立定跳远体能测试仪器中光电感应检测系统的探究

李 勇

（西安铁路职业技术学院,西安,710014）

立定跳远体能测试仪器中光电感应检测系统的探究

李 勇

（西安铁路职业技术学院,西安,710014）

该系统以核心部件AT89C51单片机作为智能控制部分，光电感应系统由一对收发光电管来进行信号检测，将运动员阻挡的信号转化为电信号，再由电信号转化为跳远值，该设计以C语言为编程语言，单片机AT89C51与PC级之间进行信号传输，使立定跳远测试实现自动化测量，测试结果由LCD液晶显示，提高了测试精度和效率。

立定跳远;光电感应; LCD液晶显示

1 光电感应检测系统的设计原理

AT89C51是一种具有低电压、高性能特点的CMOS8位微处理器，其内部带4K字节FLASH存储器。在跳远方向的毯子两端安放上成对的光电管，一个是红外线发光二极管，一个是红外线接收光的三极管，每隔1cm安放一对光电管。光电二极管D1发出脉冲信号后，对应的光电三极管D2将收到光信号并导通，此时V1输出的电压是正电压，即为高电平。相反的，当运动员隔绝光信号时，输出低电压信号，并把信号传送给上层电路进行处理。由此一来我们可以根据收发光电管是否被隔绝测试运动员的跳远距离。

2 光电感应检测系统的组成

光电感应检测系统该系统由发光电路、光收电路、信号处理电路以及AT89C51单片机控制电路组成。信号采集电路和信号控制电路两部分组成了光电传感检测部分，信号采集电路主要由红外线发光二极管、红外线接收光的三极管构成，共有170多对。发光电路采用74LS154制作而成，发射窄脉冲，接收电路采用CD4067制作而成，接收电容耦合脉冲。每隔100ms输出一组脉冲信号。

2.1 系统起跳区组成

在起跳区设置2对光电管，作用是检测运动员是否犯规。0号设置为起跳起点的基准线，1号设置成犯规线。当运动员站0号线时，光电信号被运动员隔绝，此时是正常测试状态。但是当运动员站在1号线时，LCD液晶显示运动员犯规。

2.2 系统测试区组成

测试区每隔1cm安放一对光电管，在测试区共安放170对，用来检测运动员的落脚点。当信号被隔绝时传出的脉冲信号传给上层电路处理，由此一来我们可以根据收发光电管是否被隔绝测试运动员的跳远距离。

3 立定跳远光电感应检测系统的设计

3.1 系统的硬件设计

3.1.1 发光电路设计

发光电路的控制元件采用译码器74LS154，一块74LS154可以与16只发光二极管连接在一起并控制发光二极管的亮灭。172只发光二极管需要11片74LS154来控制。74LS154是4线输入16线输出的译码器，其中ABCD为输入端，低电平有效；G1G2为选通端，也是低电平有效； 0～15为输出端，低电平有效。当选通端的为低电平时，可读取输入端ABCD的二进制编码，比如输入端ABCD读取0001二进制代码，对应的是输出端的1号光电管。74LS154选通端按顺序依次连接在单片机的P1.4、

P1.5 、P1.6 、P1.7、 P0.0、P0.1、 P0.2、 P0.3、 P0.4、 P0.5、P0.6引脚上。选中的74LS154选通端为低电压，单片机的输出端口的电压值可以控制74LS154的选通端。74LS154数字开关的输入端连接到单片机的输入输出端口处，通过控制单片机输入输出端口的输出电平来控制74LS154输入端的电压，以此来控制74LS154输出端的电压。通过单片机来控制二极管的点亮。

3.1.2 接收光电路设计

光电管采用普通的光电接收三极管，接收光电路采用16路模拟开关CD4067为控制电路，172只三极管与172个引脚来连接在一起172三极管，一共需要11片CD4067。CD4067有四个输入端ABCD，任意一个输入组合对应一路开关。当ABCD输入0000时，输出端对应0号通道。此时输出端输出高电平电流值。INTI是片选信号，当INTI 为高电平时，选通该芯片

3.1.3 LCD液晶显示电路

LCD液晶显示将电压信号显示在显示器上，电压的大与距离的远近成正比，距离的改变通过电压的变化显示出来。LCD液晶显示由发光二极管显示字段组成，是依据液晶显示器来进行数据或者图形显示的。LCD液晶显示具有美观、能够行使图形汉字等特点。LCD液晶显示接口电路主要由显示记录仪表、CRT显示终端、LCD显示其构成。

3.1.4 硬件抗干扰设计

硬件抗干扰设计主要包括：电源采用直流供电、在数据采集电路中安装RC低通滤波器消除主电路感应过来的尖峰电压、选用电流小、功率小的的元器件等设计。

3.2 软件设计

3.2.1 系统主程序设计

把变量赋为默认初始值，程序进行初始化。初始化之后，单片机进入工作状态，不断检查同步信号。发光二极管和光收三极管保持信号收发同步，扫描172路收发管的传输信号状态，以此判断运动员是否站在起跳区的起跳线上或者测试运动员的落脚点。当检测到运动员站在起跳线上，程序会将对应位置的脉冲信号发送给智能控制系统T89C51单片机; 若运动员落在测试区时，将脚后跟阻隔脉冲信号发送给智能控制系统T89C51单片机，完成自动测试过程。

3.2.2 系统测量子程序

测量程序主要是依据三极管的工作状态判定的。工作状态正常时，单片机管脚P3.5读到的信号是高电平。信号被遮挡时，P3.5读到的是低电平。根据判断是哪些三极管是低电平，然后在加上基准值，就可以计算出运动员所跳的距离。落点扫描要求:1、2号线是起跳点和犯规线，它是以落点前端为最终扫描结果;3～172线是测试区的终点，以落点后端为最终结果。

3.2.3 显示子程序

对液晶显示进行软件编程，先对LCD数码进行转换，设置液晶显示的小数点位置为最高位之后。LCD数据显示采用查表法，LCD数码转换为：

Code LCD [10]={0X88，0XBB,0XC1，0X91，0XB2，0X84，0XB9，0XB0}://012.....到9Code LCD_P[10]={0X08，0X3B,0X41，0X11，0X32，0X14，0X04，0X39，0X00，0X10}://0.1.2.....到9//显示数值的子函数，mValue数值的范围是00000—9999范围要小于等于9999。其实第一位显示数据后面有小数点，查表用后面的数据，其它位采用前面的数据进行操作。其数据传输采用采用移位的方法通过P2.6和P2.7传送出去。以下程序把以毫米为单位的数据用米的格式表示，用LCD显示出来。其程序为：

#define PTXD P27

#define PRXD P27

void SetDataTotLCD(Uchar x){//口线模拟串口发送子程序

uchar i；

for(i=0;i＜8;i++){

PRXD=(x＞＞i)&0x01；PTXD=0;

PTXD=1;

}

}

其中ShowLCDNumber 是把所得到的数据分别提取出来。齐代码如下：

Void ShowLCDNumber（uint m Value）{

Uchar mTemp；

SetDataTolLeftLCD（0xFF）;//晴空中间的标记

mTemp=mVlue/1000;

SetDataTolLeftLCD（（LCD_P[m Temp]））；//D4

mValue=mValue%100；

mTemp=mValue%10;

SetDataTolLeftLCD（LCD[m Temp]）；//D2 mTemp=mValue%10;

SetDataTolLeftLCD（LCD[m Temp]）；//D1

3.2.4 软件抗干扰设计

抗干扰系统由软件、硬件紧密配合完成的。软件抗干扰是属于微机系统的自身防御行为。软件抗干扰措施主要涉及数字滤波：运用CPU的运算、控制功能实现频率滤波。在数据采集系统中，采用一些简单的数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果。经过数字滤波可以减少系统的随机干扰对采集结果的影响等措施。

4 结束语

利用光电感应技术研究的立定跳远自动测试系统具有高效准确和便于进行数据采集分析等优点，能够满足体育测试的要求。

刘广瑞,张洛明;立定跳远自动测距系统的设计[J];微计算机信息;2004年02期

Standing long jump fitness test instrument research photoelectric sensor detection system

Li Yong
(Xi'an Railway Vocational and Technical College,Xi'an,710014)

The system AT89C51 microcontroller as the core components of intelligent control section, photoelectric sensor system consists of a pair of transceivers for signal detection photocell,blocking the signals into electrical signals athletes,then by the electrical signal is converted to long jump value,the design with C language programming language,for signal transmission between the microcontroller AT89C51 and PC level,so that the standing long jump test to automate the measurement,the test results from the LCD display to improve the test accuracy and efficiency.

standing long jump;photoelectric sensors;LCD LCD