应用于大众休闲娱乐的篮球赛事技术统计系统设计

李亚伦 张源 杨华红 王利宸 王光年

（中国地质大学（北京）体育部，北京 100083）

1 篮球计时计分系统的发展现状

随着各种指标检测技术、无线传输模块以及数据监测技术的快速发展，采集系统运用于社会各界的不同行业，多种采集模式以及采集环境多种的变化，各种硬件检测产品已经在我们生活中变得更加的重要。不管底至身边的生活需要还是高到航天技术，硬件通信技术以及环境数据检测已经广泛的在工作中运用。从近几年来看，越来越多的硬无线检测模块已经发展得到一定的水平，但是相对来说能够具有代表性的产品还是很少量。现如今针对篮球赛计时计分器的设计还存在很多缺陷，计分器一般均由模拟数字混合、数字、模拟电子器件构成，准确度以及稳定性很难保证。在单片机技术发展与普及的过程中，单片机得到了更为广泛的应用，其具有大量的优势，可以满足蓝球赛计时计分的需求，因此本研究是基于单片机系统，设计了更为先进的计时计分器。在篮球活动中应用单片机技术，使计时计分的准确性与稳定性得到了明显的提高。对推动篮球运动的开展发挥起到重要的作用。

2 篮球赛事技术统计系统总体结构

本文所设计的篮球赛事技术统计系统主要由硬件部分和软件部分组成。硬件部分主要基于以STM32 单片机为主控板，当各种数据采集模块检测到输入数据进行储存器储存，然后通过单片机处理数据与通讯模块连接进行数据传输[1]。DHT11 温湿度一体传感器主要监测篮球场所的温湿度，可以有效的帮助球员了解赛场环境。OLED 液晶显示模块主要用于显示各数据（球队名称、队员、比分、技术统计、温湿度、时间等）。软件部分本设计在开发软件时采用了常见的C 语言，使用该语言能够使开发效率得到大幅的提升，有效的降低开发周期。因为MDK 环境易于使用、相对简单而且效率较高，所以在开发软件的过程中将编程软件定为了Keil5。从而实现篮球数据更新以及环境数据监测工作。功能模块图如图1 所示。

图1 篮球赛事统计系统总体结构框图

3 篮球赛事技术统计系统硬件设计

3.1 主控模块

本文将系统的控制器定为了ARM 中型号为STM32f1 的芯片。由于STM32 可以支持死区保护，因此选择TIM1 通道便可以获得一组PWM 波，可以将该互补信号传输至IGBT 与驱动放大电路[1]。STM32 F1,有大量的通用IO 口、ADC、128k 程序空间、20kROM 空间、5 串口、两个IIC 通道、Cpu 频率为168mHz，同时还有一个FSMC 与USB 接口，一条CAN 总线。单片机具有丰富的功能，可以与大量外设连接，可以通过FSMC 与LCD 连接或是拓展SRAM，在编程后对屏幕进行驱动。基于STM32 对屏幕进行控制，可以实现更高的更新频率与刷新速度，近年来STM32 已成为了一种应用极为广泛的主流芯片。

在开发板载入代码后，要使Jlink 与JTAG 的引脚7 与引脚9 进行连接。要严格根据原理图连接各引脚，避免由于失误出现短路的问题，对模块造成损害。在系统在开发的过程中，本文选择了ARM ，其性能极为出色，可实现72mHz 的最大速度，能够快速响应调节测试，可以高效的完成复杂的计算工作。此外，ARM 芯片的资源也极为丰富，其具有I2C 接口、数个IO 口以及精度较高的ADC，可以适用于多种不同的场合。如图2 所示。

图2 ARM 芯片电路图

3.2 温湿度传感模块

选用的DHT11 数字温度测量传感器是在温度传感器中选出较为合适的温度测量设备，其它对于环境中的温度的读取提供9 位的读数，相关信息通过单线接口送入DHT11 模块读入或者读出，其相关的读写完成温度工作不需要其他的外部电源来辅助便可完成相应的数据读取工作。其三个管脚用于数据读取以及接地和电压的连接实现其温度的测量[2、3]。与DHT11 通达信经过的单线接口，其单线总线就是根据一根线工作挥着一个器件进行工作的系统，温度检测模块在适当的时间驱动该总线，其空闲状态是高电平，但是在恢复执行工作时候，总线必须在空闲状态。这样的标条件下，才可使用存储器和控制操作。这也是其温度传感模块的特点之一。

3.3 显示模块

本文在该模块的设计上，比赛双方球队、球员信息以及比赛环境的温湿度，比分、技术统计等显示均可全部显示在OLED液晶显示屏上，实现篮球比赛过程双方的动态显示。其中，比赛双方的比分均可以显示超过100 分的比赛数据，球队的名称已经球员的姓名均可以通过手机端录入来显示结果。OLED 模块具有非常出色的集成度，其主要由列驱动、行驱动与主控制器构成，除此之外，一般该模块还可以实现自动控制功能，能够将所有需要显示的汉字通过对比度的控制展示到屏幕上[4]。

3.4 通讯模块

本次选择BLE 模块作为无线通信模块，它主要的特点特征是能够提供较低的功耗以及方便携带开发的小身材，但是这并不应形象其信号的传输以及能够确保其数据稳定的传输。能够较好的兼容AT 指令操作支持低功耗, 也可支持微信、APP 的透传功能[5]。

4 工作流程设计

在整个数据的处理过程中，首先通过单片机、传感器检测模块以及蓝牙传输模块，模块进行初始化管脚信息，便于整个系统进行自检工作。系统不会告知我们此时的运行到哪个阶段，但是通过我们的编程提示进行相应的人机交互，编译我们了解整个设备的运行情况，数据传输模块进行传输通道设置的时候通过发送相应的指令使得传输模块进行相应的初始化配置工作。进行显示器提示以及按键选择进行相应的后续数据传输以及相关数据的显示。整个系统运行到这里的时候已经基本功能已经实现。如图3 所示。

图3 系统工作流程图

5 APP 页面相应函数流程及设计

首先要做的工作就是要将整体的界面设计出来。界面设计显示了我们要得到的数据以及各方面位置按钮以及按钮功能的处理。根据我们从STM32 得到的相应数据以及本系统数据更改情况。在数据更新的过程中，首先要将代码保存服务器的url域名进行和蓝牙模块模块相连接打开相应的数据传输通道。打开客户端请求链接进行get 数据的发送完成连接。然后我们要做的就是在相应的按钮处理下添加按钮监听用于控制用电器的开关。传输到nCheckedChanged（CompoundButton buttonView,boolean isChecked） 用于设置按钮的格式显示，当改变相应的按钮时候，通过发送特殊的区分字段发送单片机识别的控制信号主要就是发送不一样的标志位，后续工作通过单片机完成。app显示页面的下方通过发送不同的ID 号得到相应的数据状态信息。App 界面设计图如图4 所示：

图4 App 界面设计图

6 系统设计的实现

此次设计需硬件功能和软件功能两部分相结合才可实现温湿度检测、球队信息、比分、球员数据统计、24S 倒计时以及计时功能。在手机端只需要打开设计好的小程序，打开蓝牙与硬件部分的HC-05 连接即可实现本设计的全部功能[6]。并在赛后可以查看本场比赛的各项数据。系统设计主要包括程序的编写、修改和升级等，根据所需具有的不同功能，将软件程序分为驱动OLED 显示数据、数据检测、数据处理、数据错误重传请求和串口数据收发5 个部分[7]。其中的部分程序设计如下：

7 系统测试及优化

通过将本系统应用于实际的篮球比赛中进行测试，测试结果表明本系统能够有效替代篮球比赛中的传统人工计时和计分方法，比赛时间和比分通过OLED 液晶显示器显示更加方便直观，降低了传统计时和计分的误差，使篮球比赛过程更加直观。同时本设计中增加了温湿度传感器检测系统，并可通过在手机端的记录存储查看球员个人的技术统计，可以更好的为大众提供运动帮助。本设计的系统硬件的复杂度较低，且软件开发相对容易并且简易适用,可以实现设计功能，更好的服务大众需要。