可以對外部傳感器傳遞的信號檢測并完成計時功能。

在信號傳入之前系統處于待命的狀態，當有信號傳入時，主機開始計時功能，同時通過擴音系統將發令信號傳入出發臺，確保運動員收到發令信號，計時與運動員收到信號的時間是同步的。

3 游泳池觸摸板計時系統的設計

游泳比賽觸板計時系統設備包括出發臺、觸板、終點攝像機、計時主機、發令揚聲器、發令槍、盲表等，而在該系統中我們增加盲表，其主要作用是防止觸摸板出現失靈而采取的一種補救措施。

3.1 出發臺的設計

出發臺內部安裝一個半導體壓力傳感器，傳感器是根據非電量轉換為電量的工作原理工作的。運動員腳蹬踏板的力量超過20kg時，內置的半導體壓力傳感器薄片表面形成半導體變形壓力，外力使薄片變形而產生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信號。當運動員起跳時，本設備將檢測到運動員的腳離開起跳臺，并將信息傳遞到計時設備開始計時。

3.2 觸摸板

觸摸板是游泳計時系統的關鍵設備之一，在游泳池泳道的兩端的觸摸板上都裝有計時器，它可以記錄并傳遞運動員到達終點的信息。觸摸板采用的也是壓力傳感器，觸摸板內置傳感器的工作靈敏度比出發臺的要求要高。運動員抵達終點時，用2公斤以上的力觸摸觸板，傳感器會記錄下運動員的成績。另外，由于運動員的運動，水下產生波動，生成的力可能影響觸板的記錄，為了削弱水波對其產生的影響，觸板的版面雕刻上細小的垂直條紋。如此一來計時器只對運動員的手腳觸碰十分敏感，不會水花產生的力做出反應。

3.3 終端攝像機（Photo Finish）

在距離游泳池終點池邊1.75m的兩條泳道之間的中點設置一個終點攝像機，八個泳道各自設置一個。終點攝像機用來攝錄運動員沖刺終點的圖像，精確率高達1/100。這種攝像頭不僅可

以判斷幾乎同時抵達終點的運動員誰更勝一籌，而且一旦觸摸板失效，可以用攝像頭的錄像進行判斷。

3.4 現場計時設備

該系統的計時裝置也是游泳計時系統的關鍵設備之一，它是整個系統的核心技術。它可以記錄出發臺、觸摸板等發出的信號，從而記錄運動員的比賽時間，及運動員的往返次數。現場計時設備的計時主機是以ARM和CPLD為核心的。其中，ARM處理器是Acorn計算機有限公司推出的一款微處理器，ARM處理器本身是32位，但他也具備配備16位指令集。一般來講比等價32位代碼節省達35%，卻能保留32位系統的所有優勢。CPLD是Complex Programmable Logic Device的縮寫，是一種復雜的可編程邏輯器件，它具有規模大、結構復雜的特點。CPLD是用戶根據自己需要自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜將代碼傳送到目標芯片中。整個系統的所有傳感器都由嵌入式主機負責，主機可以檢測到整個傳感器的信息，它將檢測到的信息傳送給控制終端和顯示屏中。內置高精度晶體數字鐘的計時器，時鐘基準為0.10000000MHZ，其程序代碼如下（秒表計時）：

該模塊的功能是實現計時功能，由四個十進制計數器和兩個六進制計數器串聯結合而成。

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY cnt10 IS

PORT(reset,en,clk:IN STD_LOGIC);

carry:OUT STD_LOGIG;

q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 0));

END CNT10;

ARCHITECTURE rt1 OF cnt10 IS

SIGNAL qs:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

SIGNAL ca:STD_LOGIC;

BEGIN

IF(clk'EVENT AND clk='1')THEN

IF(reset='1'THEN)

qs＜="0000";

ELSEIF(en='1')THEN

IF(qs="1001")THEN

qs＜="0000";

ca＜='0';

ELSIF(qs="1000")THEN

qs＜=qs+1;

ca＜='1';

ELSE

qs＜=qs+1;

ca＜='0';

END IF;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

PORCESS(ca,en)

BEGIN

q＜=qs;

carry＜=ca AND en;

END PORCESS;

END rt1;

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY cnt6 IS

PORT(reset,en,clk:IN STD_LOGIC;

carry:OUT STD_LOGIG;

q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 0)); END CNT6;

ARCHITECTURE rt1 OF cnt6 IS

SIGNAL qs:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL ca:STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(clk)

BEGIN

IF(clk'EVENT AND clk='1')THEN

IF(reset='1'THEN)

qs＜="0000";

ELSIF(en='1')THEN

IF(qs="0101")THEN

qs＜="0000";

ca＜='0';

ELSIF(qs="1000")THEN

qs＜=qs+1;

ca＜='1';

ELSE

qs＜=qs+1;

ca＜='0';END IF;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

PORCESS(ca,en)

BEGIN

q＜=qs;

carry＜=ca AND en;

END PORCESS;

END rt1;

3.5 發令箱及其組件

發令箱具有表達和執行發令員命令的設備，在發令的同一時刻它還可以完成計時器和控制終端設備啟動的功能。在每個起跳臺后方均設置一個發令揚聲器，指令發出時運動員同時收到指令。發令箱還可以有音量調節等功能。發令箱系統能靠兩節內置GEL電池運行。

3.6 手動按鈕、盲表、喇叭等

手動按鈕：每條泳道觸板上方均站著一名裁判員。當運動員抵達終點觸動觸板時，裁判員按下按鈕，作為計時觸發信號。手動按鈕內置一個動作傳感器。

盲表：按照國家游泳協會規定，每個泳道配置3塊盲表。當觸板失靈時，盲表可以及時的采取補救措施。

喇叭：按照國家游泳協會規定，每個泳道配一個喇叭，可以及時傳遞發令員命令，每道一個。

4 游泳比賽成績處理及編排

控制終端采用512位的CPLD制作而成，它是信息處理系統的核心。對計時主機送來的各類信號分別進行處理，在屏幕上模擬顯示八條泳道或多條泳道和計時系統得工作狀態，顯示各泳道運動員的成績。由計時器與比賽管理周邊軟件雙向“握手”聯絡，使比賽管理員所用的計算機可以隨時通過RS-232端口向計時器內存查詢比賽成績。

5 系統測試

進行系統測試，把軟件、硬件結合在一起，進行信息系統的各種組裝測試和確認測試。通過系統測試徹底檢查出系統程序中的錯誤，提高系統的可靠性。

王海港.張毅.PLC在泳池水處理控制系統中的應用[期刊論文]-廣西輕工業.2008（7）

薄阿維，女，1978年9月，本科，講師。

Design and Implementation pool touchpad timing system

Bo Awei
(Shaanxi Vocational and Technical College of Finance and Economics，Xianyang，712000)

This paper according to the actual needs of the starting pool timing system,designed a swimming pool touchpad timing system.The system consists of the following components:embedded ARM systems as the core component,with real-time information processing function;512 of CPLD control terminal with integrated data and statistical functions;built-in high-precision crystal digital clock timer,has a timer function.

touchpad;timing system;ARM;CPLD