研究径赛起点信号处理系统的开发

摘　要：在径赛体育比赛中，为了提高运动员成绩的精确性和公平性，而传统的手工计很难实现这一需求，而以数字信号为基础的径赛起点信号处理系统的开发和应用，有效的解决了以上径赛体育比赛中所存在的问题。本文首先从径赛起点信号处理系统的主控系统的实现谈起，然后分别对发令子系统、起跑子系统以及无线通信子系统三个重要子系统的实现进行说明。

关键词：径赛起点 信号处理系统 开发

　　
1. 主控系统
1.1 主控系统的组成
　　径赛起点信号处理系统的主控系统由MCU、按键和液屏晶显示组成。其中的主控面板是由液晶显示屏和防水薄膜按键所组成的。液屏晶显示的用于对当前系统的状态进行显示，防水薄膜按键用于实现对系统的管理。以下就分别对主控系统的主要组成原件MCU和液晶显示屏以及二者之间的联系进行说明。
　　（1）MCU
　　MCU中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
　　（2）液晶显示屏
　　液晶显示屏（LCD）用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显示器类型， LCD显示使用了两片极化材料，在它们之间是液体水晶溶液。电流通过该液体时会使水晶重新排列，以使光线无法透过它们。
　　（3）主控系统中MCU与液晶显示屏之间的联系
　　主控系统中的MCU从枪声传感器处接受到发令信号后，会自动将其所接受到的信号发送给赛场上每个跑道起跑器尾部的扬声器上，然后根据跑道起跑器尾部扬声器传出的信号对运动员的抢跑现象实现自动判别，如果系统检测到有抢跑现象，系统会自动将抢跑信息传输到液晶显示屏的信号接受管脚上，并将其在液晶显示屏上显示出来。相反，如果系统没有检测到抢跑现象，则主控系统会自动将当前的比赛时间通过无线的方式传送给终点，同时将其在液晶显示屏上进行显示。
1.2 主控系统的设计
　　径赛起点信号处理系统的主控系统的设计注意要点主要体有如下几点：
　　第一、MCU用于对所有径赛跑道的起跑信号进行查询，考虑到输出枪声和报警信号到径赛跑道的扬声器以及液晶显示屏的距离较远，在信号传送的过程中，起跑信号的变化比较大，因此，为了满足MCU电压范围的需求，需要采用放大电路对起跑信号进行放大。
　　第二、由于MCU采用的是SV电压，而扬声器和液晶显示屏的驱动需要增加相关元器件进行信号的隔离放大。另外，起点设备作为整个系统中应用最多，同时和裁判员和运动员关系最为密切的电子设备，在开展实际的径赛比赛中，一定要根据赛事起点的实际情况来调整起点设备的摆放位置。
　　第三、由于连接起点与终点的信号线要根据赛事的实际要求需要不断的进行位置的变换和调整，所以在设计时要一定要保持各段连接起点和终点信号线的有序一致，从而方便赛会工作人员的快速掌握。
　　第四、为了能够适应不同的比赛，要求比赛所采用的设备要安装有可移动滑轮，能够根据需要使其在场地中进行灵活的移动，同时信号传感器的固定方式也要灵活。
　　
2. 发令子系统
2.1 发令子系统的组成
　　径赛起点信号处理系统的发令子系统主要由发令枪和电子发令传感器、扩音器及信号电缆、起跑器、电源电缆等几部分构成。以下分别对发令枪和电子发令传感器这两个主要的组成原件及其作用进行说明。
　　（1）发令枪
　　在体育竞技运动中，发令枪只产生一个发令信号，在发令枪产生发令信号的同时，会使MCU产生中断，并通过语音芯片对枪声进行模拟，然后通过独立的扬声器让每名参赛选手都能听到发令信号。
　　（2）电子发令传感器
　　电子发令传感器主要用于接收发令声音信号，并将此信号放大，传送给相应的单片机。另外为了能很好的抗干扰，要求电子发令传感器在接受信号时要有高度的灵敏性和很强的抗干扰性，进而提高其可靠性。另外为了适应不同赛事的需要，还要求传感器的灵敏度是可调节的，这样就可以根据比赛的实际情况来对传感器的灵敏度进行有效的调整。
2.2 发令子系统的设计
　　径赛起点信号处理系统的发令子系统的设计要点主要体现在如下几点：
　　第一、由于径赛的起跑对运动员具有比较高的要求，而径赛起点信号处理系统的发令子系统主要是在电子发令传感器检测到发令枪声信号后，通过启动抢跑检测以及计时无线传输等系统来对参赛运动员的起跑犯规以及抢跑问题进行检测。
　　第二、主控系统接收到发令子系统的启动信号后，将会自动检测来自各参赛运动员的起跑情况，并做好各起跑器动作时间的记录工作，如有抢跑现象，会向发令员提出警示信号。
　　第三、为了更好的适应不同赛事的需求，裁判员可以在赛前根据需要，通过键盘对相关的设备参数进行调整。其中，径赛起点信号处理系统的起点设备的连接如图l所示。
　　图1 起点设备的连接图
　　
3. 起跑子系统
3.1 起跑子系统的组成
（1）起跑器传感组件
     径赛起点信号处理系统的起跑子系统的起跑器采用国际标准的起跑器。起跑器传感组件的原理是在每个起跑器的脚踏板上装一个应变片，在运动员起跑时，会使应变片在运动员脚底蹬力的作用下发生形变，然后实现信号的放大后，把信号通过电缆传送到主控系统。
     （2）扩音设备
     扩音设备中的一个功放机要和每个赛道的扬声器进行连接。另外在每只起跑器的尾部都有一只阻抗为SQ、功率为SW的扬声器，然后通过电缆将其与功放器相连。
（3）灯光设备
     在每只起跑器的尾部都有一只阻抗为8欧姆，功率为SW的荧光灯，通过相关器件与主控系统实现连接，进而实现报警灯光的输出。
3．2 起跑子系统的设计
　　径赛起点信号处理系统的起跑子系统的设计要点主要体现在如下几点：
     第一、径赛起点信号处理系统的起跑子系统是根据选手起跑时产生的压力进行是否有抢跑现象的探测的。
     第二、每个起跑板处都配置有经校准的测力仪设备，如果运动员有抢跑现象，测力仪设备中的电桥就会失去平衡，这样就会增加差动放大电路，可以将信号放大到5V，从而使MCU对应口线的电位置1，通过这一机理来进行抢跑的判别。

4. 无线通信子系统
4.1 无线通信子系统的组成
     考虑到径赛布线的范围比较广，距离比较长，为了能够有效避免外界因素干扰对信号传输造成的影响，径赛起点信号处理系统的无线通信子系统一般多是由起点位置处的MCU串口和终 点位置处的PC机串口两个模块所组成。
4.2 无线通信子系统的设计
　　径赛起点信号处理系统的无线通信子系统的设计要点主要体现在如下几点：
     第一、在进行径赛起点信号处理系统的无线通信子系统的设计中，要考虑到系统的整体性，要求设计时，设计规范要标准，系统的代码要统一规范，同时对系统的数据采集也要一致，从而可以实现数据的全局共享。
     第二、为了保证无线通信子系统的稳定性，要求在进行系统设计时，应充分考虑到环境的适应性，这就要求设计出的系统应具有结构的可变性和较好的开放性。
     第三、可靠性是指系统抵抗外界干扰以及受外界干扰时的恢复能力，由于无线通信子系统比较容易受外界的干扰，因此要求在进行无线通信子系统的设计时，要求系统具有较高的可靠性和检错及纠错能力等。

5. 结束语
     在进行径赛起点信号处理系统的设计和开发时应尽量采用模块化结构设计思想，通过提高各模块之间的相互独立性，有效控制模块之间的数据依赖，提高系统的稳定性。同时在满足系统各项需求的前提下，还需要尽量减小系统的开销，系统设计中尽可能避免系统各模块的复杂化，各模块应尽量简洁。
    

　　参考文献：
[1]李菲. 径赛起点信号处理系统的开发[J].河北农业大学学报，2010(16).
[2]刘春荣. 径赛起点信号处理系统的设计研究[J].微计算机信息，2008(13).
[3]张晓春. 信号处理系统在田径比赛中的应用分析[J].软件导刊，2010(5).