智能立定跳远测试系统的制作方法

本发明涉及体育测量技术领域，更具体地说，特别涉及一种智能立定跳远测试系统。

背景技术：

近几年来，随着现代电子技术的不断发展，在体育赛事中用到的电子技术也在不断更新，例如立定跳远测试仪从最初的人工笔记发展到键盘跳毯测量原理和导电橡胶测距技术的运用再到超声波测距的进入。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能立定跳远测试系统。该系统基于FPGA与红外光电收发一体化装置立定跳远测试仪，经多次实验测试，系统的误差控制在±1cm之内，并且可以选定起跳线和控制测试区的范围，节省了能源的消耗，提高了精确度，而且智能化得到了提高，能够满足实际的使用需求。

一种智能立定跳远测试系统，包括上位机，控制区和测试区；所述上位机包括PC端和受试者跳远成绩数据库；所述控制区包括FPGA控制端、红外光电收发一体化装置nRF905无线传输模块、键盘、液晶显示；所述测试区包括起跳线和测量区，所述测试区的起跳线和测试区的范围可根据原始成绩距离来确定，所述测量区包括FPGA测试端、红外线发射电路、红外线接收电路和nRF905无线传输模块；所述控制区和上位机相连，测试区与控制区和上位机分离，通过各自的nRF905无线传输模块对数据进行无线传输。

立定跳远测试系统以FPGA为控制和测试部分的核心,以Verilog HDL语言为开发语言， 通过控制部分对上位机数据库中的受试者的原始成绩进行计算来决定测试的范围，起跳线的选取，测试部分负责控制红外测试。两部分的通信模块的设计都是以Cyclone II FPGA器件为硬件设计平台，在Quartus II 9.0软件中的SOPC Builder中使用Nios II软核作为处理器,Avalon为总线连接各组件构建片上硬件系统。利用C语言在Nios II IDE 软件开发平台对整个系统进行软件编程。利用Nios II软核实现了与nRF905的SPI接口通信，并通过nRF905实现控制部分与测试部分的串行通信等功能。

红外光电测距工作原理如图2所示。规定测量区长度为300cm,为了节约资源，在起跳区的100cm范围内不安装红外装置。设立50cm，100cm的起跳线，被测者可根据原始成绩距离来确定起跳线。测量区的发射端由38khz调制电路如图3所示通过串行输入并行输出器件74HC164外接200个红外发光二级管组成,二极管的间距为1cm。接收端由25个并行输出串行输出74HC165外接200个红外接收头组成,接头的间距也是1cm,并且每个接收头分别与对面放置的红外发光二极管一一对应，红外接收头如图4所示。设备启动红外发光二极管,被测者从起跳线跳入测量区,红外线会被鞋子遮挡,与之对应的红外接收区域将收不到红外信号则输出高电平,此时系统会自动暂停并重新启动红外发光二极管,进行二次判定红外接收头的状态来判断是否被挡住,若是则比较前后两次的计数值的大小找出被挡住的最近的红外接收头位置,根据红外线接收头电平的高低就可以计算出相对于小的值就是测试区的跳远距离d(0cm<d<200cm),由此即可计算出被测者的立定跳远距离。

与现有技术相比，本发明基于FPGA与红外光电收发一体化装置立定跳远测试仪，经多次实验测试，系统的误差控制在±1cm之内，并且可以选定起跳线和控制测试区的范围，节省了能源的消耗，提高了精确度，而且智能化得到了提高，能够满足实际的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述系统总体设计框图。

图2是本发明所述系统红外光电测距工作原理图。

图3是本发明所述38KHz红外发射电路（2 路）。

图4是本发明所述红外接收头单元电路。

图5是本发明所述片上系统框图。

图6是本发明所述Nios II 系统模块图。

图7是本发明所述控制端工作流程图。

图8是本发明所述测试区流程框图。

图9是本发明所述上位机软件设计框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本发明提供一种智能立定跳远测试系统，立定跳远测试仪的整体结构如图1所示。

规定测量区长度为300cm,为了节约资源，在起跳区的100cm范围内不安装红外装置。设立50cm，100cm的起跳线，被测者可根据原始成绩距离来确定起跳线，如图2所示。测量区的发射端由38khz调制电路如图3所示通过串行输入并行输出器件74HC164外接200个红外发光二级管组成,二极管的间距为1cm。接收端由25个并行输出串行输出74HC165外接200个红外接收头组成,接头的间距也是1cm,并且每个接收头分别与对面放置的红外发光二极管一一对应，红外接收头如图4所示。设备启动红外发光二极管,被测者从起跳线跳入测量区,红外线会被鞋子遮挡,与之对应的红外接收区域将收不到红外信号则输出高电平,此时系统会自动暂停并重新启动红外发光二极管,进行二次判定红外接收头的状态来判断是否被挡住,若是则比较前后两次的计数值的大小找出被挡住的最近的红外接收头位置,根据红外线接收头电平的高低就可以计算出相对于小的值就是测试区的跳远距离d(0cm<d<200cm),由此即可计算出被测者的立定跳远距离。

整个系统包含测试部分数据获取,FPGA间nRF905无线传输,控制部分数据一次处理,上位机数据二次处理四个部分。测试单元包括红外发射和接收电路,它们分别是由红外发射二极管和红外接收二极管组成,发射电路发射红外信号。接收电路红外接收二极管利用光感特性会产生方波脉冲传输到FPGA, FPGA经过串口将检测到的数据通过SPI接口传给nRF905无线传输给控制部分FPGA来处理显示。并且测试部分FPGA的运行控制是由控制部分的FPGA来发送指令控制的。成绩显示后再上传给基于VC++6.0+MFC软件进行编程的上位机PC端,此上位机软件可对数据进行接收,计算，显示,以及保存, 在每位被测者测试完成之后还能够将成绩导出或导入成绩数据库。上位机能够实现数据库中被测者基本信息的读取,包括姓名,编号的识别,测试系统以编号作为被测者立定跳远测试数据保存的关键字,在测试时可根据原始成绩来确定起跳线和测试范围，提高测试的精确度。

整个测试系统包含上位机，控制区和测试区，片上系统的主要作用就是完成控制区和测试区的无线数据处理与传输。片上系统控制nRF905无线传输模块来完成数据包的无线传输，负责测试和控制部分点对点的数据收发，同时也是本发明系统的重点。两部分的无线传输设计硬件结构相同，测试区的无线通信模块负责接收控制区的数据进行测试，测试完成后再从串口接收测试到的数据通过SPI接口转发给nRF905发射。控制部分的通信模块通过串口接收PC端的数据通过Avalon总线经由SPI接口并转串转换送给nRF905发射,测试完成后nRF905再接收测试区的数据通过SPI接口串转并送给Avalon总线然后再通过串口再转发给PC端。整个片上系统的功能都是在SOPC技术下完成。片上系统的构建需要把Nios II处理器；Avalon三态总线桥；SPI模块；外部SDRAM存储器的控制器核；Flash类型的存储器；时间计数器核Interval timer；PIO接口等一些SOPC组件通过SOPC Builder将其加入到Nios II片上系统中，才能形成一个完整的系统。其中Flash类型的存储器用来存放程序和数据，PIO接口连接nRF905的SPI接口以及发出控制信号，并连接至FPGA的GPIO口。片上系统的框图如图5所示，组件设置完成后对系统进行编译，编译成功后下载到FPGA芯片里构成片上系统。生成的Nios II系统模块如图6所示。

整个片上系统搭建编译成功之后，需要使用PC机上的Nios II IDE软件进行C++应用程序的编写，因为系统各组件的控制与通信等基本操作都要通过运行C++程序调用寄存器和中断的方式来实现而Nios II CPU中没有内嵌任何的指令程序，所以包括对SPI模块的读写操作，数据帧格式的设计，nRF905通信控制程序的设计等。应用程序编写完成后将其下载进片上系统进行操作。对于两片FPGA虽然内部的片上系统结构相同，但是实现的功能却有差异。控制部分的FPGA硬件电路负责从串口接收上位机PC端的数据通过SPI接口转发给nRF905发射,nRF905接收测试区的数据再通过串口转发给PC端其工作流程图如7所示。测试区的FPGA硬件电路负责接收控制区的数据进行测试，测试完成后再从串口接收测试到的数据通过SPI接口转发给nRF905发射，其工作流程图如8所示。

上位机软件的设计应用VC++6.0+MFC软件编程，流程图如图9所示。打开电源选择好串口，连接成功，输入被测者编号进入该被测者的成绩数据库，判断被测试者的信息在数据库中是否存在与其本人是否相符合，若符合则点击个人信息确认按键启动测试系统根据上一次成绩选择起跳线并计算出测试范围接着进入立定跳远测试。被测者从起跳线跳入测量区，原地站稳不动，此时获取到了第一次测试成绩，但是为了更加精确需要进行二次测试确定， 系统会立即再次控制测试区红外装置进行第二次迅速校验， 两次确定后被测者可以离开被测区域，把测试结果进行计算在液晶屏上显示以供被测者读取，再通过串口上传至PC端，上位机显示出测试成绩之后，点击确定按键，该次检测的数据会自动保存然后导入成绩数据库，然后继续测试直至完成全部测试。测试结果精确度可达到厘米位。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。