基于STC89C52單片機的400米障礙電子考核系統的設計與實現

保松韌 譚堯 吳洪銳

摘要：400米障礙訓練是武警部隊軍事訓練考核的重要內容之一，是提高武警部隊單兵戰斗力的重要途徑。鑒于現有400米障礙考核存在的短板和不足，本設計以電子技術的相關理論和技術知識為基礎，設計并開發了一套基于STC89C52單片機的400米障礙考核系統，有助于部隊在該考核科目上規范考核標準，提高考核的自動化水平和考核效率，進一步降低對人力物力的消耗，做到部隊的整齊劃一，推進部隊正規劃建設。

關鍵詞：400米障礙;訓練考核;電子考核系統：STC89C52單片機

目前，全軍大抓軍事訓練，貫徹落實習主席強化備戰打仗的鮮明導向，強調部隊講練向實戰化，正規化靠攏。隨著電子信息技術和計算機技術的發展，部隊信息化程度越來越高，然而在很多軍事科目考核方面，比如400米障礙的考核，部隊仍沒有出現針對該項目的電子考核系統。以此為出發點，思考部隊進行400米障礙軍事考核時，普遍采用考官監督和人為卡表計時的方式，不能對出現的不規范動作做出準確的判斷，容易導致漏判、誤判。從而，研究一種能實現快速準確的判定障礙通過標準的400米障礙電子考核系統，實現對考核標準的嚴格把關顯得尤為必要。

1.系統設計方案

本設計主要是選取了五步樁、深坑、矮墻以及高墻四個障礙，模擬全程400米障礙考核。針對每個障礙的特殊性，對五步樁采用微動開關來實現動作的監控，對深坑、矮墻以及高墻采用光敏傳感器來實現被測人員的動作監控，對考核過程中的違規動作進行語音報警，并對計時成績進行顯示，實現系統功能。設計時，將系統劃分為單片機主控模塊、按鍵模塊、違規檢測模塊、顯示模塊和語音報警模塊五個模塊。其中單片機主控模塊負責控制協調;按鍵模塊負責控制考核的開始和系統初始化;違規檢測模塊負責檢測參考人員在考核過程中有無違規現象;顯示模塊負責顯示本次考核的成績數據;語音報警模塊負責在參考人員考核違規時發出報警提示違規，考核終止。

2.系統硬件的設計

（1）單片機最小系統設計

對STC89C52單片機來說，最小系統就是為其連接一個合適的時鐘電路和一個復位電路，保證其能夠正常運行工作的系統。STC89C52單片機是宏晶公司生產的一款微控制器，它具有低功耗、高性能的特點，非常適用于本設計這類低功耗控制應用系統。STC59C52單片機共有40個引腳，RST位復位引腳，P3.0為RXD用于接受數據，P3.1為TXD用于發送數據，XTAL1和XTAL2為單片機接時鐘電路部分，晶振接到這兩個引腳。VCC代表單片機接電部分，GND代表單片機接地部分。

（2）按鍵電路設計

本設計中采用IO口直接檢測單個按鍵的方法實現按鍵功能，具體電路設計為P0.0-P0.3各連接一個上拉電阻和一個按鍵，完成按鍵電路設計。

（3）語音報警模塊電路設計

本次設計的語音采用的是ISD1820語音模塊來實現必要的語音提示。該模塊在本設計中主要由單片機控制完成十秒內的語音錄放功能。在本設計中，語音報警模塊使用排針連接5v電源，由單片機控制錄音的播放;其中REC、PLAYE和PLAYL口連接按鍵，由REC鍵控制錄音，PLAYE和PLAYL鍵分別控制觸發式和點動式錄音播放模式;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口為自動增益控制，這三個口連接話筒，控制話筒輸入;RECLED口為接受指令口，接受單片機指令觸發錄音播放。

（4）對感光管監測電路設計

本次設計的對感光管檢測電路主要是通過運放以及光感對管來實現。運放采用的是普通的運算放大器LM358。對感光管設計了兩級，第一級是用來檢測外部輸入信號，采用電壓跟隨器來實現電壓的跟隨，第二級采用比較器來實現對信號的波形整形。

（5）顯示電路設計

本設計選用的LCD1602液晶顯示模塊是繪晶科技公司生產的一款以HD44780為主控芯片的字符型液晶顯示器，它具有體積小、功耗低、顯示內容豐富的優點，常用在本設計這類低功耗系統中。LCD1602模塊主要有讀、寫兩種工作狀態，由RS、RW、E這三個引腳信號控制，讀狀態時，RW=1，E=高脈沖，若RS=0則輸出字符，若RS=1則輸出數字;寫狀態時，RW=O，E=高脈沖，若RS=0則為寫命令模式，若RS=1則為寫數據模式。

3.系統軟件的設計

本設計系統整體程序從對需要的I/O口定義開始，初始化液晶屏，按下按鍵則觸發開始考核。檢測到開始考核信號后單片機開始計時并在液晶屏實時顯示，光感對管和微動開關傳感器主要監測考核人員第二階段和第三階段是否違規，第一階段和第四階段為空跑考核，不存在違規行為，只記錄該階段考核所用時間，如果單片機判定為參考人員違規，則終止計時，考核不合格并使語音模塊報警，提醒參考人員考核違規。若未發生違規行為，當參考人員最后一次通過起點后，單片機終止計時，并顯示各階段考核用時和全程考核用時，作為參訓或參考人員以后的訓練依據，本次訓練考核完畢。

4.系統的制作和綜合調試

（1）硬件調試

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，使用萬用表檢查電路中是否短路或開路、電源地線是否連接、焊接是否牢固、有無虛焊等;最后，插入芯片時，按照引腳標號和接口標號對應好，防止芯片損壞。

（2）軟件的調試

程序采用Keil uVision4進行代碼編譯，對匯編出現的錯誤進行檢查，不斷排除錯誤，最后匯編完成，程序代碼正確，沒有錯誤和警告。

5.結束語

此次400米障礙電子考核系統的設計基本達到了預期的效果，能夠通過設計出來的系統完成挑選的四道障礙的考核功能。為部隊信息化建設加一份力，也夠給后續的研究提供一定的參考價值。