基于MSP430的新型長跑計(jì)圈計(jì)時(shí)系統(tǒng)
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在日常的體能測試中，對(duì)個(gè)體長跑的計(jì)時(shí)成績是體現(xiàn)該個(gè)體體能素質(zhì)的重要數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)上，長跑測試工作主要依靠人工計(jì)圈計(jì)時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)很容易受到主觀因素干擾，進(jìn)而影響到測試或比賽的公平性和有效性。因此，傳統(tǒng)的人工計(jì)時(shí)計(jì)圈的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式已不適合在正式的測試中使用。應(yīng)用本系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)大量人群的長跑成績，省人省力。被測試者隨身攜帶一部自動(dòng)計(jì)圈計(jì)時(shí)的裝置，從起跑時(shí)開始計(jì)時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)停止計(jì)時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)時(shí)、減少測試人員的目的。
本系統(tǒng)由兩部主機(jī)和多個(gè)從機(jī)(1～150部)組成，主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)送圈數(shù)與起跑指令，從機(jī)接收主機(jī)的命令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)時(shí)計(jì)圈的功能。整個(gè)系統(tǒng)主要處理核心為MSP430，該微控制器是TI公司推出的一系列16位超低功耗單片機(jī)，具有16位RISC結(jié)構(gòu)，125μs指令周期以及12位200 Kb/s的A/D轉(zhuǎn)換器。其系列中的MSP430FE425作為本系統(tǒng)從機(jī)的核心，它提供段式液晶驅(qū)動(dòng)、硬件串行接口，大大降低了系統(tǒng)從機(jī)的開發(fā)難度；該系列中的MSP430F149因具有硬件串行接口、豐富的I/O接口故作為本系統(tǒng)主機(jī)的核心。整個(gè)系統(tǒng)功耗小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本合理，具有較大的市場推廣價(jià)值。
1 系統(tǒng)概述
新型的長跑計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)兩部分組成。主機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)送測試者要跑的圈數(shù)、起跑指令、路過指令，從機(jī)實(shí)現(xiàn)接收圈數(shù)、實(shí)時(shí)顯示計(jì)時(shí)結(jié)果和圈數(shù)、跑完設(shè)定圈數(shù)后停止計(jì)時(shí)的功能。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主機(jī)一放置在跑道起點(diǎn)處，主機(jī)二放置在跑道終點(diǎn)處，放置地點(diǎn)如圖1所示。
在測試前，測試者須佩戴該系統(tǒng)的從機(jī)裝置。當(dāng)測試者到達(dá)跑道起點(diǎn)時(shí)打開系統(tǒng)從機(jī)開關(guān)，主機(jī)一向所有從機(jī)發(fā)送計(jì)數(shù)圈數(shù)(該數(shù)值以0.5為最小單位)，從機(jī)收到圈數(shù)并顯示在液晶屏上。起跑時(shí)，主機(jī)向所有從機(jī)發(fā)送計(jì)時(shí)指令，從機(jī)收到該指令后開始計(jì)時(shí)；此后，只有測試者交替經(jīng)過主機(jī)一、二時(shí)，每經(jīng)過主機(jī)一次，圈數(shù)會(huì)相應(yīng)減O.5圈。當(dāng)圈數(shù)減為零時(shí)，計(jì)時(shí)停止，此時(shí)液晶屏上將顯示測試者的測試時(shí)間(即跑過上述圈數(shù)所用的時(shí)間)。系統(tǒng)整體工作流程如圖2所示。
2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)的主、從機(jī)都采用MSP430單片機(jī)作為主處理器。雖然該系列單片機(jī)推出時(shí)間不是很長，但由于其卓越的性能，在上市的幾年時(shí)間里應(yīng)用極為廣泛，已經(jīng)成為51系列單片機(jī)的升級(jí)替代品，其以下幾個(gè)特點(diǎn)頗受學(xué)術(shù)界好評(píng)。
超低功耗 MSP430系列單片機(jī)的電源電壓在1.8～3.3 V之間，RAM數(shù)據(jù)保持方式下電流僅O.1μA，活動(dòng)狀態(tài)下耗電250μA/MIPS(MIPS：每百萬條指令數(shù))，I/O口的輸入端口的漏電流最大不超過50 nA。處理能力強(qiáng)大 MSP430單片機(jī)采用了精簡指令集(RTIS)結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令，使MSP430在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá)8 MIPS。豐富的片上外設(shè)模塊 MSP430單片機(jī)集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)，不同型號(hào)的單片機(jī)集成不同的外設(shè)，基本組合有以下功能模塊：看門狗電路(WDT)、定時(shí)器A(timer_A)、定時(shí)器B、基本定時(shí)器、串口電路、硬件乘法器、10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(12/14 b ADC)和10位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路(12/14 b DAC)等。
在該系統(tǒng)中，主機(jī)采用MSP430F149，從機(jī)采用MSP430FE425。系統(tǒng)主機(jī)的硬件框圖如圖3所示。
主機(jī)采用3.7 V鋰離子充電電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至3.3 V給MSP430F149單片機(jī)供電，經(jīng)升壓電路升壓至5 V后給無線發(fā)射模塊和點(diǎn)陣液晶供電；點(diǎn)陣液晶采用國產(chǎn)TOPWAY3033液晶，顯示分辨率為128×64，該液晶自帶漢字字庫，其8根數(shù)據(jù)線與單片機(jī)P2口相連，3根控制線分別與P3.0～P3.2口連接；8鍵鍵盤與單片機(jī)的P1口連接，完成數(shù)據(jù)、指令的輸入功能，無線模塊與單片機(jī)的硬件串口電路連接，實(shí)現(xiàn)信息由串口傳送給從機(jī)的單片機(jī)。主機(jī)二處為了減少成本，去掉了液晶屏和鍵盤，以指示燈代替，當(dāng)指示燈閃爍時(shí)表示主機(jī)二工作正常，當(dāng)指示燈滅時(shí)，表示主機(jī)二工作異?；虿还ぷ?。
系統(tǒng)從機(jī)的硬件框圖如圖4所示。從機(jī)采用3.7 V鋰離子充電電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓至3.3 V給MSP430FE425單片機(jī)和無線接收模塊供電，顯示模塊采用7位段式液晶，完全滿足數(shù)據(jù)顯示需要，無線模塊與430單片機(jī)的硬件串口電路相連，實(shí)現(xiàn)將接收的數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)。系統(tǒng)從機(jī)體積小、重量輕，適合測試者隨身攜帶。
評(píng)論