基于射頻模塊的籃球比賽系統(tǒng)

0 引言

籃球比賽中除了有每一節(jié)（或上、下半場(chǎng)）時(shí)間倒計(jì)時(shí)外，為了加快比賽的節(jié)奏，使比賽更加激烈精彩，比賽規(guī)則還要求進(jìn)攻方應(yīng)在24s內(nèi)有一次投籃動(dòng)作，否則視為違例。比賽計(jì)時(shí)系統(tǒng)要求用大屏幕掛在高處，控制按鍵在計(jì)時(shí)員旁邊，現(xiàn)在常見的計(jì)時(shí)系統(tǒng)大多采用有線傳輸方式，需要很長(zhǎng)的傳輸線，既不美觀也不便安裝。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套利用編、解碼器和射頻模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕@球比賽系統(tǒng)，采用單片機(jī)控制，按鍵操作使用簡(jiǎn)潔，大型led（液晶顯示器）顯示，安裝方便。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖見圖1。

1 遙控編、解碼芯片

編、解碼器選用pt2262、pt2272，這是一對(duì)遙控編、解碼器芯片，該編、解碼器采用高性能cmos工藝制造，功能極低，備用模式耗電僅0.5ma。對(duì)高噪聲不敏感，適合在比賽場(chǎng)館使用；有6－12個(gè)三態(tài)地址碼及0－6個(gè)數(shù)據(jù)碼；振蕩器僅需要外接1個(gè)電阻即可。與pt2262配套的譯碼器選用pt2272。它與pt2262具有相同的特點(diǎn)，備用模式耗電僅0.1μa。

pt2262編碼器采用dip18封裝，osc（振蕩器）端外接一個(gè)振蕩電阻，dout為輸出端，輸出地址碼及數(shù)據(jù)碼（由不同的脈寬組成的脈沖串），一般經(jīng)射頻電路以rf方式由天線發(fā)射出去，pt2262引腳a0－a7地址碼是三態(tài)的，可置"0"或"1"或"懸空"。相應(yīng)輸出的信號(hào)是兩個(gè)不同寬度的脈沖，稱為ad位（見圖2），可編程多種不同的地址碼（不易重碼或破譯）。編碼位結(jié)構(gòu)是編碼信號(hào)的基本組成部分，它就是一個(gè)編碼字，一個(gè)編碼位有12個(gè)ad位（地址在前數(shù)據(jù)在后）和后面的sync位（帶有1/8位波長(zhǎng)的4位波長(zhǎng)的波）組成，一個(gè)碼周期有4個(gè)連續(xù)的編碼字。一旦pt2262檢測(cè)到te端置"0"，dout引腳就有編碼信號(hào)輸出。振蕩器的工作頻率取決于外界電阻的阻值。

pt2272譯碼器封裝是dip18，a0－a11為地址碼，d0－d5為數(shù)據(jù)碼。其中a6/d5－a11/d0可以做地址碼或數(shù)據(jù)碼，用做地址碼時(shí)可用三態(tài)編程，用做數(shù)據(jù)碼時(shí)是輸出引腳，若譯碼器的地址碼與編碼器的地址碼完全相對(duì)應(yīng)，編碼器有數(shù)據(jù)位1時(shí)，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳輸出為1（高電平）。din是脈沖信號(hào)串輸入端，osc1與osc2兩端外接一個(gè)振蕩器電阻，當(dāng)接收到的信號(hào)與譯碼器中的地址碼完全符合時(shí)，vt端輸出高電平，上電后處于備用模式。當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，其地址碼兩次比較而完全相符時(shí)，vt引腳才輸出高電平，與此同時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳也輸出高電平。

2 射頻模塊

pt2262配合市售無線發(fā)射模塊f05c使用，pt2272配合市售無線接收模塊j04e使用，f05系列采用聲表面諧振器穩(wěn)頻，smt樹脂封裝，頻率一致性較好，免調(diào)試，而一般的lc振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動(dòng)也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移。f05具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，當(dāng)發(fā)射電壓為3v時(shí)，發(fā)射電流約2ma。發(fā)射功率較小，12v為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約5ma－8ma，大于12v時(shí)，功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高，f05系列采用am方式調(diào)制以降低功耗，數(shù)據(jù)信號(hào)停止，發(fā)射電流將為0，數(shù)據(jù)信號(hào)與f05采用電阻耦合，而不能用電容耦合，否則f05將不能正常工作，數(shù)據(jù)電平應(yīng)接近f05的實(shí)際工作電壓，以獲得較高的調(diào)制效果，f05對(duì)過寬的調(diào)制信號(hào)易引起調(diào)制效果下降，收發(fā)距離變近。當(dāng)高電平脈沖寬度在0.08ms－1ms時(shí)，發(fā)射效果較好，大于1ms后效率開始下降，當(dāng)?shù)碗娖絽^(qū)大于10ms，接收到的數(shù)據(jù)第1位極易被干擾（即零電平干擾）而引起不解碼。如采用通用編、解碼器，可調(diào)整振蕩電阻，使每組碼中間的低電平區(qū)小于10ms，f05輸入端平時(shí)應(yīng)處于低電平狀態(tài)，輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)應(yīng)是正邏輯電平，幅度最高不應(yīng)超過u01的工作電壓，可靠傳輸距離達(dá)到80m。

3 硬件電路和軟件流程

3.1 鍵盤發(fā)射電路

鍵盤發(fā)射電路采用內(nèi)置2kb flash rom的89c2051，采用6mhz晶振做振蕩源，用p1口的6個(gè)口作為鍵盤輸入，分別為＋1鍵a1（軟件設(shè)計(jì)時(shí)讓此鍵連續(xù)按住4s以上為連續(xù)＋1）進(jìn)行比賽時(shí)間的設(shè)定，暫停鍵a2可控制總計(jì)時(shí)和24s暫停，a3作為總計(jì)時(shí)的工作開啟鍵，a4作為啟動(dòng)24s鍵，投籃或交換控球時(shí)按此鍵，按下此鍵后開始24s計(jì)時(shí)，a5作為24s的停止鍵（還沒有違例），a6作為總計(jì)時(shí)和24s的同時(shí)啟動(dòng)鍵，工作時(shí)程序?qū)1－a6分別轉(zhuǎn)化為0001－0110，經(jīng)p3.2－p3.5送到pt2262的信號(hào)輸入端，經(jīng)dout輸出到f05c，發(fā)射出去，流程見圖3。

3.2 接收電路

pt2272將接收來的信號(hào)送入89c51，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的按鍵指令，利用串行通信口txd和rxd通過74ls595（帶三態(tài)18位移位寄存器）輸出顯示的字段，每位顯示完以后，進(jìn)行鎖存輸出，可以避免顯示的閃爍現(xiàn)象，（前2位顯示24s的計(jì)時(shí)，后4位顯示總的計(jì)時(shí)分、秒）?？傆?jì)時(shí)分、秒的工作采用t0定時(shí)器工作于中斷方式，建立一個(gè)中斷服務(wù)程序，24s采用t1定時(shí)器工作于中斷方式，也建立一個(gè)中斷服務(wù)程序，在內(nèi)部ram單元的7ch中放24s的顯示值，7dh中存放總計(jì)時(shí)的分鐘數(shù)，7eh中存放總計(jì)時(shí)的秒值。顯示大屏幕采用led1－led6，利用24v供電，74ls595與led之間采用三極管作為功率放大電路，以驅(qū)動(dòng)大尺寸高電壓大電流的led，流程見圖4和圖5。

4 結(jié)束語

本方案成功利用數(shù)據(jù)的無線傳輸方式解決了籃球比賽計(jì)數(shù)器的安裝問題，節(jié)約了線材，實(shí)際使用效果良好，適合在各種規(guī)模的體育場(chǎng)館使用，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用鐘表進(jìn)行計(jì)時(shí)的方法，稍加改動(dòng)，也可用于其他球類比賽，是體育器材向智能化發(fā)展的一個(gè)實(shí)例。