基于STC89C52单片机的400米障碍电子考核系统的设计与实现

保松韧 谭尧 吴洪锐

摘要：400米障碍训练是武警部队军事训练考核的重要内容之一，是提高武警部队单兵战斗力的重要途径。鉴于现有400米障碍考核存在的短板和不足，本设计以电子技术的相关理论和技术知识为基础，设计并开发了一套基于STC89C52单片机的400米障碍考核系统，有助于部队在该考核科目上规范考核标准，提高考核的自动化水平和考核效率，进一步降低对人力物力的消耗，做到部队的整齐划一，推进部队正规划建设。

关键词：400米障碍;训练考核;电子考核系统：STC89C52单片机

目前，全军大抓军事训练，贯彻落实习主席强化备战打仗的鲜明导向，强调部队讲练向实战化，正规化靠拢。随着电子信息技术和计算机技术的发展，部队信息化程度越来越高，然而在很多军事科目考核方面，比如400米障碍的考核，部队仍没有出现针对该项目的电子考核系统。以此为出发点，思考部队进行400米障碍军事考核时，普遍采用考官监督和人为卡表计时的方式，不能对出现的不规范动作做出准确的判断，容易导致漏判、误判。从而，研究一种能实现快速准确的判定障碍通过标准的400米障碍电子考核系统，实现对考核标准的严格把关显得尤为必要。

1.系统设计方案

本设计主要是选取了五步桩、深坑、矮墙以及高墙四个障碍，模拟全程400米障碍考核。针对每个障碍的特殊性，对五步桩采用微动开关来实现动作的监控，对深坑、矮墙以及高墙采用光敏传感器来实现被测人员的动作监控，对考核过程中的违规动作进行语音报警，并对计时成绩进行显示，实现系统功能。设计时，将系统划分为单片机主控模块、按键模块、违规检测模块、显示模块和语音报警模块五个模块。其中单片机主控模块负责控制协调;按键模块负责控制考核的开始和系统初始化;违规检测模块负责检测参考人员在考核过程中有无违规现象;显示模块负责显示本次考核的成绩数据;语音报警模块负责在参考人员考核违规时发出报警提示违规，考核终止。

2.系统硬件的设计

（1）单片机最小系统设计

对STC89C52单片机来说，最小系统就是为其连接一个合适的时钟电路和一个复位电路，保证其能够正常运行工作的系统。STC89C52单片机是宏晶公司生产的一款微控制器，它具有低功耗、高性能的特点，非常适用于本设计这类低功耗控制应用系统。STC59C52单片机共有40个引脚，RST位复位引脚，P3.0为RXD用于接受数据，P3.1为TXD用于发送数据，XTAL1和XTAL2为单片机接时钟电路部分，晶振接到这两个引脚。VCC代表单片机接电部分，GND代表单片机接地部分。

（2）按键电路设计

本设计中采用IO口直接检测单个按键的方法实现按键功能，具体电路设计为P0.0-P0.3各连接一个上拉电阻和一个按键，完成按键电路设计。

（3）语音报警模块电路设计

本次设计的语音采用的是ISD1820语音模块来实现必要的语音提示。该模块在本设计中主要由单片机控制完成十秒内的语音录放功能。在本设计中，语音报警模块使用排针连接5v电源，由单片机控制录音的播放;其中REC、PLAYE和PLAYL口连接按键，由REC键控制录音，PLAYE和PLAYL键分别控制触发式和点动式录音播放模式;SP+和SP-口为输出口，连接喇叭;MIC口为话筒输入，MICREF口为话筒参考，AGC口为自动增益控制，这三个口连接话筒，控制话筒输入;RECLED口为接受指令口，接受单片机指令触发录音播放。

（4）对感光管监测电路设计

本次设计的对感光管检测电路主要是通过运放以及光感对管来实现。运放采用的是普通的运算放大器LM358。对感光管设计了两级，第一级是用来检测外部输入信号，采用电压跟随器来实现电压的跟随，第二级采用比较器来实现对信号的波形整形。

（5）显示电路设计

本设计选用的LCD1602液晶显示模块是绘晶科技公司生产的一款以HD44780为主控芯片的字符型液晶显示器，它具有体积小、功耗低、显示内容丰富的优点，常用在本设计这类低功耗系统中。LCD1602模块主要有读、写两种工作状态，由RS、RW、E这三个引脚信号控制，读状态时，RW=1，E=高脉冲，若RS=0则输出字符，若RS=1则输出数字;写状态时，RW=O，E=高脉冲，若RS=0则为写命令模式，若RS=1则为写数据模式。

3.系统软件的设计

本设计系统整体程序从对需要的I/O口定义开始，初始化液晶屏，按下按键则触发开始考核。检测到开始考核信号后单片机开始计时并在液晶屏实时显示，光感对管和微动开关传感器主要监测考核人员第二阶段和第三阶段是否违规，第一阶段和第四阶段为空跑考核，不存在违规行为，只记录该阶段考核所用时间，如果单片机判定为参考人员违规，则终止计时，考核不合格并使语音模块报警，提醒参考人员考核违规。若未发生违规行为，当参考人员最后一次通过起点后，单片机终止计时，并显示各阶段考核用时和全程考核用时，作为参训或参考人员以后的训练依据，本次训练考核完毕。

4.系统的制作和综合调试

（1）硬件调试

完成硬件电路连接后，首先检查各端口是否连接正确，连接是否牢靠;其次，使用万用表检查电路中是否短路或开路、电源地线是否连接、焊接是否牢固、有无虚焊等;最后，插入芯片时，按照引脚标号和接口标号对应好，防止芯片损坏。

（2）软件的调试

程序采用Keil uVision4进行代码编譯，对汇编出现的错误进行检查，不断排除错误，最后汇编完成，程序代码正确，没有错误和警告。

5.结束语

此次400米障碍电子考核系统的设计基本达到了预期的效果，能够通过设计出来的系统完成挑选的四道障碍的考核功能。为部队信息化建设加一份力，也够给后续的研究提供一定的参考价值。