基于指紋識(shí)別的往返跑控制系統(tǒng)方案

1、 PAGE4 / NUMPAGES28科技學(xué)院2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：基于指紋識(shí)別的往返跑控制系統(tǒng)學(xué)生： 夢(mèng)杰所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)教育導(dǎo)師： 邵鋒完成時(shí)間：2013年05月18日摘 要在傳統(tǒng)的往返跑體育訓(xùn)練和比賽中,教練或者裁判以觀測(cè)掐表的方式來測(cè)取運(yùn)動(dòng)員成績(jī),這樣不僅存在較大的誤差,甚至誤判,而且工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大和效率低。為解決這些難點(diǎn)，系統(tǒng)采用以簡(jiǎn)單易用的ZFM-206指紋識(shí)別模塊采集運(yùn)動(dòng)員信息，以成本較低、應(yīng)用廣泛、易于程序燒錄的STM32F103C8T6和ATMEL89S51為核心控制，以測(cè)量圍廣、檢測(cè)時(shí)間短、精度高的激光掃描運(yùn)動(dòng)員的通過信息，

2、以功耗低、方便實(shí)用的nRF905射頻收發(fā)器進(jìn)行起點(diǎn)與折返點(diǎn)的通信，以LED顯示電路進(jìn)行計(jì)數(shù)與顯示，來自動(dòng)且精準(zhǔn)的完成運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)測(cè)試。這樣既可減輕教練或裁判的工作量，又能提高了工作效率與質(zhì)量。關(guān)鍵字：往返跑，激光掃描，指紋識(shí)別，通訊，nRF905AbstractSports training and competition in the traditional shuttle run, coach or referee is measured observation pinch table to take the athletes performance, so that not only t

3、here is a big error, or even miscarriage of justice, and the labor intensity and low efficiency. In order to solve these difficulties, the system uses the ZFM-206 easy-to-use fingerprint recognition module acquisition athletes, as the core control to lower-cost, widely used, the easy program burn ST

4、M32F103C8T6 and ATMEL89S51, wide measurement range, short detection time high precision laser scanning athletes through information, low power consumption, convenient and practical nRF905 RF transceiver starting point turnaround point communication count and display, LED display circuit, automatic a

5、nd accurate completion of athletes testing . This will lighten the workload of the coach or referee, but also improve work efficiency and quality.Keywords: shuttle run, laser scanning, fingerprint recognition, communication, nRF905目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3559534441 緒論 PAGEREF _Toc3559534

6、44 h 1HYPERLINK l _Toc3559534452 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc355953445 h 1HYPERLINK l _Toc3559534462.1 起點(diǎn)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc355953446 h 1HYPERLINK l _Toc3559534472.2 折返點(diǎn)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc355953447 h 2HYPERLINK l _Toc3559534483 各單元電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953448 h 2HYPERLINK l _Toc3559534493.1 電源電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc35

7、5953449 h 2HYPERLINK l _Toc3559534503.2 指紋識(shí)別電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953450 h 3HYPERLINK l _Toc3559534513.2.1 ZFM-206模塊簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc355953451 h 3HYPERLINK l _Toc3559534523.2.2 ZFM-206模塊工作原理 PAGEREF _Toc355953452 h 3HYPERLINK l _Toc3559534533.2.3 ZFM-206模塊硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953453 h 4HYPERLINK l _Toc35

8、59534543.3 單片機(jī)的選用與最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953454 h 5HYPERLINK l _Toc3559534553.3.1 起點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953455 h 6HYPERLINK l _Toc3559534563.3.2 折返點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953456 h 6HYPERLINK l _Toc3559534573.4 激光掃描電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953457 h 7HYPERLINK l _Toc3559534583.4.1 激光發(fā)射管與光敏接收管的選擇 P

9、AGEREF _Toc355953458 h 8HYPERLINK l _Toc3559534593.4.2 激光掃描電路的設(shè)計(jì)與工作原理 PAGEREF _Toc355953459 h 8HYPERLINK l _Toc3559534603.5 計(jì)時(shí)顯示模塊的電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953460 h 8HYPERLINK l _Toc3559534613.5.1 74LS245芯片介紹 PAGEREF _Toc355953461 h 9HYPERLINK l _Toc3559534623.5.2 四位數(shù)碼管顯示模塊 PAGEREF _Toc355953462 h 9HYPER

10、LINK l _Toc3559534633.5.3 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式 PAGEREF _Toc355953463 h 10HYPERLINK l _Toc3559534643.6 無線傳輸模塊的電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953464 h 10HYPERLINK l _Toc3559534653.6.1 nRF905模塊簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc355953465 h 11HYPERLINK l _Toc3559534663.6.2 無線傳輸模塊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953466 h 12HYPERLINK l _Toc3559534673.6.3 無線

11、傳輸模塊系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953467 h 13HYPERLINK l _Toc3559534684 輔助電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355953468 h 14HYPERLINK l _Toc3559534695 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc355953469 h 15HYPERLINK l _Toc3559534705.1 起點(diǎn)設(shè)備調(diào)試 PAGEREF _Toc355953470 h 15HYPERLINK l _Toc3559534715.2 折返點(diǎn)設(shè)備調(diào)試 PAGEREF _Toc355953471 h 15HYPERLINK l _To

12、c3559534726 結(jié)束語 PAGEREF _Toc355953472 h 15HYPERLINK l _Toc355953473致 PAGEREF _Toc355953473 h 16HYPERLINK l _Toc355953474參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc355953474 h 17HYPERLINK l _Toc355953475附錄 1 電路總圖 PAGEREF _Toc355953475 h 18HYPERLINK l _Toc355953476附錄 2 部分子程序 PAGEREF _Toc355953476 h 201 緒論隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們生活水平不斷

13、的提高，人們?cè)谧非笫孢m生活的同時(shí)，也沒有忘記對(duì)身體素質(zhì)的提高。尤其是2008年奧運(yùn)會(huì)的成功召開，人們已把體育運(yùn)動(dòng)當(dāng)做成一種時(shí)尚來追求，而跑步更是人們所青睞的運(yùn)動(dòng)之一。所以，很多集體場(chǎng)所（例如學(xué)校、軍隊(duì)、體育場(chǎng)等）出現(xiàn)了跑步訓(xùn)練熱潮，且對(duì)于訓(xùn)練的成績(jī)測(cè)試也有了越來越高的要求。人們采取各種各樣的訓(xùn)練與成績(jī)測(cè)試，大多方法并不系統(tǒng)也不專業(yè)，例如人們用肉眼觀察掐秒表的方式來進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)考核，這些人力考核方式給教練或裁判較大的工作量，且不能有效的準(zhǔn)確的測(cè)取運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。針對(duì)這些問題，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求具有自動(dòng)程度高、測(cè)取成績(jī)精確、勞動(dòng)量小、成本低且方便實(shí)用等特點(diǎn)。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)控制要求,該

14、控制系統(tǒng)要對(duì)運(yùn)動(dòng)員是否通過起點(diǎn)與折返點(diǎn)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,那么就必須將控制系統(tǒng)分為起點(diǎn)與折返點(diǎn)兩部分。因?yàn)橄到y(tǒng)要求具備自動(dòng)身份識(shí)別功能，所以在起點(diǎn)設(shè)備中裝備了指紋識(shí)別系統(tǒng),通過無線傳輸模塊，達(dá)到起點(diǎn)與折返點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊，從而完成往返跑自動(dòng)控制。2.1 起點(diǎn)控制系統(tǒng)起點(diǎn)設(shè)備主要有起點(diǎn)激光發(fā)射器和起點(diǎn)激光接收器兩大部分組成。我們?cè)谄瘘c(diǎn)接收器上裝備上指紋識(shí)別系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的指紋信息進(jìn)行采集，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員通過起點(diǎn)時(shí)，起點(diǎn)的激光掃描電路掃描到運(yùn)動(dòng)員的通過信息，起點(diǎn)接收器將這個(gè)信號(hào)傳送到對(duì)應(yīng)的CPU部進(jìn)行處理。與此同時(shí)，起點(diǎn)CPU同時(shí)發(fā)出對(duì)計(jì)時(shí)顯示電路和起點(diǎn)無線收發(fā)器的對(duì)應(yīng)指令，計(jì)時(shí)顯示電路開始計(jì)時(shí)，并且起點(diǎn)無線

15、收發(fā)器將相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊發(fā)送給折返點(diǎn)設(shè)備。起點(diǎn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。圖 SEQ 圖表 * ARABIC 1 起點(diǎn)控制系統(tǒng)方框圖起點(diǎn)發(fā)射器起點(diǎn)激光發(fā)射模塊起點(diǎn)接收器無線傳輸模塊起點(diǎn)激光接收模塊CPU指紋識(shí)別模塊計(jì)時(shí)顯示模塊2.2 折返點(diǎn)控制系統(tǒng)折返點(diǎn)設(shè)備跟起點(diǎn)設(shè)備較為相似，折返點(diǎn)不需要指紋采集模塊與計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路。它也包括折返點(diǎn)發(fā)射器和折返點(diǎn)接收器兩大部分。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員通過折返點(diǎn)，折返點(diǎn)的激光掃描電路掃描到運(yùn)動(dòng)員的通過信號(hào)，折返點(diǎn)接收器將這個(gè)信號(hào)傳送到對(duì)應(yīng)的CPU部進(jìn)行處理,同時(shí)發(fā)送指令給對(duì)應(yīng)的折返點(diǎn)無線傳輸模塊，折返點(diǎn)收發(fā)器將相對(duì)應(yīng)的信號(hào)通過無線傳輸送給起點(diǎn)設(shè)備。折返點(diǎn)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)

16、計(jì)方框圖如圖2所示。折返點(diǎn)發(fā)射器折返點(diǎn)激光發(fā)射模塊折返點(diǎn)接收器CPU無線傳輸模塊折返點(diǎn)激光接收模塊圖 SEQ 圖表 * ARABIC 2 折返點(diǎn)控制系統(tǒng)方框圖3 各單元電路設(shè)計(jì)3.1 電源電路設(shè)計(jì)在本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，由于涉與到很多模塊需要單獨(dú)的供電模塊，結(jié)合到實(shí)際中應(yīng)用，可將生活中較容易獲取的干電池電壓，經(jīng)過MS1117-3.3串聯(lián)線性穩(wěn)壓芯片，結(jié)合電容濾波后得到更為平穩(wěn)的3.3V電壓，用來為本系統(tǒng)中指紋識(shí)別模塊和無線傳輸模塊供電。其原理圖如圖3所示。C34、C36、C35、C33都是濾波電容，LED0為電源工作指示燈。圖 SEQ 圖表 * ARABIC 3 電源電路3.2 指紋識(shí)別電路設(shè)

17、計(jì)如今的科技發(fā)展，人類的身份識(shí)別技術(shù)比較多，我們熟知的都有人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別更甚者有DNA識(shí)別，如此之多的身份識(shí)別技術(shù)總體而言較為復(fù)雜，造價(jià)成本高。只有指紋識(shí)別技術(shù)較為成熟，識(shí)別度高，簡(jiǎn)單實(shí)用，所以本文中采用ZFM-206指紋采集模塊對(duì)運(yùn)動(dòng)員的身份進(jìn)行識(shí)別。3.2.1 ZFM-206模塊簡(jiǎn)介ZFM-206系列光學(xué)指紋模塊是指安科技推出的穩(wěn)定量產(chǎn)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品是以高性能DSP處理器AS601為核心，結(jié)合光學(xué)指紋傳感器，在無需上位機(jī)參與管理的情況下，具有指紋錄入、圖像處理、指紋對(duì)比、搜索和模板儲(chǔ)存的智能型模塊1。其實(shí)物圖如圖4所以。ZFM-206對(duì)比與同系列產(chǎn)品，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）

18、更人性化的窗口手指觸摸感應(yīng)，功耗極低，操作方便；（2）有較高的靈敏度，無論是干濕手，都能進(jìn)行準(zhǔn)確的對(duì)指紋的識(shí)別與判斷，這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)動(dòng)員來將相當(dāng)實(shí)用；（3）采用紅色的LED高亮光源組件，可達(dá)0光衰，延長(zhǎng)使用壽命。（4）指紋識(shí)別性能優(yōu)，無指紋圖形畸變，且可支持360的旋轉(zhuǎn)任意角度識(shí)別，使用起來更為方便（5）有較高靈活性，可自定義15級(jí)的安全等級(jí)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合與環(huán)境以與還具有密碼功能等等。具有這些優(yōu)點(diǎn)，并且市場(chǎng)售價(jià)并不是太高。圖 4 ZFM-206指紋識(shí)別模塊實(shí)物圖3.2.2 ZFM-206模塊工作原理人類出生7個(gè)月后，表皮指紋紋理就完全定型，保持終生不變，并且每個(gè)人的紋路都是不一樣的?；?/p>

19、這一特征，我們就可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的指紋與提前保存下來的指紋進(jìn)行比較，對(duì)比其相符性來確定運(yùn)動(dòng)員的身份。ZFM-206模塊主要功能包括指紋登記和指紋識(shí)別。指紋登記主要包括指紋采集、指紋圖像預(yù)處理、指紋特征提取、指紋特征模板存儲(chǔ)和輸出顯示；指紋識(shí)別與指紋登記的前三步是一樣的，完成指紋采集、預(yù)處理、特征提取后，將生成的指紋特征模塊與登記時(shí)的特征模塊進(jìn)行匹配，最后輸出匹配結(jié)果。ZFM-206模塊的工作基本流程圖如圖5所示。圖 5 ZFM-206模塊工作基本流程圖指紋采集指紋采集質(zhì)量評(píng)估質(zhì)量評(píng)估預(yù)處理預(yù)處理特征處理特征處理指紋數(shù)據(jù)庫結(jié)果輸出特征對(duì)比登記識(shí)別指紋指紋不合格不合格合格合格ZFM-206模塊的通過特殊

20、的光學(xué)組件（同理照相機(jī)的拍照功能），可以清晰的獲得手指的指紋圖像，然后通過指紋算法提取指紋圖像中的特征，用來代表指紋的信息。ZFM-206模塊的提取的指紋特征大小為256Bytes，2個(gè)特征文件合成一個(gè)512Bytes的指紋模板文件。然后進(jìn)行指紋處理，指紋處理有指紋對(duì)比（1:1）和指紋識(shí)別（1：N）兩種方式。指紋登記時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)員指紋進(jìn)行兩次錄入，將兩次錄入圖像進(jìn)行預(yù)處理，合成指紋模板存儲(chǔ)于指紋數(shù)據(jù)庫。指紋識(shí)別是對(duì)運(yùn)動(dòng)員的指紋圖像錄入處理后與數(shù)據(jù)庫信息搜索進(jìn)行1:1對(duì)比，從而輸出結(jié)果。3.2.3 ZFM-206模塊硬件設(shè)計(jì)ZFM-206模塊即可以串行通訊，也可以用USB進(jìn)行通訊。為了方便與單片機(jī)

21、通訊，本文中采用串行通訊。串行通訊時(shí)，模塊采用一個(gè)單排4芯間距為1.27mm的單排插座，引腳功能如表1所示。表 1 ZFM-206引腳功能說明引腳號(hào)名稱類型功能描述1Vinin電源正輸入端。（淺色：紅）2TDout串行數(shù)據(jù)輸出。TTL邏輯電平。（淺色：綠）3RDin串行數(shù)據(jù)輸入。TTL邏輯電平。（淺色：白）4GND-信號(hào)地。部與電源地連接。（淺色：黑）注：類型欄中，in表示輸入到模塊，out從模塊輸出。此模塊通過串行通訊接口，可直接與3.3V或5V電源的單片機(jī)進(jìn)行通訊：模塊的數(shù)據(jù)輸出端（2腳TD）接單片機(jī)的RXD端，模塊數(shù)據(jù)接收端（3腳RD）接單片機(jī)的TXD端，1腳接+3.3V電源，4腳接地。

22、ZFM-206采用串口方式與單片機(jī)通訊，那么必須遵循其串行協(xié)議。采用半雙工也不串行通訊。默認(rèn)波特率為57600bps，可以通過命令設(shè)置為9600115200bps。傳送的幀格式為10位，一位0電平起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前）和一位停止位，無校驗(yàn)位，如圖6所示。圖 6 ZFM-206串行通訊協(xié)議和上位機(jī)通訊時(shí)，由于上位機(jī)電壓較高，通常用一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，采用MAX232轉(zhuǎn)化接頭,ZFM-206就可以和上位機(jī)進(jìn)行通訊了。MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+3.3V單電源供電。由于MAX232是個(gè)比較成熟的轉(zhuǎn)換器件，在這里就不對(duì)MAX232進(jìn)行詳細(xì)介紹。

23、其接口轉(zhuǎn)換電路如7圖所示。圖 7 ZFM-206與上位機(jī)串口通訊電平轉(zhuǎn)換ZFM-206模塊觸摸感應(yīng)信號(hào)輸出，高電平有效。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員的手指未接觸到采集窗口上的觸摸屏?xí)r，觸摸信號(hào)為低電平；當(dāng)手指接觸到采集窗口的觸摸屏上，觸摸信號(hào)輸出變化為高電平。該信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)喚醒指紋識(shí)別模塊，指紋模塊開始工作。因?yàn)閆FM-206模塊平時(shí)只給觸摸感應(yīng)電路供電，因此功耗低，基于這一點(diǎn)，不用擔(dān)心其功耗問題，所以它只有工作于不工作兩種狀態(tài)，沒有休眠狀態(tài)。當(dāng)有觸摸信號(hào)輸入時(shí)，模塊開始工作，若不需要工作時(shí)，斷開模塊電源既可。3.3 單片機(jī)的選用與最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)由于本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中起點(diǎn)控制系統(tǒng)同時(shí)包含了指紋識(shí)別模塊

24、和無線傳輸模塊，并且這兩個(gè)模塊都牽涉到了串口通訊，而折返點(diǎn)則沒有指紋識(shí)別模塊，所以起點(diǎn)采用不同于折返點(diǎn)的控制芯片,分別控制起點(diǎn)和折返點(diǎn)設(shè)備。3.3.1 起點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)由于指紋識(shí)別模塊和上位機(jī)通訊都要用到串口通訊，選擇的芯片必須包含2個(gè)或兩個(gè)以上的串口。STM32F103C8T6芯片就可滿足本部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，并且STM32F103C8T6功能強(qiáng)大，外設(shè)配置豐富，性價(jià)比高。所以在本部分系統(tǒng)電路中采用STM32F103CT6作為主控芯片，它屬于增強(qiáng)型的，32位基于ARM核心Cortex-M3 CPU,工作電壓為2.03.6V，帶512字節(jié)閃存程序存儲(chǔ)器的微控制器，高達(dá)64K字節(jié)的SRAM，

25、最高72MHz工作頻率,3個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1s的轉(zhuǎn)換時(shí)間，2通道12位的D/A轉(zhuǎn)換器，12通道DMA控制器，有80個(gè)快速I/O端口，多達(dá)4個(gè)16位的定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲、輸出比較、PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入，2個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器，2個(gè)看門狗，有13個(gè)通信接口，2個(gè)IC接口，5個(gè)USART接口，3個(gè)SPI接口，CAN接口，USB 2.0全速接口， SDIO接口。這些豐富的外設(shè)配置，使得STM32F103C8T6大容量增強(qiáng)型系列微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合，如：電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制、醫(yī)療和手持設(shè)備、PC游戲外設(shè)和GPS平

26、臺(tái)，工業(yè)應(yīng)用有可編程控制器（PLC）、變頻器、打印機(jī)和掃描儀、警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等。有各種低功耗模式。使用方便，開發(fā)工具十分簡(jiǎn)單2。單片機(jī)若要正常工作，都需要一個(gè)最小系統(tǒng)輔助芯片來完成對(duì)外圍電路的控制，STM32單片機(jī)小系統(tǒng)包括：= 1 * GB3復(fù)位電路 = 2 * GB3振蕩電路 = 3 * GB3供電電路。STM32的最小系統(tǒng)如圖8所示。圖 8 STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3.2 折返點(diǎn)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)本論文中單片機(jī)采用的是由ATMEL公司所生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位的AT89S51單片機(jī)，是市場(chǎng)上最為常見的單片機(jī)之一。其含4kb的可系統(tǒng)編程的Flash只讀

27、程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)與引腳。其功能強(qiáng)大，高性能，低價(jià)位，易用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到廣大顧客的青睞。AT89S51具有以下特點(diǎn): (1)4k Bytes Flash片程序存儲(chǔ)器；(2)128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；(3)32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；(4)2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷；(5)6個(gè)中斷源；(6)2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；(7)2個(gè)全雙工串行通信口；(8)看門狗（WDT）電路；(9)片振蕩器和時(shí)鐘電路；(10)與MCS-51兼容；(11)全靜態(tài)工作：0Hz33MHz；(12)三級(jí)程序存儲(chǔ)器

28、鎖定；(13)可編程串行通道；(14)低功耗的閑置和掉電模式4。其引腳功能在本論文就不一一介紹了,若需要,請(qǐng)查看相關(guān)資料。在折返點(diǎn)控制系統(tǒng)中，采用AT89S51芯片作為控制核心，無線收發(fā)模塊和激光掃描電路的控制是由AT89S51芯片來完成的。所以我們需要做一個(gè)最小系統(tǒng)來配合完成各部分電路工作。對(duì)于51系列單片機(jī)來講，單片機(jī)正常工作必須有五個(gè)基本電路：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、程序存儲(chǔ)器選擇電路、外圍電路。所以說要做最小系統(tǒng)，應(yīng)包括單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路三個(gè)部分，然后配合外圍電路，就可以完成系統(tǒng)的運(yùn)行。圖 9 AT89S51最小系統(tǒng)如圖9，AT89S51的第40腳為單片機(jī)的電源輸入端，其

29、工作電壓為3.3V5V，我們接入+3.3V電壓，第20腳為GND接地腳。第9腳為芯片的復(fù)位信號(hào)輸入端，當(dāng)開機(jī)或者是開機(jī)中因干擾而使程序失控，使程序處于死循環(huán)狀態(tài)情況下需要復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路來實(shí)現(xiàn)，信號(hào)從RST端輸入，高電平有效，只要能保持15腳高電平兩個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就能正常復(fù)位。常見的復(fù)位方式有兩種，一種是上電復(fù)位(自動(dòng)復(fù)位),另一種是按鍵復(fù)位(手動(dòng)復(fù)位)，我們采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。AT89S51單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有時(shí)終信號(hào)才能正常工作。時(shí)鐘信號(hào)可由晶振電路來提供，AT89S51的18腳和19腳分別為單芯片的時(shí)鐘反向放大器輸出端與輸入端，在兩端接入晶振，配合兩個(gè)20PF瓷

30、片電容就可以得到單片機(jī)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。芯片的31腳（EA）為部與外部程序存儲(chǔ)器選擇輸入端。AT89S51部含4kb的程序存儲(chǔ)器，所以通常接高電平，CPU先訪問片ROM，執(zhí)行部程序存儲(chǔ)器中的指令，當(dāng)程序計(jì)數(shù)器超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器，執(zhí)行1000H后的指令。若EA接低電平時(shí)，無論片是否有程序存儲(chǔ)器，CPU只訪問片外程序存儲(chǔ)器,這里我們采用接高電平的方式。簡(jiǎn)單的外圍電路設(shè)計(jì)完成，既可配合外圍電路工作。3.4 激光掃描電路的設(shè)計(jì)激光掃描電路設(shè)備就是在跑道的兩端，分別放上激光發(fā)射裝置和激光接收裝置，通過檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員是否通過起點(diǎn)或者折返點(diǎn)，從而捕獲信息，送給單片機(jī)部進(jìn)行處理。所以激光掃

31、描電路是兩個(gè)分離的單獨(dú)部分。在檢測(cè)技術(shù)上，我們選擇激光作為掃描檢測(cè)是因?yàn)榧す饩邆淦胀ü饩€所不具備的特點(diǎn)，即單色性好、相干性好、方向性好以與高亮度。3.4.1 激光發(fā)射管與光敏接收管的選擇由于每種光敏發(fā)射器和接收器都有自己的發(fā)射波長(zhǎng)和接收波長(zhǎng)的圍值,激光也是一樣,所以在選擇材料上要稍加留心,避免兩種期間不匹配造成激光發(fā)射后不能接收的問題。常用的激光管波長(zhǎng)有很多種，在本系統(tǒng)中，我們選擇波長(zhǎng)為650nm的、小功率的、紅色點(diǎn)狀半導(dǎo)體銅頭激光管進(jìn)行發(fā)射激光。接收部分我們采用XL245PT光敏二極管，其接收波長(zhǎng)為361000nm，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。而且可見與不可見光均能檢測(cè)，所以使用起來比較方便。3.4.

32、2 激光掃描電路的設(shè)計(jì)與工作原理激光掃描電路模塊分為兩個(gè)部分，即激光發(fā)射電路和激光接收電路，分別分布在跑道兩旁,接收部分的光敏管若要對(duì)發(fā)射部分的發(fā)射管發(fā)射的激光進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，就必須嚴(yán)格控制兩部分裝置的位置,對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的校準(zhǔn)調(diào)試。單從電路方面來看，是比較簡(jiǎn)單的。為發(fā)射模塊和接收模塊提供3.3V電壓，發(fā)射模塊串入300歐的電阻對(duì)激光管分壓,激光發(fā)射管得到額定圍電壓,就會(huì)發(fā)出一束激光，打到跑道對(duì)面的光敏管上。光敏接收管是一個(gè)型號(hào)為XL245PT的光敏二極管，光敏二極管相當(dāng)于一個(gè)光敏電阻，它的阻值隨光照條件而變化。當(dāng)在沒有光照條件下，光敏二極管等同于一個(gè)無窮大電阻；當(dāng)有激光照射下，光敏二極管的電阻隨

33、之減小?；谶@一特性，我們將其與一個(gè)10Kb的電阻串聯(lián)，然后接入3.3V電源，取光敏二極管非接地端電位送入單片機(jī)I/O口進(jìn)行掃描電路的控制與檢測(cè)。激光掃描電路的發(fā)射與接收電路圖如圖10所示。在正常激光發(fā)射與接收情況下，激光不受阻擋，光敏二級(jí)管正常接收到激光發(fā)射器發(fā)送來的激光，其阻值隨光照而急劇減小，所以光敏二極管分壓非常小，光敏二級(jí)管的非接地端電位也非常低，不足以觸發(fā)單片機(jī)工作。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員通過起跑線時(shí)，阻隔到激光束，此時(shí)的光敏二極管阻值很大，因此分壓也很高，此時(shí)光敏二極管的非接地端就發(fā)送一個(gè)高電平給單片機(jī)，使其工作。圖 10 激光掃描電路的發(fā)射與接收3.5 計(jì)時(shí)顯示模塊的電路設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示模塊的任

34、務(wù)就是要對(duì)運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)時(shí)，考慮到實(shí)用圍，我們采用4位一體的連體數(shù)碼管作為顯示模塊，其顯示圍為00.0099.99S。因?yàn)閿?shù)碼管是無法單獨(dú)工作的，必須配備一定的驅(qū)動(dòng)芯片配合使用。市場(chǎng)上數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片有很多，本系統(tǒng)中考慮到性價(jià)比，采用74LS245。3.5.1 74LS245芯片介紹74LS245是一個(gè)8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸，常用來驅(qū)動(dòng)LED顯示以與其他設(shè)備。74LS245既可以輸出數(shù)據(jù)，也可以輸入數(shù)據(jù)，這就是它的另外一個(gè)功能即雙向三態(tài)功能！其引腳圖如圖11所示。圖 11 74LS245引腳圖引腳介紹：A總線端 B總線端 /G三態(tài)允許端 DIR方向控制端當(dāng)單片機(jī)的I/

35、O口總線負(fù)載達(dá)到或超過I/O口的最大負(fù)載能力時(shí)必須接入74LS245總線驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)三態(tài)允許端/G低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由B向A傳輸，即為信號(hào)接收； DIR=“1”，信號(hào)由A向B傳輸，即為信號(hào)發(fā)送。當(dāng)三態(tài)允許端/G高電平有效時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。3.5.2 四位數(shù)碼管顯示模塊現(xiàn)在的市場(chǎng)上顯示器件有很多,在諸多顯示電路當(dāng)中,四位一體的連體數(shù)碼管顯示電路較為簡(jiǎn)單,成本也較低,有比較廣泛的應(yīng)用,所以本論文中的顯示模塊采用四位一體的LED顯示。四位數(shù)碼顯示由四個(gè)單獨(dú)由發(fā)光二極管封裝在一起組成的“8“字形的電子器件，分別有a、b、c、d、e、f以與dp點(diǎn)八段組成。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共

36、陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極是將所對(duì)應(yīng)的所有發(fā)光二級(jí)管的陽極連在一起，陽極為高電平時(shí)工作；共陰極與共陽極相反。LED的驅(qū)動(dòng)方式有兩種,一種是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（直流驅(qū)動(dòng)）,另一種是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng),在本文中將采用后一種驅(qū)動(dòng)方式,我們將在下文中對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行詳細(xì)的介紹。在此之前我們先要了解四位數(shù)碼管部連接結(jié)構(gòu),它是將單個(gè)數(shù)碼管的同名端連在一起，將公共極D1、D2、D3、D4作為四個(gè)選位端。四位數(shù)碼管部連線如圖12所示。圖 12 四位一體數(shù)碼管部接線圖3.5.3 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式在上文中我們提到了數(shù)碼管有兩種驅(qū)動(dòng)方式，分別是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。（1）靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段

37、碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，但是其占用I/O端口太多，占用資源太多，實(shí)際應(yīng)用中很少用到。（2）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示是單片機(jī)中最為常用的一種驅(qū)動(dòng)方式之一。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a、b、c、d、e、f、g、dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各

38、個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象與發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。所以在本系統(tǒng)中將數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式將采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的方式，其設(shè)計(jì)圖如圖13所示。圖 13 計(jì)時(shí)顯示電路3.6 無線傳輸模塊的電路設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，通常用導(dǎo)線來傳遞信號(hào)，在往返跑系統(tǒng)中，起點(diǎn)和折返點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，若用導(dǎo)線進(jìn)行信號(hào)傳遞不僅浪費(fèi)較多資源，并且導(dǎo)線傳

39、輸有如下弊端：（1）產(chǎn)生電磁干擾，（2）較長(zhǎng)導(dǎo)線會(huì)存在較大的信號(hào)衰減，（3）混亂不堪的線路。隨著無線技術(shù)的迅速發(fā)展，無線技術(shù)代替了傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸，而且相對(duì)于導(dǎo)線傳輸，不僅可以避免導(dǎo)線傳輸?shù)乃斜锥耍€具備自身的優(yōu)點(diǎn)，比如說更快更便捷、抗干擾能力強(qiáng)等等。nRF905射頻收發(fā)器就是這樣一款具備更快更便捷、抗干擾能力強(qiáng)的無線傳輸模塊，對(duì)于本系統(tǒng)是再好不過的選擇了。3.6.1 nRF905模塊簡(jiǎn)介nRF905芯片是由挪威Nordic公司推出的單片射頻收發(fā)器。芯片的工作電壓為1.93.6V，32引腳QFN封裝，置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制，工作在433/868/915MHz三個(gè)ISM頻段，頻

40、段之間收發(fā)模式切換時(shí)間小于650us。nRF905部由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等模塊組成，不外加聲表面濾波器也可以有良好的通訊效果。nRF905三個(gè)工作頻段中，433MHz是開放免費(fèi)使用的，其最高工作速率達(dá)到50kbps，通訊距離可達(dá)300m左右，能夠滿足大多運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的需求。1.93.6V的工作電壓，待機(jī)情況下，工作電流低至2.5uA，在以-10dB的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有11MA，如此低功耗用戶再也不用為節(jié)能問題而煩惱了。收發(fā)模式之間的切換時(shí)間僅為650us，因此不會(huì)因?yàn)檠訒r(shí)造成運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的考核產(chǎn)生較大誤差。比賽場(chǎng)所一般都比較復(fù)雜，干擾大，而nRF905采用高

41、效的GFSK調(diào)制，大大提高了抗干擾能力。nRF905模塊是使用nRF905芯片開發(fā)而成。nRF905模塊的引腳接口如圖14所示，它的引腳功能如表2所以。圖 14 nRF905用戶接口電路管腳表 2 nRF905模塊用戶接口電路管腳功能說明管腳名稱管腳功能說明1VCC電源電源+3.33.6V DC2TX_EN數(shù)字輸入工作模式選擇3TRX_CE數(shù)字輸出使能芯片發(fā)射或接收4PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電5uCLK時(shí)鐘輸出（未使用）6CD數(shù)字輸出載波檢測(cè)7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR數(shù)字輸出接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成9MISOSPI接口SPI輸出10MOSISPI接口SPI輸入11SCKSPI接口SPI時(shí)鐘12C

42、SNSPI接口SPI使能13、14GND地接地nRF905模塊有兩種工作模式和兩種節(jié)電模式。工作模式包括ShockBurst接收模式和ShockBurst發(fā)射模式；節(jié)電模式包括關(guān)機(jī)模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個(gè)引腳決定。nRF905模塊的模式控制如表3所示。表 3 nRF905模塊模式控制PWR_UPTRX_CETX_EN選擇模式0XX掉電與SPI編程模式10X待機(jī)與SPI編程模式110ShockBurst接收模式111ShockBurst發(fā)射模式nRF905模塊在ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC檢驗(yàn)碼，使用SPI接

43、口與微控制器通信，配置非常方便。下面給出了nRF905模塊的SPI串口接口的指令設(shè)置：#define WC 0 x00 /寫配置寄存器指令#define RC 0 x10 /讀配置寄存器指令#define WTP0 x20 /向TX_Payload寄存器寫入發(fā)送有效數(shù)據(jù)指令#define RTP 0 x21 /從TX_Payload寄存器讀取發(fā)送有效數(shù)據(jù)指令#define WTA0 x21 /向TX_Address寄存器寫入發(fā)送地址指令#define RTA 0 x23 /從TX_Address寄存器讀取發(fā)送地址指令#define RRP 0 x24 /從RX_Payload寄存器讀取接收到的

44、有效數(shù)據(jù)指令當(dāng)CSN為低電平時(shí)，SPI接口開始等待下一條指令，任何一條指令均由CSN電平由高到低的轉(zhuǎn)換開始。硬件上面沒有SPI接口的單片機(jī)也可以控制nRF905模塊，可以使用普通單片機(jī)的I/O端口模擬SPI接口。3.6.2 無線傳輸模塊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)無線傳輸模塊的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分為起點(diǎn)和折返點(diǎn)兩部分，起點(diǎn)是以STM32F103C8T6單片機(jī)為控制核心，折返點(diǎn)是以AT89S51單片機(jī)為核心控制，通過I/O口對(duì)nRF905模塊的狀態(tài)口、模式接口和SPI接口進(jìn)行控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖15所示7。模式控制2、13、14SPI接口5、6、9、10狀態(tài)輸出4、11、12P2.0-P2.2Nrf905高

45、頻頭單片機(jī)P2.3-P2.6P3.2-P3.3圖 15 無線系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)無線收發(fā)系統(tǒng)，無論是起點(diǎn)設(shè)備還是折返點(diǎn)設(shè)備，都是以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制器，其原理基本一樣，與nRF905模塊配合使用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能。往返跑的無線傳輸系統(tǒng)是有一對(duì)的nRF905模塊組成的，它們相互傳遞的信息。發(fā)送端的微控制器通過將TRX_CE和TX_EN管腳同時(shí)置為高電平，控制發(fā)送端的nRF905模塊向外發(fā)送數(shù)據(jù)。接收端的微控制器將TRX_CE管腳置為高電平，而對(duì)TX_EN管腳置于低電平，接收端就由nRF905模塊接收數(shù)據(jù)。無線收發(fā)系統(tǒng)采用半雙工的通訊模式，可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)收發(fā)。3.6.3 無線傳輸

46、模塊系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)A）無線發(fā)送系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)發(fā)送端的單片機(jī)將接收的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫完后，就要控制nRF905模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，nRF905模塊在發(fā)送模式時(shí)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生字頭和CRC檢驗(yàn)碼。當(dāng)發(fā)送過程結(jié)束后，nRF905模塊的數(shù)據(jù)傳輸完成管腳會(huì)通知單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。典型的nRF905模塊數(shù)據(jù)發(fā)送流程：（1）當(dāng)微控制器要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將接收機(jī)的地址和發(fā)送數(shù)據(jù)通過SPI接口按時(shí)序傳輸給NRF905模塊；（2）微控制器為NRF905的TRX_CE和TX_EN管腳同時(shí)提供高電平，nRF905工作模式啟動(dòng)；（3）發(fā)送端的nRF905模塊發(fā)送過程處理：射頻寄存器開啟數(shù)據(jù)打包（加字頭和CRC校驗(yàn)碼）數(shù)據(jù)包發(fā)送

47、發(fā)送結(jié)束，置DR腳為高電平。（4）如果AUTO_RETRAN被置為高電平，nRF905模塊默認(rèn)為連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到TRX_CE被置為低電平。（5）當(dāng)TRX_CE被置低，NRF905發(fā)送過程完成，并自動(dòng)進(jìn)入空閑狀態(tài)。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會(huì)被處理完。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，NRF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。AT89S51控制nRF905數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖如圖16（左）所示。B)無線接收系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)接收端的單片機(jī)控制nRF905模塊進(jìn)入接收模式后，當(dāng)nRF905模塊檢測(cè)到有同一頻段的載波信號(hào)且受到相

48、匹配的地址時(shí)，就開始數(shù)據(jù)包接收。當(dāng)數(shù)據(jù)包正確接收完畢后，接收端的單片機(jī)在nRF905模塊處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)通過SPI接口提取數(shù)據(jù)包中的有效接收數(shù)據(jù)。典型的nRF905模塊數(shù)據(jù)接收流程：（1）微控制器控為TRX_CE提供高電平，而降TX_EN設(shè)置為低電平，nRF905模塊進(jìn)入接收模式；（2）650us后，nRF905模塊檢測(cè)傳過來的信息，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù);（3）當(dāng)nRF905模塊檢測(cè)到與接收頻率胸痛的載波時(shí)，自動(dòng)將載波檢測(cè)管腳（CD腳）置高；（4）當(dāng)nRF905模塊接收到有效的地址時(shí)，自動(dòng)將地址匹配管腳（AM腳）置高；（5）當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢后，nRF905模塊自動(dòng)去掉數(shù)據(jù)包的字頭、地址和CRC

49、校驗(yàn)碼，然后將數(shù)據(jù)接收完成腳置為高電平；（6）微控制器將TRX_CE設(shè)置為低電平；（7）微控制器通過SPI接口以一定的速率提取數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)。（8）當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)接收完畢，微控制器控制nRF905模塊數(shù)據(jù)接收完成管腳（DR腳）和地址匹配管腳（AM腳）為低電平，nRF905進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)正在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號(hào)之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個(gè)工作模式。AT89S51控制nRF905數(shù)據(jù)接收流程圖如圖16

50、（右）所示9。待機(jī)模式SPI寄存器配置啟動(dòng)發(fā)送模式待機(jī)模式置DR,AM高電平接收數(shù)據(jù)包地址匹配信號(hào)置高啟動(dòng)接收有同頻載波提取有效數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)發(fā)送？TRX_CE=1？數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束？TRX_CE=0？AUTO_RETRAN=1NNNNNYYYYYTRX_CE=1?TX_EN=1?地址匹配？CRC正確？低NNNYYUYU圖 16 單片機(jī)控制nRF905的信號(hào)發(fā)送和接收流程圖4 輔助電路的設(shè)計(jì)考慮到電路的調(diào)試，可以在電路中接入一個(gè)蜂鳴器，用來報(bào)警系統(tǒng)中出現(xiàn)異常的情況。例如兩個(gè)模塊沒有對(duì)準(zhǔn)，則蜂鳴器響，或者跑道有阻隔物，導(dǎo)致系統(tǒng)誤啟動(dòng)，這時(shí)蜂鳴器長(zhǎng)響，說明系統(tǒng)出現(xiàn)異常，則可以進(jìn)行報(bào)修。同時(shí)，可以提示運(yùn)動(dòng)員

51、是否通過起點(diǎn)和折返點(diǎn)，由于運(yùn)動(dòng)員通過掃描點(diǎn)的速度比較快，蜂鳴器只是短暫的出現(xiàn)“滴”聲，可以起到提示效果。由于，每個(gè)運(yùn)動(dòng)員測(cè)試完畢后，下一個(gè)運(yùn)動(dòng)員再進(jìn)行測(cè)試，必須進(jìn)行清零，設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵清零電路，當(dāng)下一個(gè)運(yùn)動(dòng)員要進(jìn)行成績(jī)測(cè)試時(shí)，由教練或者裁判進(jìn)行手動(dòng)清零。在記圈方面，我們通過簡(jiǎn)單的發(fā)光二極管指示燈來顯示當(dāng)前運(yùn)動(dòng)員所跑圈數(shù)即可。一般用5個(gè)發(fā)光管就能滿足日常測(cè)試要求，分別與300歐左右的電阻串聯(lián)，接在I/O口和VCC之間。這些輔助電路就不一一列舉出來，詳見電路總圖。5 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試5.1 起點(diǎn)設(shè)備調(diào)試（1）首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通電開機(jī)，對(duì)起點(diǎn)激光發(fā)射器和接收器校準(zhǔn)調(diào)試，使起點(diǎn)的激光發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn)的系統(tǒng)接收

52、器，若對(duì)準(zhǔn)蜂鳴器不響則不響，若沒有對(duì)準(zhǔn)，則蜂鳴器報(bào)警提示設(shè)備安裝有誤或者跑道有阻擋物；（2）開始測(cè)試前，事前校準(zhǔn)好的激光裝置正常，蜂鳴器不響；（3）每次測(cè)試前必須由教練或裁判進(jìn)行手動(dòng)清零，清零時(shí)，不可有阻擋物阻隔激光信號(hào)。清零完畢由教練或判示意運(yùn)動(dòng)員上起跑線。（4）清零后，運(yùn)動(dòng)員上起跑線踩踏起跑線，蜂鳴器響，進(jìn)入預(yù)備狀態(tài)，若運(yùn)動(dòng)員離開起跑線，計(jì)時(shí)開始，即時(shí)顯示電路開始工作。（5）每次測(cè)試必須踩著折返線后再返回來踩著起跑線，才算有效計(jì)圈，此時(shí)圈數(shù)加1，對(duì)應(yīng)的圈數(shù)指示燈亮。當(dāng)最后1圈跑回來踩踏到起跑線時(shí)，秒表計(jì)時(shí)結(jié)束，最后顯示的成績(jī)即為運(yùn)動(dòng)員的最終測(cè)設(shè)成績(jī)。5.2 折返點(diǎn)設(shè)備調(diào)試（1）和起點(diǎn)一樣，

53、首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通電開機(jī)，對(duì)起點(diǎn)激光發(fā)射器和接收器校準(zhǔn)調(diào)試，使起點(diǎn)的激光發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn)的系統(tǒng)接收器，若對(duì)準(zhǔn)蜂鳴器不響則不響，若沒有對(duì)準(zhǔn)，則蜂鳴器報(bào)警提示設(shè)備安裝有誤或者跑道有阻擋物；（2）開始測(cè)試前，事前校準(zhǔn)好的激光裝置正常，蜂鳴器不響；（3）每次踩線都有聲光提示，若中途激光裝置出現(xiàn)異常，沒有對(duì)準(zhǔn)的情況下，蜂鳴器一直響提示設(shè)備出現(xiàn)異常。（4）每次踩踏折返線必須和起跑線配合，即有效的通過起跑線再踏折返線才能有效記圈。6 結(jié)束語經(jīng)過兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)與調(diào)試，以單片機(jī)為控制核心的基于指紋識(shí)別的往返跑控制系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試成功了，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求并很好的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。在本次設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了許多知識(shí)，培養(yǎng)了查閱

54、文獻(xiàn)、收集資料、理論分析、分析問題和解決問題的能力。提高自身實(shí)踐技能，達(dá)到理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的統(tǒng)一，受益匪淺。設(shè)計(jì)知識(shí)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中必不可少，感覺到自己所學(xué)知識(shí)的優(yōu)勢(shì)與不足，覺得平時(shí)的知識(shí)積累的還不夠，仍然有好多東西需要去學(xué)習(xí)！今后要不斷地提高自身的綜合素質(zhì)；同時(shí)認(rèn)識(shí)到實(shí)踐也是一個(gè)不可缺少環(huán)節(jié)，只有不斷地通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題，才能創(chuàng)作出更好的設(shè)計(jì)作品。設(shè)計(jì)過程中使我對(duì)課題在理論上有了一個(gè)深層次的研究，開闊了自己的設(shè)計(jì)思路，也是對(duì)我在實(shí)踐環(huán)節(jié)中遇到問題的補(bǔ)充。本課題的研究雖然取得了一定的收獲，但在很多方面還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。致這次設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的精心選題和耐

55、心指導(dǎo)下完成的。在課題選定、理論分析和方案確定上，導(dǎo)師給予我寶貴的建議，提供了大量的參考文獻(xiàn)，以他多年從事教育工作，老道的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，使在畢業(yè)設(shè)計(jì)上少走很多彎路。他和藹風(fēng)趣，平易近人，溝通起來使人更加愉悅。在疑點(diǎn)、難點(diǎn)上，導(dǎo)師都會(huì)給我做認(rèn)真的分析和耐心的講解，幫我解決了在設(shè)計(jì)中遇見的各種問題。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，還有其他老師的熱心關(guān)注與同學(xué)的鼎力幫助，有了他們，我才能克服各種困難，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文。在這里一并向他們表示感！最后，再次向各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師致以衷心的感！參考文獻(xiàn)1田捷.指紋識(shí)別技術(shù)的新進(jìn)展J.自然科學(xué)發(fā)展，2006,16（4）,P762王永紅.STM32系列ARMCortex-M

56、3微控制器原理與實(shí)踐.航空航天大學(xué),20083寧.基于MDK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用M.,航空航天大學(xué)，20084 HYPERLINK :/search.dangdang /book/search_pub.php?category=01&key2=%C1%F5%BD%A8%C7%E5&order=sort_xtime_desc t _blank 建清.輕松玩轉(zhuǎn)51單片機(jī)(附光盤1) M. HYPERLINK :/search.dangdang /book/search_pub.php?category=01&key3=%B1%B1%BE%A9%BA%BD%BF%D5%BA%BD%CC%EC%

57、B4%F3%D1%A7%B3%F6%B0%E6%C9%E7&order=sort_xtime_desc t _blank 航空航天大學(xué)，20115黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. :航空航天大學(xué)，20116朝清.單片機(jī)原理與接口技術(shù)(簡(jiǎn)明修訂版).:航空航天大學(xué),19997朝清.單片機(jī)原理與接口技術(shù)(第3版).:航空航天大學(xué),20058郭梯云,數(shù)據(jù)傳輸.:人民郵電,19869蔡濤,無線通信原理與應(yīng)用(第二版).:電子工業(yè),200210肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī).:航空航天大學(xué),2002.811何立民.單片機(jī)高級(jí)教程.第1版.:航空航天大學(xué)，200112Meehan Joanne,Muir

58、 Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriersJ.TQM Journal. 200813默晗,北,王天亮. 無線信號(hào)傳輸裝置與傳輸方法Z. CN101694740A.201014曾省吾,吳春發(fā). 一種無線信號(hào)傳輸與接收系統(tǒng)Z. CN1662062.200515志旺.STM32嵌入式微控制器原理,應(yīng)用技術(shù).:電子工業(yè),2012附錄 1 電路總圖圖 17 起點(diǎn)系統(tǒng)控制電路圖 18 折返點(diǎn)系統(tǒng)控制電路附錄 2 部分子程序ZFM-206指紋模塊的ARM程序:#include usart.h#if 1#pragma import(_use_no

59、_semihosting) struct _FILE int handle; ; FILE _stdout; _sys_exit(int x) x = x; int fputc(int ch, FILE *f) while(USART1-SR&0X40)=0); USART1-DR = (u8) ch; return ch;#endif u8 USART_RX_BUF64; u8 USART_RX_STA=0; void uart_init(u32 bound) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitSt

60、ructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GP