陈凯 莫懿尚 李燚 尹文刚
武警警官学院 四川省成都市
摘要：针对传统双杠调节耗时耗力的突出问题并结合《军事训练大纲》要求，本文设计一款自适应式智能双杠训练与考核系统，能满足目前官兵训练的实际需要。系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，其外围电路分为高度调节模块、宽度调节模块、红外感应模块、按键输入模块、IC感应模块、抓拍模块、LED显示模块。首先IC感应模块读取个人IC卡高度与宽度数据并于显示屏中显示，若数据符合自身需求则直接按下调整键，双杠自动调节；若不符也可通过调节按键手动调节，按下调整键，双杠自动调节。然后，参训者在训练时一旦触发双杠中的红外感应模块，抓拍模块立刻抓拍训练者动作，并保存在电脑中，为训练水平提高提供了依据，也保证了考核的公平性，满足了科学练兵的要求。
关键字： 双杠；STC12C5A60S2；高度调节
引言
本次课题是基于目前部队配发的双杠训练器械自动化水平低、结构单一、调节耗时长、人力投入多、环境制约大等制约因素，不利于不同个体展开训练的现状而提出的一款智能双杠训练与考核系统。在设计之前充分了解并研究目前部队双杠训练所存在的问题，因此设计也更符合官兵的实际需要。从官兵反馈来看，既为一线官兵训练开展提供了器材保障，也体现了科技生成战斗力的准则，能更好的服务于一线武警官兵，响应召之即来、来之能战、战之必胜的号召。
1 系统总体结构设计
为了完成系统的功能要求，对各个元器件进行研究对比，最终确定了系统以STC12C5A60S2为基础，结合高宽度调节模块、触发模块、RFID模块、LED显示模块、抓拍摄像头。
1.1主控模块设计
本文采用STC12C5A60S2单片机为主控芯片，STC12C5A60S2是宏晶科技生产的单时钟机器周期(1T)的单片机。与传统8051单片机相比，它运行速度更快、功耗更低、抗干扰更强、兼容性更好，而且指令代码可以完全兼容传统8051，速度更快8-12倍，增添两个定时器，具备PWM功能，中断优先级有四种状态可定义。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，主要用于电机控制与强干扰场合。内置大容量FLASH只读存储器,只需用电的方式就可瞬间实现对数据的擦除和改写，并且可通过串口对程序进行烧写。就本设计而言，要实现的功能较多，需要存储、处理大量的程序，选择STC12C5A60S2将能满足功能需求，实现本设计的要求。其引脚图如图2所示。
1.2RFID模块的设计
MFRC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高度集成度读写卡系列芯片中的一员，是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片非接触式智能卡。MFRC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE系列产品。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C或串行UART模式之一，减少了连线，降低了成本，为智能仪表和便携式手持设备的研发提供了较好解决办法其电路原理图如图3所示。
1.3宽度调节模块的设计
MG90S数字舵机的伺服控制器采用数字电路，拥有MCU与晶振，能够以300Hz的频率将动力脉冲发送到马达，使马达转得更快。MG90S数字舵机在加速与减速时更加迅速、更加柔和，提供更高的精度和更好的固定力量。
1.4高度调节模块的设计
本系统采用直线式电动推杆集成了伺服电机、伺服驱动器、高精度滚珠丝杆或行星滚珠丝杆、模块设计等技术，整个电动推杆结构紧凑。伺服电机与电动缸的传送丝杆通过联轴器相连接，使伺服电机的编码器直接反馈电动缸的活塞位置，减少了中间环节的惯量和间隙，提高了整体的控制性能与控制精度，具有相应速度快、控制精准、节能高效、传动效率高等。模块电路图如图3。
1.5 显示模块设计
本系统采用淘晶驰串口显示屏代替传统的段码液晶屏，直接与主控芯片通过串行通信交换信息。其具有全彩显示和触控功能能够增强视觉效果和使用便捷性，且刷新速度极快、工作状态稳定和显示内容丰富极适用于各种复杂环境的信息显示输出。
2 系统软件设计
根据系统的硬件设计和功能要求，系统软件包含单片机内主程序与五个软件子程序。其中，子程序分别为为按键模块子程序、显示模块子程序、RFID模块子程序、高宽度调节子程序、抓拍模块子程序。
当系统上电以后，主程序开始运行。首先对各个变量和各模块进行初始化。然后进入初始化主页面：学号栏、高度栏、宽度栏显示为空，然后RFID模块感应IC卡数据并在显示屏中显示。紧接着系统对4*4键盘进行按键扫描。当扫描到按下确认键后，系统向调宽模块与调高模块发送使能信号与方向信号进行双杠调节；当检测到按下设置键后，系统进入参数设置页面显示三个选项：人员添加、人员删除、抓拍模式。在此页面下系统检测到按下1键后，显示屏显示抓拍模式页面，然后选择触发或定时模式；当系统检测到按下2键后，显示屏显示人员添加页面，然后对人员、高度、宽度参数进行设置，紧接着系统扫描到按下确认键后，系统向RFID模块发射使能信号，RFID模块对IC卡信息进行修改；当当系统检测到按下3键后，显示屏显示人员删除页面，然后系统控制RFID模块对人员信息进行删除。系统在检测到确认键按下后，系统向调宽模块与调高模块发送使能信号与方向信号进行双杠调节，并向抓拍模块发射数据信号，对人员动作进行抓拍并存储于存储卡中。其主函数流程图4所示。
3 结束语
本文针对传统双杠调节耗时耗力的突出问题，以STC12C5A60S2单片机为主控芯片，通过高宽度调节模块、触发模块、RFID模块、LED显示模块、抓拍摄像头结合设计了一款自适应式智能双杠训练与考核系统，该系统采用简单、便捷的自动化调节系统对解决武警部队双杠调节问题具有一定的实际应用价值。
参考文献
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