基于激光扫描的智能往返跑控制系统设计(编辑修改稿)

基于激光扫描的智能往返跑控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

考数据 参数 数值 单位 最低工作电压 v 最大发射功率 10 dBm 最大数据传输率曼彻斯特编码 50 kbps 输出 功率为 10dBm时工作电流 9 mA 接收模式时工作电流 mA 温度范围 40 to +85 ℃ 典型灵敏度 100 dBm POWERDOWN 模式时工作电流 uA 无 线传输模块电路设计 收发器电路板则由 nRF905 芯片和各分立元件构成。 nRF905 芯片内置高性能增强型 51 单片机（ 4lock），内带 4 路 ADC12bit 高速采样，全部高频元件集成；最大发射功率达 +10dBm，高抗干扰 GFSK 调制；数据传输速率 100kbps、独特的载波监测输出、地址匹配输出和就绪信 号输出；内置完整的通信协议和 CRC，只需通过 SPI 即可完成所有的无线收发传输，无线通信如同 SPI 通信一样方便。 另外天线直接设计在 PCB 电路板上，以提高系统的稳定性。 （如图 7） 8 图 7 nRF905 印刷板上带环形天线的典型应用电路 由于 nRF905 具有 ShockBurst TM 功能，使得 nRF905 不需要使用昂贵的高速微控制处理器（ MCU）对数据处理 /时钟恢复，也能达到较高的数据率。 通过在芯片上将所有的高速信号处理变为射频通信协议， nRF905 芯片提供了一个具有微控制器能力的 SPI 接口，数据率由具有微控制器功 能的接口速率自行设定。 在此次设计中，无线传输模块 nRF905 可以和单片机的 P 口直接链接，不需要特殊的接口，在接 P0 口时要接 10k 的上拉电阻， VCC 工作电压要稳定在 之间，本次设计使用的是 电源，用电压转换芯片 实现。 设计中的链接示意图如图 8 所示。 R1110kR1210kVCC5VGND1VCC2TRXEN3TRXCE4PWRUP5uPCLK6CD7AM8DR13GND14GND9MISO10MOSI12CSN11SCKJP1 nRF905EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)2345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1AT89S52 图 8 单片机与 nRF905 连接 T R X _C E1P W R _ U P2u P C L K3VDD4V S S5CD6AM7DR8VSS9MISO10MOSI11SCK12CSN13XC114XC215VSS16VDD17V S S18V D D _P A19A N T 120A N T 221V S S22IR E F23V S S24VDD25VSS26VSS27VSS28VSS29VSS30DVDD_1V231TXEN32U1R F 90 5C11 0n FC23 3P FC44 .7 n FC 1 22 2P FC 1 32 2P FC33 3p F C83 .3 n FC62 7p FC73 .9 p FC 1 06 .8 p FC 1 14 .7 p FC52 7p FC91 80 p FR21MR12 2KD11 6MVDDVDDVDDT X E NT R X _C EP W R _ U Pu P C L KCDAMDRS P I _ M IS OS P I _ M O S IS P I _ S C KS P I _ C S NGNDGNDGNDGNDGND nRF905 在正常工作前应由 AT89S52 先根据需要写好配置寄存器，其后的工作主要是两个：发送数据和接收数据。 [4] 发送数据时， AT89S52 先把 nRF905 置于待机模式 (PWR_UP 引脚为高、 TRX_CE 引脚为低 )，然后通过 SPI 总线把发送地址和待发送的数据都写入相应的寄存器中，之后把 nRF905 置于发送模式 (PWR_UP、 TRX_CE 和 TX_EN 全为高 )，数据就会自动通过天线发送出去。 为了数据可靠地传输，将射频配置寄存器中的自动重发标志位 (AUTO_RETRAN)设为有效，数据包重复不断地一直向外发，直到单片机 AT89S52 把 TRX_CE 拉低，退出发送模式为止。 接收数据时， AT89S52 把 nRF905 的 TRX_CE 引脚置为高电平， TX_EN 引脚拉为低电平后，就开始接收数据。 本设计中 AT89S52 设定的 40s 内一直在检测 nRF905 的 DR 引脚是否变高，若为高，则证明接收到了有效数据，可以退出接收模式，若一直没有接收到，待时间到时也退出接收模式。 退出后在待机模式等待， AT89S52 通过 SPI 总线把 nRF905 内部的接收数据寄存器中的数据读出，即接收到的有效数据。 电源模块 LM117 电压转换芯片介绍 LM1117 是一个低压差电压调节器系列。 其压差在 输出，负载电流为800mA 时为 LM317 有相同的管脚排列。 LM1117 有可调电压的版本，通过 2 个外部电阻可实现 ～ 输出电压范围。 另外还有 5 个固定电压输出（ 、 、 、 和 5V）的型号。 LM1117 提供电流限制和热保护。 电路包含 1 个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在177。 1%以内。 LM1117 系列具有 LLP、 TO26 SOT22TO220 和 TO252 DPAK 封装。 输出端需要一个至少 10uF 钽电容来改善瞬态响应和稳定性。 其实物及接口电路如图 9 所示。 表 3 LM1117 系列芯片的特性 1 提供 、 、 、 5V和可调电压的型号 2 节省空间的 SOT223 和 LLP 封装 3 电流限制和热保护功能 4 输出电流可达 800mA 5 线性调整率： %（ Max 6 负载调整率： %（ Max） 7 温度范围： － LM1117： 0℃ ~125℃ － LM1117I： 40℃ ~125℃ 10 表 4 LM1117 系列芯片的应用 1 SCSI2 有源终端 2 开关 DC/DC 转换器的主调压器 3 高效线性调整器 4 电池充电器 5 电池供电装置 GND1OUT2VIN3U3 图 9 电源模块电路设计 本设计中单片机工作电压采用四节 的电池供电，而由于无线模块的正常工作电压是 ，故采用电压转换芯片 来实现。 电路如图 10 所示： 1 2L1+C410uF+C510uFVCCGNDC610uFGND1OUT2VIN3U3 图 10 电源模块 计时显示模块 4 位 LED 数码管介绍 本系统设计的显示电路是为了给 供测评员实时时查看计时时间 而设置的，因此采用 4位数码管显示（如图 12）。 四位数码管，内部的 4个数码管共用 a~dp这 8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里 面有 4个数码管（内部结构如图 11所示），所以它有 4个公共端，加上 a~dp，共有 12个引脚，下面便是一个四位数码 管的内部结构图。 引脚排列依然是从左下角的那个脚（ 1 脚）开始，以逆时针方向依次为 1~12 脚，下图中的数字与之一一对应。 [5] 图 11 4 位数码管内部结构 数码管的显示分为两种，静态显示和动态显示。 在多位 LED 显示时，为了简化电路，降低成本，将所有的段选线并联在一起，由 8 位 I/O 口控制。 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动（如图 13）。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光 二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 图 12 位数码管实物图 12 图 13 位数码管动态显示接口电路图 74HC573 芯片 74HC573芯片是八进制 3态非反转透明锁存器，它是一种高性能硅门 CMOS器件。 SL74HC573跟 LS/AL573的管脚一样，器件的输入是和标准 CMOS 输出兼容的，加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼 容。 实物及管脚排列如图 14所示。 当使能端为高时，这些器件的锁存对于数据时透明的（也就是说输出同步）。 当锁存使能端变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。 其输出能直接接到 CMOS、 NMOS 和 TTL 接口上，操作电压范围是 ~ ,低输入电流是， 具有 CMOS 器件的高噪声抵抗性。 图 14 74HC573实物及管脚排列 表 5 74HC573芯片功能表（如下） 输入 输出 输出使能 锁存使能 D Q L H H H L H L L L L X 不变 H X X Z X=不用关心 Z=高阻抗 表 6 74HC573的最大值范围 符号 参数 值 单位 Vcc DC 供电电压（参考 GND） ～ + V Vin DC 输入电压（参考 GND） ～ VCC+ V Vout DC 输出电压（参考 GND） ～ VCC+ V Iin 每一个 PIN 的 DC 输入电流 20 mA Iout 每一个 PIN 的 DC 输出电流 35 mA Icc DC 供电电流， Vcc 和 GND 之间 75 mA PD 在自然环境下， PDIP 和 SOIC 封装下的功耗 750 500 mW Tstg 存储温度 65～ +150 ℃ TL 引线温度， 10秒（ PDIP， SOIC） 260 ℃ 计时显示电路设计 计时显示模块主要是在考核过程中实时记录考核人员完成任务的时间，在此设计中利用 74HC573 和 4 位数码管进行显示，从考核人员通过起跑点开始计时，完成折返次数后停止计时，并显示往返跑所用时间。 连接电路如图 15 所示： 1 2BATTERY5V12345678161514131211109RP1GNDGNDR310KR410K1122DEA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)。