應用于大眾休閑娛樂的籃球賽事技術統計系統設計

李亞倫 張源 楊華紅 王利宸 王光年

（中國地質大學（北京）體育部，北京 100083）

1 籃球計時計分系統的發展現狀

隨著各種指標檢測技術、無線傳輸模塊以及數據監測技術的快速發展，采集系統運用于社會各界的不同行業，多種采集模式以及采集環境多種的變化，各種硬件檢測產品已經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，硬件通信技術以及環境數據檢測已經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發展得到一定的水平，但是相對來說能夠具有代表性的產品還是很少量。現如今針對籃球賽計時計分器的設計還存在很多缺陷，計分器一般均由模擬數字混合、數字、模擬電子器件構成，準確度以及穩定性很難保證。在單片機技術發展與普及的過程中，單片機得到了更為廣泛的應用，其具有大量的優勢，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，設計了更為先進的計時計分器。在籃球活動中應用單片機技術，使計時計分的準確性與穩定性得到了明顯的提高。對推動籃球運動的開展發揮起到重要的作用。

2 籃球賽事技術統計系統總體結構

本文所設計的籃球賽事技術統計系統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，當各種數據采集模塊檢測到輸入數據進行儲存器儲存，然后通過單片機處理數據與通訊模塊連接進行數據傳輸[1]。DHT11 溫濕度一體傳感器主要監測籃球場所的溫濕度，可以有效的幫助球員了解賽場環境。OLED 液晶顯示模塊主要用于顯示各數據（球隊名稱、隊員、比分、技術統計、溫濕度、時間等）。軟件部分本設計在開發軟件時采用了常見的C 語言，使用該語言能夠使開發效率得到大幅的提升，有效的降低開發周期。因為MDK 環境易于使用、相對簡單而且效率較高，所以在開發軟件的過程中將編程軟件定為了Keil5。從而實現籃球數據更新以及環境數據監測工作。功能模塊圖如圖1 所示。

圖1 籃球賽事統計系統總體結構框圖

3 籃球賽事技術統計系統硬件設計

3.1 主控模塊

本文將系統的控制器定為了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動。基于STM32 對屏幕進行控制，可以實現更高的更新頻率與刷新速度，近年來STM32 已成為了一種應用極為廣泛的主流芯片。

在開發板載入代碼后，要使Jlink 與JTAG 的引腳7 與引腳9 進行連接。要嚴格根據原理圖連接各引腳，避免由于失誤出現短路的問題，對模塊造成損害。在系統在開發的過程中，本文選擇了ARM ，其性能極為出色，可實現72mHz 的最大速度，能夠快速響應調節測試，可以高效的完成復雜的計算工作。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備，其它對于環境中的溫度的讀取提供9 位的讀數，相關信息通過單線接口送入DHT11 模塊讀入或者讀出，其相關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的數據讀取工作。其三個管腳用于數據讀取以及接地和電壓的連接實現其溫度的測量[2、3]。與DHT11 通達信經過的單線接口，其單線總線就是根據一根線工作揮著一個器件進行工作的系統，溫度檢測模塊在適當的時間驅動該總線，其空閑狀態是高電平，但是在恢復執行工作時候，總線必須在空閑狀態。這樣的標條件下，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

本文在該模塊的設計上，比賽雙方球隊、球員信息以及比賽環境的溫濕度，比分、技術統計等顯示均可全部顯示在OLED液晶顯示屏上，實現籃球比賽過程雙方的動態顯示。其中，比賽雙方的比分均可以顯示超過100 分的比賽數據，球隊的名稱已經球員的姓名均可以通過手機端錄入來顯示結果。OLED 模塊具有非常出色的集成度，其主要由列驅動、行驅動與主控制器構成，除此之外，一般該模塊還可以實現自動控制功能，能夠將所有需要顯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的小身材，但是這并不應形象其信號的傳輸以及能夠確保其數據穩定的傳輸。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 工作流程設計

在整個數據的處理過程中，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，便于整個系統進行自檢工作。系統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的人機交互，編譯我們了解整個設備的運行情況，數據傳輸模塊進行傳輸通道設置的時候通過發送相應的指令使得傳輸模塊進行相應的初始化配置工作。進行顯示器提示以及按鍵選擇進行相應的后續數據傳輸以及相關數據的顯示。整個系統運行到這里的時候已經基本功能已經實現。如圖3 所示。

圖3 系統工作流程圖

5 APP 頁面相應函數流程及設計

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

圖4 App 界面設計圖

6 系統設計的實現

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

7 系統測試及優化

通過將本系統應用于實際的籃球比賽中進行測試，測試結果表明本系統能夠有效替代籃球比賽中的傳統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，降低了傳統計時和計分的誤差，使籃球比賽過程更加直觀。同時本設計中增加了溫濕度傳感器檢測系統，并可通過在手機端的記錄存儲查看球員個人的技術統計，可以更好的為大眾提供運動幫助。本設計的系統硬件的復雜度較低，且軟件開發相對容易并且簡易適用,可以實現設計功能，更好的服務大眾需要。