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一种篮球比赛计时计分无线控制系统

2020-10-29 00:19:50

一种篮球比赛计时计分无线控制系统

  技术领域

  本实用新型属于比赛计时计分设备技术领域,具体涉及一种篮球比赛计时计分无线控制系统。

  背景技术

  在篮球比赛过程中,通常采用人工计时计分的方式,但由于人工记录中涉及到双方犯规数、暂停数、积累分数等多个方面,一旦产生分歧或者出现错误记录等问题,则会对比赛的正常进行产生一定的影响。随着科技的进步与篮球运动在世界范围内的兴起,不断促使其配套基础设施的更新换代,人们开始应用简单电路与常见的电子元件制作一些能够解决实际问题的电子产品,最初的人工计时计分系统逐渐被机器计时计分系统所代替。

  篮球比赛计时计分系统的基本功能是通过指令控制显示模块显示数据,主要包括比赛双方的信息、比赛节数、双方比分、比赛时间、24s倒计时以及暂停状态等。最初,国内研发过一些传统的篮球比赛计时计分系统,但由于传统的篮球比赛计时计分系统将所有功能集成到一个硬件平台上,导致硬件平台设计时布线变得非常复杂,且操作步骤繁琐。此外,系统对硬件的依赖性很强,不便于系统后期的改造升级。虽然,现阶段的篮球比赛计时计分系统已日渐成熟,但昂贵的安装费用以及后期高额的维护成本限制了其投入实际应用的广泛性。

  实用新型内容

  本实用新型的目的是提供一种篮球比赛计时计分无线控制系统,解决了现有篮球比赛计时计分系统操作繁琐、后期改造升级困难及安装维护成本高的问题。

  本实用新型所采用的技术方案是,一种篮球比赛计时计分无线控制系统,包括指令控制系统,所述指令控制系统通信连接有计时计分系统。

  本实用新型的其他特点还在于,

  指令控制系统包括微控制器I,微控制器I连接有4×4矩阵键盘、无线通信模块I、LED模块和电源电路I。

  计时计分系统包括微控制器II,微控制器II连接有无线通讯模块II、计时计分显示模块、交互反馈模块和电源电路II,无线通讯模块II与无线通信模块I通过无线通信连接。

  计时计分显示模块包括数码管显示模块、OLED显示模块、蜂鸣器报警模块、LED状态显示模块,数码管显示模块、OLED显示模块、蜂鸣器报警模块、LED状态显示模块分别与微控制器II连接。

  数码管显示模块采用两个四位带时钟显示的共阳极数码管模块。

  交互反馈模块包括按键模块、测距模块、摄像头模块、LCD显示模块,按键模块、测距模块(16)、摄像头模块、LCD显示模块分别与与微控制器II连接。

  LCD显示模块采用ATK-2.8寸TFTLCD电阻触摸屏模块。

  微控制器I采用STM32F103C8T6芯片;微控制器II采用STM32F103ZET6芯片。

  无线通信模块I和无线通讯模块II均采用NRF24L01芯片。

  测距模块采用HC-SR04超声波传感器,所述摄像头模块采用OV2640摄像头。

  本实用新型的有益效果是,一种篮球比赛计时计分无线控制系统,采用指令控制系统和计时计分系统,该两套系统相互独立,通过无线通信模块I和无线通信模块II进行信息的发送与接收,增加了系统的灵活性、专业性,且后期再在系统升级与维护方面便利,成本低廉;通过交互反馈系统实现设备与用户之间、比赛境况之间的互通,以摄像头模块配合LCD模块既能够让观众远距离观看赛场的精彩瞬间,又可作为篮球比赛的判罚依据,同时,结合测距模块,使篮球比赛计时计分系统更加智能。

  附图说明

  图1是本实用新型的无线控制系统结构示意图;

  图2是本实用新型的无线控制系统的原理结构图;

  图3是本实用新型的无线控制系统中指令控制系统流程框图;

  图4是本实用新型的无线控制系统中计时计分系统流程框图;

  图5是本实用新型无线控制系统中指令输入电路连接图;

  图6是本实用新型无线控制系统中指令发送电路连接图;

  图7是本实用新型无线控制系统中数码管显示模块电路连接图;

  图8是本实用新型无线控制系统中LED状态显示模块电路连接图;

  图9是本实用新型无线控制系统中按键模块电路连接图;

  图10是本实用新型无线控制系统中测距模块电路连接图;

  图11是本实用新型无线控制系统中摄像头模块电路连接图;

  图12是本实用新型无线控制系统中LCD显示模块电路连接图;

  图13是本实用新型无线控制系统中系统供电电路连接图。

  图中,1.4×4矩阵键盘,2.微控制器I,3.无线通讯模块I,4.LED模块,5.无线通讯模块II,6.微控制器II,7.计时计分显示模块,8.交互反馈模块,9.电源电路I,10.电源电路II,11.数码管显示模块,12.OLED显示模块,13.蜂鸣器报警模块,14.LED状态显示模块,15.按键模块,16.测距模块,17.摄像头模块,18.LCD显示模块。

  具体实施方式

  下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

  本实用新型的一种篮球比赛计时计分无线控制系统,如图1所示,包括指令控制系统,所述指令控制系统通信连接有计时计分系统。

  如图2所示,指令控制系统包括微控制器I2,微控制器I2连接有4×4矩阵键盘1(包括S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16共十六个键,共计4行4列,分别为S1~S4为第一行,S5~S8为第二行,S9~S12为第三行,S13~S16为第四行)、无线通信模块I3、LED模块4和电源电路I9。

  微控制器I2采用STM32F103C8T6最小系统,该芯片性能稳定、体积小、功耗少,且支持丰富的功能拓展,能够满本系统的多方面需求,造价低廉且简单。

  如图3所示,指令控制系统采用STM32F103C8T6最小系统作为主控芯片,从4×4矩阵键盘1输入指令,将指令传送给微控制器I2,配合NRF24L01无线通信模块I 3,实现2.4GHz的无线指令传输,数据传输速度最高可达2Mbps,实时控制计时计分系统完成相应操作。

  如图5所示,指令输入电路的连接原理为:S1、S2、S3、S4的输入端均与微控制器I6的5引脚连接,S1、S2、S3、S4的输出端分别与微控制器I6的4、3、2、1引脚连接;S5、S6、S7、S8的输入端均与微控制器I6的6引脚连接,S5、S6、S7、S8的输出端分别与微控制器I6的4、3、2、1引脚连接;S9、S10、S11、S12的输入端均与微控制器I6的7引脚连接,S9、S10、S11、S12的输出端分别与微控制器I6的4、3、2、1引脚连接;S13、S14、S15、S16的输入端均与微控制器I6的8引脚连接,S13、S14、S15、S16的输出端分别与微控制器I6的4、3、2、1引脚连接。

  如图6所示,指令发送电路的连接原理为:NRF24L01无线通信模块I3的引脚1接地,引脚2接VDD高电平,引脚3~8分别与微控制器I6的端口PA7、PA6、PB13、PB15、PB14、PA5相连,采用SPI方式与微控制器I6进行通信。

  如图2所示,计时计分系统包括微控制器II6,微控制器II6连接有无线通讯模块II5、计时计分显示模块7、交互反馈模块8和电源电路II10,无线通讯模块II5与无线通信模块I 3通过无线通信连接。

  计时计分显示模块7包括数码管显示模块11、OLED显示模块12、蜂鸣器报警模块13、LED状态显示模块14,数码管显示模块11、OLED显示模块12、蜂鸣器报警模块13、LED状态显示模块14分别与微控制器II6连接。

  交互反馈模块8包括按键模块15(包括K1、K2、K3三个按键共同实现)、测距模块16、摄像头模块17、LCD显示模块18,按键模块15、测距模块16、摄像头模块17、LCD显示模块18分别与与微控制器II6连接。

  按键模块15包括K1、K2、K3三个按键共同实现,而且在不同时段三个按键的作用也不相同,但每一步操作过程中均有LCD显示模块18提示,如图9所示,按键模块15的电路连接原理为:将微控制器II6的PA0引脚与按键模块15的K1按键连接,K1按键的另一侧与VDD高电平连接,并设置对应IO端口为输入下拉模式;将微控制器II6的PE4、PE3引脚分别与K2、K3按键连接,K2、K3按键另一侧接地,并设置对应IO端口为输入上拉模式。

  微控制器II6采用STM32F103ZET6芯片(ALIENTEK精英),该芯片不仅具备STM32系列的基本优势,且是一款可验证STM32F103系统所有内部资源的开发板,拥有64K字节的SRAM以及512K字节的闪存存储器,便于数据的接收与处理。

  无线通信模块I3和无线通讯模块II5均采用NRF24L01无线收发器芯片,该芯片免许可证使用2.4GHz全球开放ISM频段,拥有126频道,内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制,采用GFSK调制,集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst协议,可实现点对点、一对六的无线通信,其通信速度最高可达2Mbps。

  OLED显示模块选用0.96寸四针蓝色OLED显示模块,以IIC模式与微控制器II6通信,通过两个断开SCL(CLK时钟)和SDA(MOSI数据)实现控制与数据传输;蜂鸣器报警模块13选用一个有源蜂鸣器模块实现,以低电平方式触发;LED状态显示模块14用以指示系统的运行状态,LED状态显示模块14包括LED0状态显示模块和LED1状态显示模块,如图8所示,LED状态显示模块14的电路连接原理为:微控制器II6的端口PB5、PE5分别与LED0状态显示模块、LED1状态显示模块的阴极相连,LED0状态显示模块和LED1状态显示模块的阳极接VDD高电平。

  数码管显示模块11采用两个四位带时钟显示的共阳极数码管模块,如图7所示,具体的数码管显示模块11的电路连接原理为:将微控制器II6的PG2、PG3、PG4、PG5、PG9、PG1、PG10端口分别与数码管模块11的引脚10、9、8、5、4、2、3相连,数码管显示模块11的引脚1与引脚6共接微控制器II6的PA1端口,空置数码管显示模块11的引脚7。

  LCD显示模块18采用ATK-2.8寸TFTLCD电阻触摸屏模块,通过微控制器II6STM32F103ZET6芯片的FSMC控制TFTLCD显示摄像头模块采集到的图像数据,如图12所示,LCD显示模块18的电路连接原理为:LCD的引脚1~4分别与微控制器II6的端口PG12、PG0、PD5、PD4相连,引脚6~21分别与微控制器II6的端口PD14、PD15、PD0、PD1、PE7~PE15、PD8~PD10相连,引脚22、24、26、27、28接地,引脚25接高电平,引脚29、30、31、33、34分别与微控制器II6的端口PB2、PF9、PF10、PF11、PB1相连。

  测距模块16采用HC-SR04超声波传感器,该传感器工作电压为4.5V~5.5V,静态工作电流小于5mA,感应角度不超过15度,探测距离为2cm~450cm,探测精度可达0.3cm,性能稳定,测度距离精确,模块高精度,盲区小,当需要获取当前比赛得分的距离时,交互反馈模块8会自动调用测距模块16完成测距功能且将数据返回给微控制器II6进行处理,如图10所示,测距模块16的电路连接原理为:将测距模块16的HC-SR04超声波传感器引脚1接高电平供电,引脚2与引脚3分别与微控制器II6的PE2、PB9端口相接,引脚4接地。

  摄像头模块采用OV2640摄像头,为1/4寸CMOS UXGA(1632*1232)图像传感器,具有自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动消除灯光条纹等自动控制功能,支持JPEG和RGB565格式输出,支持UXGA、SXGA、SVGA及按比例缩小到从SXGA到40×30的任意尺寸,可搭配多种分辨率,灵敏度高,灵活性好,OV2640摄像头通过微控制器II6采用的STM32F103ZET6芯片(ALIENTEK精英)开发板板载一个OLED&CAMERA模块接口与微控制器I2采用STM32F103C8T6最小系统连接,当需要获取当前比赛得分的图像时,微控制器II6会自动调用摄像头模块完成的图像数据采集,如图11所示,摄像头模块17的电路连接原理为:将OV2640摄像头模块17的引脚1接地,引脚2接高电平VDD,引脚3~10分别与微控制器I 2的PD3、PA8、PG13、PG14、PC0、PG15、PC2、PC1端口相连,引脚11~17分别与微控制器I 2的端口PC4、PC3、PC6、PC5、PB4、PC7、PB3相连。

  计时计分系统的微控制器II6 STM32F103ZET6(ALIENTEK精英)作为主控芯片,通过获取和验证由NRF24L01无线通信模块II5所接收到的从微控制器I2上发送的指令,再传送给微控制器II6,微控制器II6操控计时计分显示模块7与交互反馈模块8做出响应。

  如图13所示,系统供电电路连接原理为:电源电路I 9、电源电路II 10的BUTTON模块为微控制器I2、微控制器II6的总电源开关,其中BUTTON模块的端口6与AMS1117-3.3V稳压芯片的端口3连接,提供稳定的3.3V电源;BUTTON的端口5与1000mA自恢复保险丝F1连接,用于保护USB。

  本实用新型一种篮球比赛计时计分无线控制系统的工作过程为:

  如图4所示,电源电路I、电源电路II为对系统上电复位,LED模块4、LED状态显示模块的状态指示灯点亮,微控制器I2将NRF24L01无线通信模块I 3设置发送模式,则指令控制系统进入等待指令输入状态;微控制器II6将NRF24L01无线通信模块II5设置为接收模式,计时计分系统进入等待接收状态,待LCD模块18显示系统“初始化完成”信息后,设备初始化完成,进入正常工作状态;正常运行状态下,通过4×4键盘对指令系统输入相应指令,经微控制器I2识别后使LED模块4显示主机指令控制系统的当前状态,并通过无线通信模块I 3向从机计时计分系统发送输入的指令,实现对计时计分系统的无线操控;计时计分系统的无线通讯模块II5接收到由主机指令控制系统传来的数据指令后,传送至从机计时计分系统的微控制器II6,经识别后传送给从机中的相应模块,以使交互式反馈模块8中的摄像头模块17获取赛场视频,并传输给OLED显示模块12实时展示当前比赛现场视频;球员进球时,测距模块16将采集到的距离位置信息输送给微控制器II6,微控制器II6根据相应规则判断本次进球得分后,能使数码管模块11显示当前比赛比分情况与时间信息;能使LED状态显示模块14显示当前从机计时计分系统的状态;若无线控制系统处于工作状态下,需要暂停、调整当前比赛记录,可通过交互式反馈模块8中的按键模块15对微控制器II6输入相应控制指令;若无线控制系统出现故障问题,蜂鸣器报警模块13块将发出警报;比赛进入倒计时状态时,微控制器II6控制数码管显示模块11显示倒计时24s;实现了一款系统操控简单、性能稳定、场地适应性强、具有无线远程控制的实用型篮球比赛计时计分系统。

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