游泳池触摸板计时系统的设计与实现

薄阿维

（陕西财经职业技术学院，咸阳，712000）

游泳池触摸板计时系统的设计与实现

薄阿维

（陕西财经职业技术学院，咸阳，712000）

本课题根据游泳池计时系统的实际需求出发，设计了一套游泳池触摸板计时系统。该系统主要由以下部分组成：以嵌入式ARM系统为核心的部件，具有实时信息处理功能；512位的CPLD控制终端，具有集成数据和数据统计的功能；内置高精度晶体数字钟的计时器，具有计时功能。

触摸板；计时系统；ARM；CPLD

1 游泳池触摸板计时系统设计的必要性

在游泳比赛过程中，运动员的实力可谓不相上下，决定一名运动员胜负的可能是短短的几秒钟，甚至是千分之一秒。所以，利用手工计时确认运动员的成绩已经无法实现公平公正的宗旨。尤其在大型的体育竞赛中，对时间精度的要求更高，必须保证运动成绩的准确。游泳比赛触摸板计时系统能够自动精确的记录运动员的比赛成绩，以此判定名次并把结果快速的显示在显示屏中。

2 工作原理

游泳池触摸板计时系统的设备是以嵌入式ARM系统为核心的，控制终端为512位的CPLD，计时器是用高精度的晶体数字钟制成。该套系统可以对外部传感器传递的信号检测并完成计时功能。

在信号传入之前系统处于待命的状态，当有信号传入时，主机开始计时功能，同时通过扩音系统将发令信号传入出发台，确保运动员收到发令信号，计时与运动员收到信号的时间是同步的。

3 游泳池触摸板计时系统的设计

游泳比赛触板计时系统设备包括出发台、触板、终点摄像机、计时主机、发令扬声器、发令枪、盲表等，而在该系统中我们增加盲表，其主要作用是防止触摸板出现失灵而采取的一种补救措施。

3.1 出发台的设计

出发台内部安装一个半导体压力传感器，传感器是根据非电量转换为电量的工作原理工作的。运动员脚蹬踏板的力量超过20kg时，内置的半导体压力传感器薄片表面形成半导体变形压力，外力使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。当运动员起跳时，本设备将检测到运动员的脚离开起跳台，并将信息传递到计时设备开始计时。

3.2 触摸板

触摸板是游泳计时系统的关键设备之一，在游泳池泳道的两端的触摸板上都装有计时器，它可以记录并传递运动员到达终点的信息。触摸板采用的也是压力传感器，触摸板内置传感器的工作灵敏度比出发台的要求要高。运动员抵达终点时，用2公斤以上的力触摸触板，传感器会记录下运动员的成绩。另外，由于运动员的运动，水下产生波动，生成的力可能影响触板的记录，为了削弱水波对其产生的影响，触板的版面雕刻上细小的垂直条纹。如此一来计时器只对运动员的手脚触碰十分敏感，不会水花产生的力做出反应。

3.3 终端摄像机（Photo Finish）

在距离游泳池终点池边1.75m的两条泳道之间的中点设置一个终点摄像机，八个泳道各自设置一个。终点摄像机用来摄录运动员冲刺终点的图像，精确率高达1/100。这种摄像头不仅可

以判断几乎同时抵达终点的运动员谁更胜一筹，而且一旦触摸板失效，可以用摄像头的录像进行判断。

3.4 现场计时设备

该系统的计时装置也是游泳计时系统的关键设备之一，它是整个系统的核心技术。它可以记录出发台、触摸板等发出的信号，从而记录运动员的比赛时间，及运动员的往返次数。现场计时设备的计时主机是以ARM和CPLD为核心的。其中，ARM处理器是Acorn计算机有限公司推出的一款微处理器，ARM处理器本身是32位，但他也具备配备16位指令集。一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。CPLD是Complex Programmable Logic Device的缩写，是一种复杂的可编程逻辑器件，它具有规模大、结构复杂的特点。CPLD是用户根据自己需要自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中。整个系统的所有传感器都由嵌入式主机负责，主机可以检测到整个传感器的信息，它将检测到的信息传送给控制终端和显示屏中。内置高精度晶体数字钟的计时器，时钟基准为0.10000000MHZ，其程序代码如下（秒表计时）：

该模块的功能是实现计时功能，由四个十进制计数器和两个六进制计数器串联结合而成。

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY cnt10 IS

PORT(reset,en,clk:IN STD_LOGIC);

carry:OUT STD_LOGIG;

q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 0));

END CNT10;

ARCHITECTURE rt1 OF cnt10 IS

SIGNAL qs:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

SIGNAL ca:STD_LOGIC;

BEGIN

IF(clk'EVENT AND clk='1')THEN

IF(reset='1'THEN)

qs＜="0000";

ELSEIF(en='1')THEN

IF(qs="1001")THEN

qs＜="0000";

ca＜='0';

ELSIF(qs="1000")THEN

qs＜=qs+1;

ca＜='1';

ELSE

qs＜=qs+1;

ca＜='0';

END IF;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

PORCESS(ca,en)

BEGIN

q＜=qs;

carry＜=ca AND en;

END PORCESS;

END rt1;

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY cnt6 IS

PORT(reset,en,clk:IN STD_LOGIC;

carry:OUT STD_LOGIG;

q :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 0)); END CNT6;

ARCHITECTURE rt1 OF cnt6 IS

SIGNAL qs:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL ca:STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(clk)

BEGIN

IF(clk'EVENT AND clk='1')THEN

IF(reset='1'THEN)

qs＜="0000";

ELSIF(en='1')THEN

IF(qs="0101")THEN

qs＜="0000";

ca＜='0';

ELSIF(qs="1000")THEN

qs＜=qs+1;

ca＜='1';

ELSE

qs＜=qs+1;

ca＜='0';END IF;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

PORCESS(ca,en)

BEGIN

q＜=qs;

carry＜=ca AND en;

END PORCESS;

END rt1;

3.5 发令箱及其组件

发令箱具有表达和执行发令员命令的设备，在发令的同一时刻它还可以完成计时器和控制终端设备启动的功能。在每个起跳台后方均设置一个发令扬声器，指令发出时运动员同时收到指令。发令箱还可以有音量调节等功能。发令箱系统能靠两节内置GEL电池运行。

3.6 手动按钮、盲表、喇叭等

手动按钮：每条泳道触板上方均站着一名裁判员。当运动员抵达终点触动触板时，裁判员按下按钮，作为计时触发信号。手动按钮内置一个动作传感器。

盲表：按照国家游泳协会规定，每个泳道配置3块盲表。当触板失灵时，盲表可以及时的采取补救措施。

喇叭：按照国家游泳协会规定，每个泳道配一个喇叭，可以及时传递发令员命令，每道一个。

4 游泳比赛成绩处理及编排

控制终端采用512位的CPLD制作而成，它是信息处理系统的核心。对计时主机送来的各类信号分别进行处理，在屏幕上模拟显示八条泳道或多条泳道和计时系统得工作状态，显示各泳道运动员的成绩。由计时器与比赛管理周边软件双向“握手”联络，使比赛管理员所用的计算机可以随时通过RS-232端口向计时器内存查询比赛成绩。

5 系统测试

进行系统测试，把软件、硬件结合在一起，进行信息系统的各种组装测试和确认测试。通过系统测试彻底检查出系统程序中的错误，提高系统的可靠性。

王海港.张毅.PLC在泳池水处理控制系统中的应用[期刊论文]-广西轻工业.2008（7）

薄阿维，女，1978年9月，本科，讲师。

Design and Implementation pool touchpad timing system

Bo Awei
(Shaanxi Vocational and Technical College of Finance and Economics，Xianyang，712000)

This paper according to the actual needs of the starting pool timing system,designed a swimming pool touchpad timing system.The system consists of the following components:embedded ARM systems as the core component,with real-time information processing function;512 of CPLD control terminal with integrated data and statistical functions;built-in high-precision crystal digital clock timer,has a timer function.

touchpad;timing system;ARM;CPLD