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嵌入式系统论文
嵌入式系统论文
计算机科学与技术系
论文题目:
电子计时器系统设计浅析
姓名:
耿坤
学号:
114077031008
班级:
计科11本
指导老师:
李惠
电子计时系统应用的概况
1.1定向越野中的应用
定向越野是定向运动的重要内容之一。
届时,参赛者在依靠若干检查点和方向线的地图和一个指南针的帮助下,选择路线,寻找每个关卡及路线,反过来,用最短的时间完成比赛,赢得胜利。
第一次定向越野比赛于1895年在瑞典斯德哥尔摩和挪威奥斯陆的军营区举行,可以追溯到一个多世纪以前。
定向运动设备,各种定向运动的比赛的组织方法相对简单,可以进行广泛应用。
适用于所有参与者、无论年龄和性别,老少皆宜。
随着科学技术的发展,出现了一个红外定时装置,摄影、摄像机的自动电子定时装置。
红外计时设备只能记录运动员的冲过终点线的成绩,在终点线的运动员,你不能确定排名顺序,当越过终点线的同时,许多裁判员无法记录每个运动员的表现。
由于该设备可以存储很长一段时间的图像,很重视细节统计,并广泛应用于田径,自行车,赛艇,皮划艇,摩托车比赛。
不过,该器件还具有一定的局限性:
它更适合短距离,各组运动员有几十人的数量,车道,计时精度不低于1/100秒的项目,无论道路运动员有几十人,计时精度为准确而详尽的,如田径长跑,竞走,马拉松,自行车等项目,有必要准确地记录运动员到达终点的名次是非常困难的,需要人工协助,不仅难以裁判,但裁判需要大量的手工记录,还是很容易出错的,准确性很低。
1.2在田径中的应用
中长跑田径(5公里、10公里、10公里竞走,20公里竞走等),数十名运动员在400米的跑道上竞争,水平参差不齐,准确记录每个运动员行驶数圈,一直是一个主要的问题:
多年来,在裁判的手里放着手动放置板和人工绘画形式记录,除了大量的人力和物力耗费,有一个不可避免的人为错误,影响了精度结果。
然而,田径竞争的复杂性决定了:
裁判员和运动员的差别(如中国第十届全国运动会越野赛运动的竞争,多了近万米的误差),为了正确使用高科技电子设备的优势-自动圈设备的特殊需求,并结合电子计算机自动计时装置的准确设计,以确保运动员比赛成绩的准确性和可靠性,有着很高的性能,使比赛开放、公平、公正。
为此,我们结合今天的无线电频率识别的高科技技术,在长距离比赛活动中开发自动计时圈系统。
在观看奥运会转播时,比赛中当两名运动员几乎同时冲过终点时,肉眼很难分辨两人的名次,这时电视画面一般都会呈现出一幅图像在图像上很明显能看出两名运动员冲过终点的次序,这实际就是通过电子计时系统拍摄的到的图像。
田径比赛中,传统的计时方法由多名计时员看到发令枪的烟雾后“同时”开始计时。
运动员冲过终点时停止计时。
由于不同人的反应时间不一样,这种计时方法也会产生较大的误差。
随着技术的不断发展开发了电子计时系统、电子测距系统并应用于田径的比赛中,较之人工计时相对误差更小功能更强大,更具有公平性,成绩更具有通用性。
本篇论文介绍了电子计时系统构成,判定成绩的依据。
本文介绍的这种电子计时系统主要由两大部分构成:
硬件系统和软件系统。
硬件系统中包含:
电子信号采集器,电子信号接收器,拍摄手柄,摄像头装置(包括摄像头支架),计算机等;软件系统主要包括:
电子计时软件,数据库等。
电子计时软件的基本原理,连接好各个装置,调整摄像头,使摄像头对准终点线上,为了便于快速定位可以在终点线与道次线交叉处涂上黑色,终点线一般都为白色,这样便于在计时软件中区分和辨别。
在调整镜头的同时可以通过计时软件协助来完成调试过程,把计时软件切换到调试状态,如果在软件界面上出现的是黑色的线,那么证明摄像头已经完全调整好了。
因为电子计时软件在进入调试阶段,会每千分一秒就拍摄一下摄像头对准的位置的图像,所以如果摄像头对准的起跑线,那么在软件中显示的是黑色的线。
摄像头调整好后,可以进入实际应用阶段。
发令装置在距离电子信号采集器10厘米范围内发出指令(例如发令抢或者轻轻震动一下电子信号采集器也可),电子信号采集器把接收到的震动转换为无线信号。
电子接收器接收到无线信号启动电子计时软件计时开始。
当有运动员快要到终点时,通过按下拍摄手柄按钮进入到拍摄状态,每千分之一秒拍摄一张图像。
最终通过电子计时软件可以看到一幅图像,图像下方带有时间轴。
2 系统的工作原理及基本组成
该系统的工作原理和基本组成部分射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,缩写RFID)在我国还处于初始阶段,存在技术水平粗糙,不完整的系统设计等诸多问题。
,是20世纪九十年代兴起的一种技术,是全自动化的一种自动识别技术。
它是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息,识别工作无须人工干预,可工作于各种各样的环境里面,传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术,RFID技术可同时识别多个高速运动物体,操作快捷方便。
目前,这种技术已经广泛地使用在很多方面,比如运动会计时系统,人口普查系统,公交卡系统、居民证件、图书馆系统、和超市购物系统等,发展空间巨大,前景广阔。
射频识别系统和国家最先进的RFID技术,计算机信息处理,和其他高科技的体育比赛相结合,便于运动员进行不影响其竞技状态的潜力发挥,当使用运动计时线圈的射频识别卡后,读写器的天线可以被立即检测到卡,通过读卡器的信息被发送到所连接的计算机上,然后读出卡号,计算机取得运动员的信息,使用的一系列处理专用软件的信息。
由系统软件,以实现自动圈和自动定时项目目的与相应运动员信息,统计比赛的详细信息将被收集。
2000年悉尼奥运会和美国冬季奥运会上使用的Cryptag人口普查感应卡效应凸显。
该系统的主要功能有:
1.统计运动员的成绩,比赛结束后,计算机会统计每个运动员完成的圈数,最快圈速时间,排名结果和打印成绩单;从开始到结束时间,比赛实况会显示:
通过计算机处理信息,在大屏幕或电视屏幕上实时、动态显示比赛实况,使过程更加明确;
2.保存比赛记录:
由计算机记录所有比赛,在任何时间可查看或打印,在场馆管理,车辆管理,财务管理,方面提供真实的数据。
3系统架构
RFID已经初步应用的计时码表机芯,取得了良好的效果,但也有很多不足点,如信息节点的可靠性,自动汇集问题。
因此,对于长距离计时锦标赛建立一个更全面的RFID传感器网络系统的意义,该系统具有更低的成本,实用性强。
3.1硬件环境
3.1.1RFID传感器节点
(1)每个节点包括:
主控制器,RF收发器,RF天线,RFID读写器,RFID天线,电池,和各种连接器和终端的RFID传感器标签(标签)。
工作流节点:
运动员部署RFID传感器标签(TAG)传感器节点通过RFID天线发出查询信号的标签,标签激活电磁波,驱动天线的RFID天线以应对自己的信息,信息是RFID阅读器来读出并处理发送到主控制器通过RS-232串行接口,则达到了RF收发器通过SPI接口,由RF天线到其他节点,该节点通过多跳(multi-hop),和最终的信息的控制和处理中心,从而在所需的目标信息。
(2)无线传感器网络结构图WSN结构通过RFID传感器节点,网关,Internet网络(或专用网络),远程控制系统。
每个RFID传感器节点通过独立的,汇集到网关的信息,然后传送到远程控制系统通过Internet网络(或专用网络)。
远程控制系统还可以发送远程命令,通过RFID传感器节点,一些RFID传感器标签读写操作,完成指定的功能。
3.2软件环境
整个系统主要包括四个子系统:
数据采集子系统,运动员登记子系统,在线数据处理子系统,运动性能的实时子系统。
数据采集子系统所说的RFID传感器节点,其余三个子系统软件环境。
3.2.1运动员登记子系统
该系统完成运动的登记注册,建立后台数据库,具体完成功能有:
具有输入、修改、查询等功能;具有打印各种统计报表的功能;具有资料备份的功能。
3.2.2在线数据处理子系统
该子系统每过一定时间向数据子系统发送一次参数采集指令,并等待数据采集子系统传送相关的各项数据信息,数据采集单元通过接口读到从射频控制器传来的RFID传感器标签编码信息,再根据此信息从数据库中查出该运动员的资料,并自动记录到达时间(或分段时间)该子系统具有错误自动诊断和排除功能。
3.2.3数据分析子系统
该子系统主要针对汇集上来的各种数据,包括RFID标签数据、sensor数据等,集中进行分析,可以综合评判一个运动员在环境因素、身体因素下得到什么样的成绩。
3.2.4成绩实时发布子系统
该子系统处理后台数据库中的运动员成绩和排名,并通过显示设备显示出来,同时可以实时打印运动员的成绩报表以及成绩公告报表等。
4总结
本文讨论了RFID和WSN技术的特点,并结合这两种技术,建立一个基于RFID的传感器网络在运动计时系统使用。
具体的系统架构,从硬件到软件的全面分析,分析其可行性。
进一步解决防碰撞的问题,相应速度快的系统,以适应游戏标签,阅读器,天线和其他问题,并辅以由软件控制和管理,该系统可以同样适用于正式的长距离比赛。
在此基础上,进一步改进,可以更广泛地使用。
参考文献
[1]于海滨,曹鹏.智能无线传感器网络系统,科学出版社,2006
[2]刘媛,郝铭.基于RFID和WSNs的仓储监管系统的设计.微计算机信息,2006,10-2283-285。
[3]BehzadRazavi著,陈贵灿等译.模拟CMOS集成电路设计.西安交通大学出版社,2003,3.
[4]MacroFerro,FrancoSalernoandRinaldoCastello.AFloatingCMOSBandgapVoltageReferenceforDifferentialApplicationsI.IEEEJSSCVol.24,June,1989.
[5]段晓峰,陈向东,黎文模.0.5umCMOS工艺参数电流反馈运算放大器.微计算机信息,2006,22-11:
234-236.
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