长跑圈数自动计数电路系统

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  由于学校面积有限,通常运动场跑道一圈只有250米,在长跑测试时经常会搞错圈数。因此学校开运动会时,必须设置专人一对一地记录每位运动员跑的圈数相当麻烦。于是我们经过研究,设计并制作了一款简易的长跑圈数自动计数电路系统。
  为了实现方便地记录长跑圈数,我们设想了许多方案。
  方案一:利用电子计算器
  
  我们将计算器改装,从数字按键后面引出两根导线,再与一个开关连接起来,让1-9每个数字分别对应一位运动员。运动员每跑过一圈就按一次开关,裁判员可根据显示屏上数字的多少来判断此时运动员已跑的圈数。如数字2222表示2号运动员实际跑了4圈,而数字66666就说明6号运动员跑了5圈,以此类推。有几位运动员就必须准备几个这样经过改装的计算器。
  但是,这个装置也有缺陷。由于数字0不起作用,所以最多只能同时使用9个计算器。运动员可能一次输入两个数字,造成计数误差。另外,用数数字个数的方式记录圈数还是有点不方便。
  方案二:利用手动机械计数器
  
  后来我们通过查询资料,发现了一款价格低廉的手动机械计数器。该计数器上有一个按钮,每按一次,内部的数字就会进一位。该计数器是机械齿轮结构,因而不会像电子计算器那样出现误操作。但由于是机械弹性按钮,按压时需要非常用力,所以我们设想将按钮变大、变长,从而让运动员按起来更方便、省力。
  上面两种方案都需要运动员自己去按按钮。但这样的话,运动员又兼任了裁判员,既不合规,又可能影响成绩。于是,我们想到了电子计数器。
  方案三:利用信号传输式电子计数器
  
  受遥控电动大门的启发,我们设想利用无线数字信号传输和接收系统来实现计数。该系统包括无线信号发射器和无线信号接收显示器两部分。
  无线信号发射器置于运动员身上,不断向外发射含有编码的无线信号。无线接收器可放置在终点记录台上,并设置它只能接收到一定距离内(例如半径10米内)的信号。当携带发射器的运动员进入接收器范围内时,含有相同编码的接收器就会收到信号,其内部的计数器便进位计数。不同组的发射器和接收器,须设置不同的编码以避免相互干扰。
  这个方案采用了自动化设备,只要电路设计得当,其计数结果应该是可靠的。于是,我们选择了该方案来试制。
  材料:
  
  
  通用无线信号315MHz(或433MHz)发射和接收模块各1个,PT2262编码集成电路1个,PT2272解码集成电路1个,数字集成电路CD4013、CD4510、CD4511各1个,数码显示管1只,实验线路板2块,其它小元件若干。
  制作无线信号发射器
  将无线信号发射模块、PT2262编码集成电路、1.5M电阻按照电路图所示焊接起来,接通3V以上电源即可工作。A0-A7为地址端,适当接电源正(高电平)或负(低电平)以产生不同编码。D0-D3为数据端,空置即可。
  制作无线信号接收显示器
  
  1、制作无线接收与解码电路
  该电路由无线信号接收模块、PT2272编码集成电路、270K电阻和信号指示发光二极管(串联一个1K电阻)共同组成。PT2272的地址端也是A0-A7,其接电源正负必须与PT2262保持一致,这样才能保证解码有效,使17脚有脉冲信号输出。该信号输出到下一级脉冲信号延时电路。
  
  2、制作脉冲信号延时电路
  
  该电路核心元件是双D触发器CD4013,与一个5M可变电阻、1个三极管、1个4.7K电阻、1个10μF电容,共同组成延时电路。调节可变电阻即可改变延时时间,经延时的脉冲信号最终输出到计数电路。
  3、制作计数电路
  
  此电路由计数器CD4510来完成。外围元件只需一个1K电阻和一个用于清零的开关。其工作原理为:电路清零后,当其得到一个延时脉冲信号时,计数器便会执行加计数,输出端Q1-Q4的数据变为0001,再接收一个信号它就变成0010,依次类推。然后,它将数据输送给数码驱动电路。
  4、制作数码驱动电路
  
  该电路使用了译码驱动器CD4511。外部元件仅需7个用于限流的1K电阻,将他们与数码显示管对应的笔画端连接起来,即可正常显示数字。如,当来自计数电路CD4510的输入信号数据为0010时,经CD4511内部译码后使相应的笔段为高电平,然后驱动显示部件发光而显示对应的数字2。
  制作完成后,我们将整个系统进行了测试,结果信号传输效果很好,装置反应也非常灵敏。不过接收距离超过了20米以上,不符合我们的要求。于是,我们将接收器的电压降至4.5V,接收距离也随之减少至10米以内。
  
  当然,发射器的电压也不能太高,否则也会增大发射距离,一般选择在3V~4.5V之间为宜。为了减轻运动员的负载,也可以选用纽扣电池。
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