摘要：介紹一種以MC9S08GB32為核心控制器的便攜式無小阻槳頻船速測量儀的設計方案，給出方案設計原理、系統(tǒng)功能特性、硬件及軟件結(jié)構(gòu)。
關鍵詞：MC9S08GB32 加速度傳感器 槳頻船速測量
引言
皮艇、劃艇、賽艇等都是比較重要的水上運動項目。運動員劃槳的槳頻、艇前進的速度等是項目訓練中教練員和運動員最為關注的指標。如果能夠方便、準確地測出這些運動技術參數(shù)，并加以科學的運算、處理、分析，必會對訓練產(chǎn)生很好的指導作用。傳統(tǒng)方法不可避免地增加了水對艇的阻力，對運動員訓練帶來額外負擔。由于傳感器要在水中工作，因此訓練前后的安裝、拆卸非常不便，由于傳感器和控制、電視教學部分分離，因此很難做到較小便攜。此外，由于傳感器輸出通常需要放大、濾波等處理，進一步進大了系統(tǒng)功耗，不便利用在電池供電場合。本文提出的測量系統(tǒng)采用Motorola的低功耗芯片MC9S08GB32作為信心控制器，通過對MMA6262Q型加速度傳感器的信號處理實現(xiàn)船速、槳頻的測量，克服了傳統(tǒng)儀器的諸多弊端。

圖1

1 設計原理及功能特性
本系統(tǒng)利用劃艇時每劃一槳，船體動量會有一增量的原理開發(fā)而成。工作時，微控制器不斷采用加速度傳感器二個方向加速度對應的輸出電壓，然后通過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器得到可運算的數(shù)字量，再經(jīng)過一定算法計算出船速、槳數(shù)和槳頻，最終存儲并顯示這些數(shù)據(jù)。該測量儀具有以下功能特性：
·采用電池供電，系統(tǒng)工作于3.3V電壓，再結(jié)合MC9S08GB32的低功耗工作模式，使系統(tǒng)具有很好的低功耗特性；
·輕小便攜，外形尺寸為75mm×40mm×35mm（長×寬×高），既不會給運動員的劃槳帶來額外阻力，也便于攜帶使用；
·具有自啟動功能，設置好訓練時段后，劃動第一槳時，儀器便自動開始進行測量和記錄，面板的LCD屏將實時顯示訓練時間、槳數(shù)、槳頻、速度等信息；
·運動計時范圍為59分59.9秒（00：00.0～59.9），計時精度為0.1秒，計時到59分59.9秒時可自動返回到00：00.0；
·具有自動關閉功能，若6分鐘之內(nèi)無劃槳操作，MC9S08GB32將自動轉(zhuǎn)入低功耗模式，同時清LCD屏以節(jié)省電源功耗，直至有按鍵按下時才被喚醒，并繼續(xù)下一時段的測量、記錄工作；
·皮艇槳頻測量范圍為60～180槳/分；劃艇槳頻測量范圍為36～100槳/分；賽艇槳頻測量范圍為12～60槳/分。
·槳數(shù)測量范圍為0～9999槳，若計到9999槳將自動返回0并繼續(xù)計數(shù)；
·在每個訓練段的計時范圍內(nèi)，可以記憶整個運動過程中從劃第一槳至劃完最后一槳的總時間，以及這段時間內(nèi)的平均槳頻和總槳數(shù)。可利用按鍵操作依次在LCD屏上顯示整個運動過程的總時間、總平均槳頻、總槳數(shù)。不清屏時，可按需要多次重復顯示；

·具有數(shù)據(jù)存儲功能，對于運動時段數(shù)、運動總時間、總槳數(shù)和槳頻的存儲而言，可以存儲4小時的運動數(shù)據(jù)；對于槳速存儲而言，可以存儲15分鐘的運動數(shù)據(jù)；二種存儲式可以通過按鍵單選擇；
·具有數(shù)據(jù)通信功能，在訓練結(jié)束后，可以選擇將存儲的數(shù)據(jù)通過RS-232傳送到PC，進行相應的運算、處理、分析；
·PC端配有分析處理軟件，能夠接收儀器傳送的數(shù)據(jù)，以直觀、明了的圖形方式繪制各個訓練時段的加速度α（t）、速度v（t）、槳頻f(t)等多種參數(shù)曲線，也能將訓練數(shù)據(jù)保存以供日后分析使用；
·具有電池報警功能，當電池電量不足時不可報警顯示，提示用戶更換電池。
2 系統(tǒng)硬件設計
整個系統(tǒng)以MC9S08GB32型微控制器和MMA6260Q型加速度傳感器為核心，系統(tǒng)電路包括微控制器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源管理模塊、LCD顯示模塊、按鍵功能選擇模塊和PC串口通信模塊。其硬件框圖如圖1所示。
2．1 微控制器模塊
本系統(tǒng)選用的MC9S08GB32型MCU，是Motorola專為智能儀表應用設計的一款高速超低功耗MCU，速度可達20MHz。該MCU最大的特色體現(xiàn)在電源管理上，采用1.8V～3.6V供電，適合于電池供電的應用場合，低功耗模式下僅耗電0.7μA,內(nèi)部電源管理支持電池電壓監(jiān)測、低電壓報警等功能。內(nèi)部8路16位定時器可滿足多種定時需求；32kB片內(nèi)Flash支持在系統(tǒng)、在應用擦寫而無需再擴展外部存儲器；8通道10位ADC；帶有SCI、SPI、I2C接口；56個通用I/O接口，具有內(nèi)部可編程上拉電阻器、大電流吸收能力和邊沿斜率控制能力。儀表啟動后，MCU可對MMA6260Q型加速度傳感器的信號進行處理，進而實現(xiàn)船速、槳數(shù)和槳頻的測量、計算、存儲和顯示。

2．2 數(shù)據(jù)采集模塊
MMA6260Q具有高靈敏度、低噪聲、低功耗等特點。其動態(tài)量程為±1.5g，靈敏度為800mv/g，輸出電壓與加速度成正比。該傳感器可與MC9S08GB32直接接口，其輸出直接送至MC9S08GB32的片內(nèi)10位ADC。MC9S08GB32片內(nèi)ADC的工作電壓為3.3V，工作頻率達2MHz，10位ADC對于加速度的分辨率可