引体向上测试系统的设计与实现

张煜新

（陕西能源职业技术学院,咸阳,712000）

引体向上测试系统的设计与实现

张煜新

（陕西能源职业技术学院,咸阳,712000）

引体向上作为人体臂力和耐力素质的体现，对其进行测量，可改变传统的人工计数，并通过引体向上测试系统直接对其进行记录和分析，从而实现运动的信息化、自动化。本文以LPC2132作为主控，以RS485作为通信接口，通过设计，同时搭载外设的光学传感器，实现了引体向上测试系统。

引体向上；LPC2132；RS485

1 系统设计的目标

通过设计，使得该系统具备以下的主要功能：

1)可自动测试训练者每分钟引体向上的次数，并可有效的反应出训练者其上肢肌肉的力量；

2)测试的感应杆可根据测试者其高度的不同而进行自动的调节，以此可使得测试达到标准的目的；

3)主机带LED显示屏，并可显示受测者的考号、姓名以及成绩等；

4)在连接PC电脑后，其可以按照预先制定的评分标准对其进行打印和评分；

5)支持下载受测者的相关信息，而不需要直接录入；

6)课余体质检测实现里爱你网，并支持通过刷卡或者是指纹的方式来确认受测者。

7)自带中文语音，并且内置有锂电池，以此可连续工作10小时以上。

2 系统相关参数指标

测量的范围：0至999次

测量误差：±1次

电源电压：AC220±22V

电源频率：50 ±1HZ

电源适配器：DC12V 1A

工作环境：温度5℃ ~ 40℃，湿度≤90%

存储环境：温度-5℃ ~50℃，湿度≤75%

主机存储容量：60000条

锂电池续航时间：10小时

3 引体向上系统设计

3.1 引体向上主体结构设计

引体向上体质测试仪在很大的程度上因为其运用的范围比较广泛，其不仅可以被应用到引体向上，同时还可以被应用在身高体重测试、肺活量测试、台阶心率的测试、立定跳远测试和握力等不同的指标测试，而这些上述的指标基本上可涵盖学生不同的体质方面的指标。因此，我们将该体质测试仪器分为不同的组成部分，包括主机、外设，其中主机与从机两者之间则通过现阶段比较流行的RS485作为通信串口进行连接。而主机和从机其主要的功能是完成对数据的采集、数模转换、输入、输出以及通信等功能。通过对相关数据的搜集，并经过综合的处理之后，将相关的结果在LED液晶显示器上进行显示，同时对相关参数的设置以及对数据的存储则由主机来完成。

3.2 测试仪硬件方案

3.2.1 硬件总体设计

对该测试系统的设计则主要采用LPC2131.该硬件模块为支持实时仿真与跟踪的32位的CPU,同时带有512K的嵌入式高速

Flash存储器，使得其可对其进行编程，并使得其具有不同的测试功能。同时其内置的16kB的SRAM，使得其非常适合现行的通信网关、语音识别等，为这些功能的运行提供了大量的运行缓冲区。另外主机的外围的键盘、大容量存储器、液晶显示器、I2C接口等。

3.2.2 复位电路

为提高系统运行的稳定性，对该系统设置复位电路。由于在该系统中采用的ARM7芯片，该芯片具有高速、低工作电压以及低功耗等特点，因此对系统的瞬态响应的性能、时钟稳定性以及电源可靠性方面都提出了更为严格的要求。在该系统设计中，采用现行的比较流行的带I2C存储器的CAT1025JI-30电源控制芯片，以此来稳定系统的电压。其具体的电路原理图如图1所示。

图1 复位电路原理图

当信号在连接到主板的时候，CAT1025JI-30当中的2号接口会立即输出相应的复位信号，从而使得LPC2131复位。

3.2.3 I2C 接口

I2C 作为新型的串行总线，其支持400kHz的数据传输的速率。而这种性能高的传输，可使得测试仪在工作的时候，获得非常好的传输的效率，从而使得引体向上测试仪能够具有很好的工作的性能。同时LPC2131带有专门的I2C BUS接口，可使得两者之间具备了合作的可能性，从而可加强测试仪的现实转换。同时，根据测试仪对不同功能的需要，必须对其中的相关参数进行适当的调整，因此，采用E2PROM对其进行扩容，从而可使得其容量增加64KB。而IC芯片则采用SLE4442，因为该芯片和上述的E2PROM在电路连接方面数统一类型。

3.2.4 A/D和D/A转换

该电路的设计是整个引体向上系统的一个关键的部分。通过该电路，将相关的测试者的各种不同指标信息送入到A/D转换端，但是该信号不是直接进行传送，而是需要对电路做适当的调整。信号在经过一定的处理之后，传输到主芯片的A/D输入的端口。同时电路则根据对功能的不同，进行灵活的调整。以握力为例，针对握力的信号，则必须选择精度高、稳定性能好的0P-07，同时按照前级采用差分放大电路，后级则用跟随电路的方式，以此保证其输出的信号电压在0-3.3V。而针对引体向上，其主要测试次数，因此通过外设的光学传感器，将光学信号转变成电信号，从而输入到主控芯片中。

3.2.5 RS485 接口

该系统主要采用RS485主从的通信方式，其主要的原因是该通信串口采用的是差分信号负逻辑，其中+2～+6V表示为“0”，-6～-2V则为“1”。该接口具有很强的抗干扰的性能和传输性能，其具体可达到3000米，并且其传输速度可达到10Mbps。

3.2.6 键盘

LPC2131总共包含64个不同的引脚，这就位该系统的键盘连接提供了可能。同时键盘其自身也可通过其中的配置寄存器对其所需要的相关功能进行设置。整体的键盘的尺寸4*5,20个不同的键位，包括10个功能键和10个数字键。通过键盘可对其功能进行不同的设置。

3.2.7 LED显示电路

在显示器的设置方面，本系统采用74HC595来驱动一位静态的共阳LED数码管，简称为SPI驱动。通过其作用，使得其可接收来自主机的信号，并通过其中的MISO0接口，将其中的数据读出来，以此显示在LED上。

而在该主板上，其拥有8个不同独立的二极管，并分别由不同的引脚进行控制。当其输出为1的时候，LED熄灭，而输出为0时，LED则闪亮。同时采用I/O口灌电流的方式进行LED驱动，从而保证其亮度。

3.3 测试仪软件设计

软件系统作为功能实现的关键，主要采用嵌入式的C语言，并采用模块化的思想对整个系统进行设计。同时对软件系统的开发，则采用ADS1.2的开发环境对软件程序进行开发。

而主程序工作的流程则主要从功能菜单开始，以此通过系统初始化、自检和显示主画面等不同的程序。其中初始化则主要对系统的所有的硬件芯片进行初始化，而自检则主要是对键盘、E2PROM、部分的从机以及外设的设备等。查看这些功能是否正常。同时当进入测试的界面之后，则显示出当前需要测试的项目，如P01表示立定跳远，P02表示引体向上等。

而对该系统的设计，则主要采用四个模块：通信模块、按键和显示模块、测试模块、卡处理模块。其中的按键和显示模块则主要实现从ARM芯片信号的输入、输出；通信则主要实现主机和从机的通信；卡处理则主要实现对卡的识别以及处理；测试则主要实现对不同数据的处理。

4 结论

本文采用LPC2132作为主控芯片，充分发挥该芯片的优势，同时采用RS485作为通信接口，同时采用外设的光学、压力传感器设备，实现了对引体向上的测试，具有很好的借鉴作用。

李媛,辛修芳.基于LPC2131的SD卡MP3播放器的设计[J].

佳木斯大学学报(自然科学版),2010,04:541-543+549.

张煜新，男，1964年11月，本科，副教授，研究方向：体育教育训练学

Design and implementation of a lead-up test systems

Zhang Yuxin
(Shaanxi Energy Vocational and Technical College,Xianyang,712000)

Chin-up arm strength and endurance as embodied human qualities,its measurement,can change the traditional manual count,and record and analyze them through chin-up test systems directly in order to achieve the movement of information technology and automation.In this paper,LPC2132 as the master,with RS485 communication interface as by design,while equipped with an optical sensor peripherals to achieve a pull-up test systems.

chin-up;LPC2132;RS485