蛇形跑考核系统

陈庆锦

摘要：警部队担负着维护国家安全和社会稳定，保障人民安居乐业的神圣使命。在武警部队中，考核是提高官兵素养的一种有效途径。在今年新的考核大纲里，蛇形跑被列入其中。为适应考核、顺应军队信息化发展方向，利用智能感知识别技术作为辅助考核的手段能够很好满足考核需求，有效提升蛇形跑考核效率和精确度，确保考核成绩公平公正、准确无误，从而真正激发官兵的训练热情。

关键词：蛇形跑;单片机;红外传感器;LCD1602;蜂鸣器

武警部队是处突维稳的一线力量，在维护社会秩序上有着不可替代的作用。无论是重大灾害事故，还是群众上访，武警官兵始终坚守使命，确保人民群众人身安全和财产安全。而在当今世界快速发展的背景下，武警官兵所要面对的灾情险情比以往更多，任务也更加复杂。因此，武警官兵要具备很高的军事素养才能适应未来任务的需要。将科技融入武警部队的训练中去是现代发展的主流，而本次设计就是在这样一个时代背景下提出的。

在武警部队的日常训练中，对各类训练科目犯规情况的检测和成绩评定都是通过人为判定方式进行的。这种方式对部分科目而言，存在较大的人为误差，这不仅效率低下，其结果也不够准确。针对于此，为提高整个训练过程的效率，使官兵日常训练标准化、规范化，在此提出一款用于蛇形跑训练的智能考核系统。

1.系统设计方案

本系统所有的元器件围绕单片机展开。输入部分分别是轻触开关电路和红外传感器电路。输出部分分别是LED指示灯电路、LCD1602显示电路和蜂鸣器电路。

本系统通过红外传感器感应考核人员位置与绕柱状态，并通过LCD1602显示屏与蜂鸣器显示考核结果与违规状态。主要可实现考核计时、违规判断等功能。

2.系统硬件的设计

（1）单片机最小系统设计

单片机最小系统是能使单片机正常工作的最小硬件电路，由时钟电路和复位电路、电源共同组成了单片机最小系统。时钟电路的输出经过XTAL1和XTAL2引脚输入到单片机的内部，复位电路通过RESET引脚与单片机相连。

（2）显示电路设计

本次设计选用的显示器是LCD1602显示器，其工作原理是利用多个点显示组成一个字或者一个符号。此屏一共可以显示两行字符，且每行显示16个字符。每个字符的显示是依靠一个5成7的矩阵点阵的不同的排列组合来显示的。总结起来本次设计使用LCD显示器其具有以下特点：显示内容丰富，可以显示多行字符、图形以及简单的汉字等;体积小巧、重量轻;液晶显示模块没有电磁辐射。

（3）红外电路设计

本次设计中在多处使用红外传感器，并通过红外传感器对考核人员的行动轨迹和绕柱的摆放状态进行判断。所选定的红外传感器模块对环境光线适应能力强，具有一对红外线发射与接收管。发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，工作电压为3.3V-5V。该传感器的探测距离可以通过电位器调节，具有干扰小、便于装配、使用方便等特点。

（4）輕触开关电路设计

本次设计中考核人员跑过终点的判断方式是触摸一下设置在终点的轻触开关，因为而且这是一个运动行进的过程触碰的过程非常的短，所以需要采用高灵敏度的轻触开关（TTP223）进行设计。

整个轻触开关传感器的表面积是比较小，属于超薄类型的，这样就可以很方便的安装应用在各个地方。在实际使用的时候只需要将手指轻轻触碰感应区就可以实现电信号的变化输出。轻触开关模块的电路只需要给模块供电，然后将模块的信号输出线接到单片机的I/O口即可完成通讯。

（5）报警电路设计

本系统采用的蜂鸣器是有源蜂鸣器，其发声的控制是由单片机的I/O直接充当模块的驱动控制信号（低电平蜂鸣器工作）。

蜂鸣器模块引出的三个脚，分别是VCC、I/O和GND。其分别和系统端子“FENG”的VCC、蜂鸣器和GND相连接。端子的“FENG”是和单片机的I/O口相连接，从而达到通过1/0控制蜂鸣器的效果。

3.系统软件的设计

主函数是整个系统开始运行的开始处，一般情况下单片机开始运行的肯定是一些初始化过程和一定变量的定义，然后才进入到循环体进行循环，整个主函数从开始到结束的一次过程。

上电完成后，系统main（）函数开始运行，初始化各变量、显示器和定时器，并进入等待状态（显示屏与单片机上方指示灯亮起），当第一个绕柱的红外人体检测传感器检测到人代表开始测试。主循环体内判断第一个绕柱的红外人体检测传感器是否检测到人，如果是则开始测试且定时器开始计时。

当测试物体经过第2 7根绕柱时，判定是否有绕柱倒下，如果有绕柱倒下，则触发蜂鸣器鸣叫，并显示犯规类型;如果没有，则进入绕行路线判定。

当测试物体经过绕柱时，判定其是否按照1-2-3-4-5-6-7-6-5-4-3-2的顺序由外侧依次经过绕柱，如果是则进入轻触开关判定;如果否则触发蜂鸣器呜叫，并显示犯规类型。

判断终点的轻触开关是否被按下，如果条件成立则停止计时且显示器显示最终成绩。

4.系统的制作和综合调试

（1）硬件调试

进行硬件焊接与测试，是硬件设计必要的过程。当电路没有短路、断路时，表明电路初步正确，此时才可以通电进行测试。通电测试主要测量各个节点是否焊接良好。实物焊接完毕之后，不能立刻就进行上电测试。测试之前，先通过肉眼以及万用表，对所有焊接点和焊接连线进行检测，看是否有短路断路发生。如果有，则需要立刻解决。如果检测都没有问题，再进行接下来的编程下载与测试。本次设计涉及红外传感器较多，在焊接过程中出现部分红外传感器连接错误，导致运行时序号混乱。经过检测，调整红外传感器顺序，排除影响。

之后，通过单片机下载工具，将写好的程序烧录到单片机中，就可以进行软件调试测试。

（2）软件的调试

本设计采用KEIL软件，以及单片机C语言，来进行系统程序设计。对软件的测试，主要是基于KEIL软件，对编写好的程序进行编译调试，测试是否全部通过。在实际测试时，程序直接正常编译成功，并生成hex文件。该文件就是下载到单片机中执行程序指令的程序下载文件。

5.结束语

本次设计最终实现了预期的目标，完成所有设计功能，包括红外人体检测传感器的驱动并实现对人体的检测，两种犯规形式的判断和蜂鸣器的提示，通过单片机定时器进行自动计时，在完成判别犯规情况的同时实现成绩的计算。最终达到用高科技设备实现训练项目自动化和智能化，这对武警内部各项训练有很大的提升与帮助。