大学生运动会中的田径起点信号处理系统的设计

张小妮(西安航空学院,陕西西安,710077)

大学生运动会中的田径起点信号处理系统的设计

张小妮
(西安航空学院,陕西西安,710077)

文章设计了田径起点信号处理系统，主控系统、发令子系统、起跑子系统和无线通信子系统四个系统做了设计，并对系统的功能进行了调试。

田径；起点信号处理系统；STM32F103

1 田径信号处理系统的硬件系统

田径信号处理的硬件系统的整体设计如图1所示，包括主控系统、显示系统、抢跑的压力传感器和发令枪声的传感器、报警系统以及无线通信系统等6个方面组成。

图1 硬件系统的整体设计图

2 系统分析

田径起点信号处理系统包括主控系统、发令子系统、起跑系统、无线通信子系统四个系统。

2.1 主控系统组成与设计

田径起点信号处理系统的主控系统包括MCU、按键以及液屏晶显示三部分。在这个系统中采用的MCU的型号为STM32F103，属于32位ARM微控制器，STM32F103与51和AVR相比速度很快，容量为最大为512K字节，供电为2.0-3.6V，功耗较低有睡眠模式、停机模式、待机模式，管脚有64管脚、100管脚和144管脚等，外设有5个USART,2个IIC，2个SPI,USB,等等，基本上常用的都包括；STM还有自己的固件库，不用再看寄存器， STM32的技术已经非常的成熟，能非常容易的从网络上得到帮助。

2.2 发令子系统的组成与设计

田径起点信号处理系统的发令子系统主要包括主要部件发令枪和电子发令传感器以及相关部件扩音器、信号电缆、起跑器和电源电缆等部分组成。电子发令传感器接收到声音信号后将声音信号放大，要求其具有高度灵敏性，抗干扰的性能强，有滤波功能，提高其可靠性。本系统的应用的是ISD1420芯片，通过此芯片声音的内容能永久性的存储单元，声音信息存储消耗零功率，而且语音质量高，使用很方便，外部的元件最少，不需要专用的编程，它由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成，工作电压为5V,静态电流的典型值为0.5μA，最大值为 2μA，工作时的电流典型值15mA，最大值30mA。

2.3 起跑子系统的组成与设计

起跑子系统由起跑器传感组件、扩音设备和灯光设备三部分组成。本系统中采用的抢跑压力传感器，其压力传感器和等值电阻组成电桥，一旦发生抢跑现象电桥就会失去平衡，而起跑器的脚踏板上都有一个应变片，当有蹬力产生时，应变片会变形，并放大此信号。把信号传到主控系统，判别抢跑现象的发生。

2.4 无线通信子系统的组成与设计

由于比赛的场地比较大，线路比较长，为了避免外界的干扰，无线通信子系统由起点处的MUC串口和终点处的PC机串口一共两个模块组成。在设计无线通信子系统时要充分考虑到系统的整体性，标准的设计规范，统一的系统代码，实现数据的全局共享，保证系统的稳定性，可靠性，同时还要求系统有很强的恢复能力，并具有检错和纠错的能力。

3 田径信号处理系统的软件系统

田径信号处理系统的软件系统包括主控程序如通信检测、启动检测、取消检测等检测软件、抢跑判别软件、报警方案的软件、计时软件和无线通信的软件，本文主要介绍无线通信子系统的软件设计。

3.1 数据传输模块

本系统采用STR-18型的数据传输模块，把起点运动员的情况发送给终点，该模块具有很多优点，如抗干扰的能力强，低误码率，不需要申请频点、数据实时同步传输、传输的而距离较远、数据传输透明等优点。支持的接口波特率主要包括1200bps、2400bps、4800bps、9600bps四种，也可以根据实际需要提供相应的非标准接口波特率，可以提供标准RS-232、RS-485和TTL电平3种接口方式，可以和计算机、RS-485设备、单片机或者是其它UART器件直接连接使用。STR-18型的数据传输模块的应用的原理图，如图2所示。

STR-18使用直流电源，+3.6V-5.0V，工作的电压也可以稍微低些，达到3V，其工作的时候发射的电源≤40MA，接收的电流≤20MA。提供1个9针的连接器，一个天线接口，一组调线短路器，一组速率修改短路焊盘。

3.2 通信协议

通信协议通常在编程前确定下来，在协议中要明确规定何时开始通信、结束通信和交换信息。通信协议在制定的时候要充分考虑到系统的可靠性和有效性，一般包括3方面的要素语法、语义和同步。语法就是数据和控制信息的格式、语义就是定义信息的具体的含义、同步就是实践实现顺序的详细的说明。通信协议首先确定的就是通信的状态，然后在确定串口的通信方式。

3.3 发送功能模块

发送功能的模块主要的功能是数据包的生成和发送，都是由硬件电路自动实现的，软件只是把要发送的数据从单片机传输到数据寄存器中和切换至发送工作模式。

3.4 接受功能模块

接受功能模块的主要功能就是检测载波信号，地址匹配的监测和数据包的解码和接受，从接受到的时间继续计时。本系统采用delphi7.0为终点PC机接口的软件。

4 系统调试

在开发软件的过程中，不可能面面俱到，可能会存在一些这样或是那样的问题，所以要对系统进行系统调试，找出系统的错误，并及时的修改，系统调试主要包括程序调试、模块的调试、子系统的调试和系统调试主要是指联调，系统调试要规范进行、用户参加意见、充分利用系统资源、不断地发展变化、遵循实用和实效的原则，调试时主要有可以用正确的或者是不正确的数据测试程序是否正确，对程序的一些功能进行测试，比如说数据的传输情况，系统反应的灵敏度，系统内部和系统之间都要进行调试，根据具体的条件可以采取不同的方式，除了软件系统的调试，还包括硬件电路的调试，如检查电压是否正常、系统的接口是不是正确，晶振是否起振和一些元件的发射信号等。

5 结束语

随着软件技术的发展，软件的功能将越来越完善，更好的应用在一些系统中，完善该系统的功能。本文主要对田径起点信号处理系统进行了设计，该系统包括主控系统，发令子系统，起跑子系统和无线通信子系统，主控系统的MCU微处理器应用的是STM32F103，发令子系统中应用的是ISD1420芯片，通信处理子系统中应用的是STR-18型的数据传输模块，并对田径起点信号处理系统进行了测试，找出其中不足的地方，加以完善，使其更好地在运动会中服务，提高比赛的精确性和公平性。

李非.径赛起点信号处理系统开发[D].河北农业大学,2008.

The design of track and field from signal processing system University Games in the

Zhang Xiaoni
(Xi'an Aviation Institute in Shaanxi,Xi'an,710077)

The design of the track and field from signal processing system,main control system,thesubsystem, the starting four subsystem and wireless communication subsystem to do the design,and the function of the system debugging

track and field;from signal processing system;STM32F103

图2 STR-18模块应用原理图