长跑圈数自动计数电路系统

潘荣辉

由于学校面积有限，通常运动场跑道一圈只有250米，在长跑测试时经常会搞错圈数。因此学校开运动会时，必须设置专人一对一地记录每位运动员跑的圈数相当麻烦。于是我们经过研究，设计并制作了一款简易的长跑圈数自动计数电路系统。

为了实现方便地记录长跑圈数，我们设想了许多方案。

方案一：利用电子计算器

我们将计算器改装，从数字按键后面引出两根导线，再与一个开关连接起来，让1-9每个数字分别对应一位运动员。运动员每跑过一圈就按一次开关，裁判员可根据显示屏上数字的多少来判断此时运动员已跑的圈数。如数字2222表示2号运动员实际跑了4圈，而数字66666就说明6号运动员跑了5圈，以此类推。有几位运动员就必须准备几个这样经过改装的计算器。

但是，这个装置也有缺陷。由于数字0不起作用，所以最多只能同时使用9个计算器。运动员可能一次输入两个数字，造成计数误差。另外，用数数字个数的方式记录圈数还是有点不方便。

方案二：利用手动机械计数器

后来我们通过查询资料，发现了一款价格低廉的手动机械计数器。该计数器上有一个按钮，每按一次，内部的数字就会进一位。该计数器是机械齿轮结构，因而不会像电子计算器那样出现误操作。但由于是机械弹性按钮，按压时需要非常用力，所以我们设想将按钮变大、变长，从而让运动员按起来更方便、省力。

上面两种方案都需要运动员自己去按按钮。但这样的话，运动员又兼任了裁判员，既不合规，又可能影响成绩。于是，我们想到了电子计数器。

方案三：利用信号传输式电子计数器

受遥控电动大门的启发，我们设想利用无线数字信号传输和接收系统来实现计数。该系统包括无线信号发射器和无线信号接收显示器两部分。

无线信号发射器置于运动员身上，不断向外发射含有编码的无线信号。无线接收器可放置在终点记录台上，并设置它只能接收到一定距离内（例如半径10米内）的信号。当携带发射器的运动员进入接收器范围内时，含有相同编码的接收器就会收到信号，其内部的计数器便进位计数。不同组的发射器和接收器，须设置不同的编码以避免相互干扰。

这个方案采用了自动化设备，只要电路设计得当，其计数结果应该是可靠的。于是，我们选择了该方案来试制。

材料：

通用无线信号315MHz（或433MHz）发射和接收模块各1个，PT2262编码集成电路1个，PT2272解码集成电路1个，数字集成电路CD4013、CD4510、CD4511各1个，数码显示管1只，实验线路板2块，其它小元件若干。

制作无线信号发射器

将无线信号发射模块、PT2262编码集成电路、1.5M电阻按照电路图所示焊接起来，接通3V以上电源即可工作。A0-A7为地址端，适当接电源正（高电平）或负（低电平）以产生不同编码。D0-D3为数据端，空置即可。

制作无线信号接收显示器

1、制作无线接收与解码电路

该电路由无线信号接收模块、PT2272编码集成电路、270K电阻和信号指示发光二极管（串联一个1K电阻）共同组成。PT2272的地址端也是A0-A7，其接电源正负必须与PT2262保持一致，这样才能保证解码有效，使17脚有脉冲信号输出。该信号输出到下一级脉冲信号延时电路。

2、制作脉冲信号延时电路

该电路核心元件是双D触发器CD4013，与一个5M可变电阻、1个三极管、1个4.7K电阻、1个10μF电容，共同组成延时电路。调节可变电阻即可改变延时时间，经延时的脉冲信号最终输出到计数电路。

3、制作计数电路

此电路由计数器CD4510来完成。外围元件只需一个1K电阻和一个用于清零的开关。其工作原理为：电路清零后，当其得到一个延时脉冲信号时，计数器便会执行加计数，输出端Q1-Q4的数据变为0001，再接收一个信号它就变成0010，依次类推。然后，它将数据输送给数码驱动电路。

4、制作数码驱动电路

该电路使用了译码驱动器CD4511。外部元件仅需7个用于限流的1K电阻，将他们与数码显示管对应的笔画端连接起来，即可正常显示数字。如，当来自计数电路CD4510的输入信号数据为0010时，经CD4511内部译码后使相应的笔段为高电平，然后驱动显示部件发光而显示对应的数字2。

制作完成后，我们将整个系统进行了测试，结果信号传输效果很好，装置反应也非常灵敏。不过接收距离超过了20米以上，不符合我们的要求。于是，我们将接收器的电压降至4.5V，接收距离也随之减少至10米以内。

当然，发射器的电压也不能太高，否则也会增大发射距离，一般选择在3V～4.5V之间为宜。为了减轻运动员的负载，也可以选用纽扣电池。