1硬件系统设计
基于无线通信技术的篮球运球分阶段计时硬件系统由主机和从机构成，主机和从机的核心控制器件采用16位低功耗单片机MSP430，无线通信单元采用NRF905成品模块，传感器选用欧姆龙E3JK-5M型对射式红外传感器。
1.1红外对射式传感器的信号接收电路设计
红外对射式传感器的信号接收电路如图2所示，传感器选用欧姆龙E3JK-5M型对射式红外传感器做为“撞线”信号采集元件，它是对射式直线光束红外传感器，检测范围接近一条直线，同时，具有供电电压低、反应时间短、有效距离远、抗干扰性强等特点，特别适合用作对运动员“撞线”信号采集[2]。E3JK-5M传感器共引出5根导线，为保证系统稳定性，本系统采用5芯带卡航空插头作为传感器与主电路板的连接器件。由于传感器导线达到2m长，所以在传感器的供电脚上会产生一定纹波，使传感器产生误触现象，为避免此现象发生，在传感器的供电端及常开端加10uf电解电容进行滤波[3]。
1.2无线通信电路模块
本设备的射频收发器，采用挪威NordicVLSI公司推出的nRF905，3.3V供电，工作于433MHz频道。nRF905模块被设置成低功耗的ShockBurst工作模式，实现自动处理字头和CRC（循环冗余码校验），并使用SPI接口与微控制器通信；减小了编写程序的时间的同时，节约了存储器和微控制器资源[4]。nRF905模块电路的天线部分使用的是50单端天线[5]。在nRF905的电路板设计中，也可以使用环形天线，把天线布在PCB板上，这可减小系统的体积[6]。nRF905的电路原理图如图3所示。
2软件程序设计
在整个系统中，软件程序设计涵盖计算机程序设计、单片机主机程序设计和单片机从机程序设计。人机交互、各阶段运球计时、数据存储与打印、以及运动曲线的显示等功能都依靠计算机应用程序得以实现，由于C#语言能提供多线程编程、与硬件设备数据通信，控件调用等便利，因此本系统的计算机软件程序就基于C#语言、在VisualStudio编译环境上进行开发。而单片机主、辅控制系统的应用程序基于IAREmbeddedWorkbench程序开发环境，用C语言完成编写，无线数据通信部分是其技术关键。
2.1计算机程序结构设计
基于无线通信技术的篮球运球分阶段计时系统的上位机软件含有四个功能模块：人机交互界面、各阶段运球计时、数据存储与打印、显示运动参数曲线。如图4所示。从功能实现的角度上看，时间信号的采集算法是技术关键。计算机通过串口与单片机主控系统通信，当运动员从从机旁经过，依次“撞线”时，主机会将接收到的“撞线”从机身份证号实时发给计算机，计算机即刻记录下当前时间，并计算出此刻距上次“撞线”时的间隔时间，从而实现了时间信号的采集。
2.2主机、从机之间的无线通信程序设计
在本设备中，主机与从机以无线方式进行数据通信，无线数据通信的可靠性主要取决于算法[7]。鉴于运动员分阶段完成不同的运球动作，而多组从机按照时间先后顺序传输信息给主机，因此本系统根据TDMA时分复用方式制定无线协议是合适的，协议规定：从机给主机发送数据中若第一字节为0X01，则为注册申请指令；若为0X03则为测试数据。主机给从机发送0X01为注册应答，回复0X03为收到测试数据应答。
2.2.1“从机无线注册”功能程序设计根据运动项目需求，每个从机都必须有自己的从机号。如果把从机号固定，则每次安装时都必须严格按顺序摆放，为使用带来不便。为克服以上问题，本系统加入了“从机无线注册”功能，在每次开机时，主机按注册先后顺序给从机分配从几号，在使用时。将设备安装好后，只要按摆放顺序依次将从机开机即可正常使用。从机注册程序流程如图5所示。从机在开机时，首先要向主机发送一个注册信息，在得到主机的答复后，记下主机答复信息中给自己配置的机器号后，再以该机器号的角色给主机发送一条注册完成信息，之后便自动开始检索撞线信号。主机检录程序流程如图6所示。主机在开机后直接进入配置模式，在此模式下，主机处于无线接收等待状态中，期间一直等待各从机发来的注册信息，每收到一个就做相应注册回复，并再次进入等待状态，之后下位机会再次以注册后状态发送一条简单信息，主机在收到该条信息后，就可以确认并记录该机器。在默认设置的八台设备都被记录下后，主机进入测试模式，开始感应下位机的传感信号并将感应时刻通过串口上传给上位机。
2.2.2无线数据掉包的预处理程序设计无线通信受周围环境影响较大，在通信过程中会出现掉包情况，本系统为防止无线通信过程中出现掉包情况，每次通信时都加入了应答指令[8]。在初始化时，从机给主机发送地址后，主机接收到后会给从机发送应答指令，从机只有接收到应答指令后才会将收到的地址存入自己的接收地址中，若没有接收到应答信号则会继续发送注册请求。在工作状态时，每次从机给主机发送数据后，主机都会给从机发送应答指令，从机在没有收到应答指令前会一直给主机发送数据。
作者：胡璞 郑伟涛 单位：武汉体育学院体育工程与信息技术学院 武汉体育学院研究生院
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