基于指纹识别的往返跑控制系统

河南科技学院

2013届本科毕业论文（设计）

论文题目：基于指纹识别的往返跑控制系统

学生姓名： 张梦杰

所在院系： 机电学院

所学专业： 应用电子技术教育

导师姓名： 邵锋

完成时间：2013年05月18日

摘 要

在传统的往返跑体育训练和比赛中,教练或者裁判以观测掐表的方式来测取运动员成绩,这样不仅存在较大的误差,甚至误判,而且工作人员劳动强度大和效率低。为解决这些难点，系统采用以简单易用的ZFM-206指纹识别模块采集运动员信息，以成本较低、应用广泛、易于程序烧录的STM32F103C8T6和ATMEL89S51为核心控制，以测量范围广、检测时间短、精度高的激光扫描运动员的通过信息，以功耗低、方便实用的nRF905射频收发器进行起点与折返点的通信，以LED显示电路进行计数与显示，来自动且精准的完成运动员的成绩测试。这样既可减轻教练或裁判的工作量，又能提高了工作效率与质量。

关键字：往返跑，激光扫描，指纹识别，通讯，nRF905

Abstract

Sports training and competition in the traditional shuttle run, coach or referee is measured observation pinch table to take the athletes' performance, so that not only there is a big error, or even miscarriage of justice, and the labor intensity and low efficiency. In order to solve these difficulties, the system uses the ZFM-206 easy-to-use fingerprint recognition module acquisition athletes, as the core control to lower-cost, widely used, the easy program burn STM32F103C8T6 and ATMEL89S51, wide measurement range, short detection time high precision laser scanning athletes through information, low power consumption, convenient and practical nRF905 RF transceiver starting point turnaround point communication count and display, LED display circuit, automatic and accurate completion of athletes testing . This will lighten the workload of the coach or referee, but also improve work efficiency and quality.

Keywords: shuttle run, laser scanning, fingerprint recognition, communication, nRF905

目 录

1 绪论 ............................................................................................................................................... 1 2 系统总体设计方案 ..................................................................................................................... 1 2.1 起点控制系统 ...................................................................................................................... 1 2.2 折返点控制系统 .................................................................................................................. 2 3 各单元电路设计 ......................................................................................................................... 2 3.1 电源电路设计 ...................................................................................................................... 2 3.2 指纹识别电路设计 ............................................................................................................. 3 3.2.1 ZFM-206模块简介....................................................................................................... 3 3.2.2 ZFM-206模块工作原理 .............................................................................................. 3 3.2.3 ZFM-206模块硬件设计 .............................................................................................. 4 3.3 单片机的选用及最小系统设计设计 ............................................................................... 5 3.3.1 起点单片机控制电路设计 ......................................................................................... 6 3.3.2 折返点单片机控制电路设计 ..................................................................................... 6 3.4 激光扫描电路的设计 ......................................................................................................... 7 3.4.1 激光发射管与光敏接收管的选择 ............................................................................ 8 3.4.2 激光扫描电路的设计与工作原理 ............................................................................ 8 3.5 计时显示模块的电路设计 ................................................................................................ 8 3.5.1 74LS245芯片介绍 ....................................................................................................... 9 3.5.2 四位数码管显示模块 .................................................................................................. 9 3.5.3 数码管的驱动方式 .................................................................................................... 10 3.6 无线传输模块的电路设计 .............................................................................................. 10 3.6.1 nRF905模块简介 ....................................................................................................... 11 3.6.2 无线传输模块系统的硬件设计 .............................................................................. 12 3.6.3 无线传输模块系统的软件设计 .............................................................................. 13 4 辅助电路的设计 ....................................................................................................................... 14 5 系统软硬件调试 ....................................................................................................................... 15 5.1 起点设备调试 .................................................................................................................... 15 5.2 折返点设备调试 ................................................................................................................ 15 6 结束语 ........................................................................................................................................ 15 致谢 ................................................................................................................................................. 16 参考文献 ........................................................................................................................................ 17 附录 1 电路总图 ......................................................................................................................... 18 附录 2 部分子程序 ..................................................................................................................... 20

1 绪论

随着社会的发展、科技的进步，人们生活水平不断的提高，人们在追求舒适生活的同时，也没有忘记对身体素质的提高。尤其是2008年北京奥运会的成功召开，人们已把体育运动当做成一种时尚来追求，而跑步更是人们所青睐的运动之一。所以，很多集体场所（例如学校、军队、体育场等）出现了跑步训练热潮，且对于训练的成绩测试也有了越来越高的要求。人们采取各种各样的训练与成绩测试，大多方法并不系统也不专业，例如人们用肉眼观察掐秒表的方式来进行对运动员的成绩考核，这些人力考核方式给教练或裁判较大的工作量，且不能有效的准确的测取运动员的成绩。针对这些问题，本文设计的系统要求具有自动程度高、测取成绩精确、劳动量小、成本低且方便实用等特点。

2 系统总体设计方案

根据控制要求,该控制系统要对运动员是否通过起点与折返点的信息进行实时监控,那么就必须将控制系统分为起点与折返点两部分。因为系统要求具备自动身份识别功能，所以在起点设备中装备了指纹识别系统,通过无线传输模块，达到起点与折返点的实时通讯，从而完成往返跑自动控制。 2.1 起点控制系统

起点设备主要有起点激光发射器和起点激光接收器两大部分组成。我们在起点接收器上装备上指纹识别系统对运动员的指纹信息进行采集，当运动员通过起点时，起点的激光扫描电路扫描到运动员的通过信息，起点接收器将这个信号传送到对应的CPU内部进行处理。与此同时，起点CPU同时发出对计时显示电路和起点无线收发器的对应指令，计时显示电路开始计时，并且起点无线收发器将相对应的数据通过无线传输模块发送给折返点设备。起点设备系统设计方框图如图1所示。

起点发射器 无线 传输 模块 起点激光发射模块 起点激光接收模块 CPU 指纹识别模块 计时显示 模块 起点接收器 图 1 起点控制系统方框图

1

2.2 折返点控制系统

折返点设备跟起点设备较为相似，折返点不需要指纹采集模块与计时计数电路。它也包括折返点发射器和折返点接收器两大部分。当运动员通过折返点，折返点的激光扫描电路扫描到运动员的通过信号，折返点接收器将这个信号传送到对应的CPU内部进行处理,同时发送指令给对应的折返点无线传输模块，折返点收发器将相对应的信号通过无线传输送给起点设备。折返点设备系统设计方框图如图2所示。

折返点发射器 无线传输模块 CPU 折返点激光发射模块 折返点激光接收模块 折返点接收器 图 2 折返点控制系统方框图

3 各单元电路设计

3.1 电源电路设计

在本文设计的控制系统中，由于涉及到很多模块需要单独的供电模块，结合到实际中应用，可将生活中较容易获取的干电池电压，经过MS1117-3.3串联线性稳压芯片，结合电容滤波后得到更为平稳的3.3V电压，用来为本系统中指纹识别模块和无线传输模块供电。其原理图如图3所示。C34、C36、C35、C33都是滤波电容，LED0为电源工作指示灯。

图 3 电源电路

2

trxce=1; delay(3000); while(panduan()==0) { while(K1==1) { TR1=1; } }; trxce=0; delay(50); csn=0; delay(1); write(0x24); for(i=0;i<4;i++) { num[i]=read(); delay(1); } csn=1; if(num[0]==0x11) { g=1; mg=0; num[0]=0; TR0=1; } }

while(g==1) { while(K1==0&&g==1) { init_1(); txen=0; trxce=1; delay(3000); while(panduan()==0) { if(K1==1) { mg=1; break; } };

22

trxce=0; delay(50); csn=0; delay(1); write(0x24); for(i=0;i<4;i++) { num[i]=read(); delay(1); } csn=1; if(num[0]==0x44) { g=0; num[0]=0; } }

if(mg==1) { g=0; TR0=1; TR1=1; init(); trxce=0; txen=1; delay(10); csn=0; delay(5); write(0x20); for(i=0;i<4;i++) { write(dat[i]); } csn=1; delay(10); csn=0; delay(5); write(0x22); for(i=0;i<4;i++) { write(add[i]); } csn=1; delay(500);

trxce=1; txen=1; delay(10); trxce=0; delay(500); delayms(300); } } } }

void write(uchar dat) {

uchar i;

databuffer=dat; for (i=0;i<8;i++) { if ((databuffer&0x80)==0x80) { mosi=1; } else if((databuffer&0x80)==0x00) { mosi=0; } sck=1; databuffer=databuffer<<1; sck=0; } }

uchar read(void) {

uchar j,dat=0x00; for (j=0;j<8;j++) {

dat=dat<<1; sck=1; if (miso) { dat=dat|0x01; } else { dat=dat&0xfe; }

23

sck=0;

} return dat; }

void init() { pwrup=1; trxce=0; am=0; sck=0; txen=0; cd=0; dr=0; csn=1; }

void init_1() { pwrup=1; trxce=0; am=1; sck=0; txen=0; cd=1; dr=1; csn=1; }

void initrfconfig() { trxce=0; delay(10); csn=0; delay(5); write(0x00); write(0x4c); write(0x0c); write(0x44); write(0x04); write(0x04); for(i=0;i<4;i++) { write(add[i]); }

write(0x58); delay(5); csn=1; delay(10); }

uchar panduan() {

if((dr==1)&&(trxce=1)&&(txen==0)) }

void delayms(uint x) { uint y; while(x--) for(y=120;y>0;y--); }

{ return 1; } else { return 0; } }

void delay(uint z) {

uint i,j;

for(i=0;i

void T0_INT() interrupt 1 {

TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%6; led=!led; if(++s1==12) { s1=0; TR0=0; } }

void T1_INT() interrupt 3 {

TH1=(65536-20000)/256; TL1=(65536-20000)%6; spk=!spk; if(++s2==30) { s2=0; TR1=0; }

24

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zouf.html