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自动跳远测试机的设计思路,及基本原理,红外对管的原理
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电子世界2005 年 3 期
27
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单片机与可编程器件
在我国原有体质测试项目中,大多
采用原始的人工操作方式进行立定跳远
的测量。由人工负责测试的实施以及测
试数据的记录和处理,在各环节中容易
受人为因素影响,造成效率低下,测试结
果不够准确,数据处理自动化程度不够
等等各种缺点。在国务院颁发的《全民健
身计划》和国家教育部颁发的《学生体质
健康测试标准》中,都已经明确提出,体
育测试器材的发展趋势是电子化、智能
化。据此,我们基于单片机和红外线技术
研制了SLJM (Standing Long Jump Measure)
本文介绍的立定跳远自动测量仪,可以
实现单独测量,亦提供了很好的外部接
口,方便集成到相应测试系统中,提供了
比较完善的数据采集处理功能。在实际
应用中表现出了较好的效果。
SLJM 基本工作原理
SLJM 测试仪实际上是一个测距仪
器,基本功能是测量距离,所以重要的是
采用一种经济合理的距离传感器来反映
位置信息。在综合比较各种方案后,我们
决定采用红外线技术来作为距离传感器。
测距平面图如图 1 所示。其中,1点为红
外线发射管,1’点为红外线接收头,1—
1’为一路红外线光路,当其间有物体遮
挡住红外光路时,1’点红外接收头送出
高电平 1,其间无遮挡物时,1’点红外
接收头感受红外信号,送出低电平0。在
整个立定跳远测试平面上,间隔1cm布置
一路红外光路。这样在 1 米的长度范围
内,每一红外接收头的信号就反映出该
位置是否有遮挡物,即反映出位置信息,
通过相应电路采集,读取这些信号并且
进行处理,就可以得到相应的距离信息。
在距离 1 — 1’光路 1米处同样布置一路
红外光路 S — S’, 同时 S — S’也是起跳
线,S — S’光路可以检测出起跳时是否
踩线,如果踩线,挡住红外光路,S’红
外接收头送出高电平1,若没有踩线,红
外光路通畅无遮挡,S’送出低电平0。例
如一次测量中检测到 50—50’光路是最
后被遮挡的光路,而1— 1’光路直到49
—49’光路都没有被遮挡时,50—50’一
定就是脚后跟的位置,于是实际距离为
1m+50cm=150cm。当S— S’与1 —1’间
距离为 1m 时,可以测量距离范围是1~
2m。实际情况中我们一般2m处增设一路
光路,这样也可以测量2m~3m 范围。这
里只是简单介绍一下思路,具体设计中
可以按照客户要求的实际情况进行设计。
当然,在着地点存在各种可能情况,需要
通过软件来进行准确的判断。具体实现
中,考虑有以下难点:
1.红外光发射角度成扇性
如图2可见,一路发射时可能会导致
邻近的几路红外光接收到错误的信号。
我们的解决方法是采用扫描的方法进行
控制。通过单片机及相应控制电路,一路
一路地依次发射红外光,在每一路发射
期间,只采集相应此路的接收信号,例如
3路发射管发射红外光时,我们只是采集
并存储3’红外接收头的信号,相邻的2’
路,4’路和 5’路等信号视为无效信号
被放弃,保证在内存中只有有效信号得
到记录,从而在根本上防止了信号的错
误采集。
2.红外线的驱动与抗干扰
红外线是波长在 760~160nm 之间,
在太阳光中含有此种波长的红外光,而
一般红外发射二极管的功率比较微弱,
所以直接传输时容易受到干扰,而且传
输距离有限。现在常用的红外传输方案
中采用调制方法解决这个问题,一些成
熟应用,如彩电遥控中,常把发射频率调
制到38kHz,然后传输数字信号,相应的
有一些比较成熟的传输协议。红外接收
头则是一个接收放大解调器,它接收到
这些微弱的调制信号,经过放大滤波解
调得到信号。经常可以把这些所有的处
理电路做得很小,形成单独的一个光电
器件,市场上有很多成熟的产品可供选
用。在我们的应用中,仅仅需要鉴别出每
一条光路的遮挡与通畅两种状态,而不
需要复杂的通讯,所以需要解决的问题
就是设计一个电路可以发射出 38kHz 的
可调占空比的方波,对红外发射二极管
进行驱动。正如前所述,太阳光中红外线
会产生干扰,所以在实际安装红外光接收
头时,应当形成狭长光路。并且采用红色
有机玻璃来滤出不必要的红外干扰光线,
实践证明,这两者是比较有效的手段。
硬件设计
一般来说,仪器设计的目的是为了
提高效率,每次测试的时候,由于测试者
众多,数据量十分大,手工记录的方式肯
定不可取,所以需要在仪器内设置一个
存储器,把测量结果准确地记录下来,然
后传送到后续的上位计算机中,由计算
机来进行数据处理,这样才可以达到真
正实现智能化的目的。其中,上位计算机
可以由一些基于数据库技术的处理系统
来实现。SLJM立定跳远测量仪原理框图
如图3所示。由图可见,系统为比较经典
立定跳远测试仪的设计及实现
·大连理工大学系统工程研究所 任昌荣 王 亮·
摘要: 本文基于红外线技术和嵌入式系统开发原理,提出实现立定跳远自动测量的解决方案,并具体设计了立定跳远测试仪
(SLJM), 其在实际应用中取得了良好的效果。
图 1
图 2
图 3
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