CN107115658A - 一种基于Zigbee技术的篮球计分方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Zigbee技术的篮球计分方法及装置，该装置包括Zigbee协调器和STM32处理器，所述的Zigbee协调器由第一路计分节点和第二路计分节点组成，第一路计分节点和第二路计分节点通过Zigbee无线网络与STM32处理器实现通信，STM32处理器通过FSMC接口与液晶显示屏连接。本发明通过Zigbee技术对信息进行获取和处理，并结合ARM7架构的STM32单片机把篮球计分装置做得更加智能化，脱离了传统的校园篮球计分装置的局限性，通过组网的方式就可以实现篮球计分节点的增加与减少；裁判可以很方便地通过实际需求修改计分节点的数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Zigbee技术的篮球计分方法及装置，属于篮球计分技术领域。
背景技术
随着嵌入式技术的应用与发展，生活中越来越多的地方运用了嵌入式技术。不论航空航天还是校园里面的刷卡系统，嵌入式技术都是随处可见的。为了丰富学校的业余活动，锻炼同学们的身体，学校经常会组织一些篮球比赛，通过计分来辨别胜负。每一场比赛都需要配备两个同学专门计分，在炎热的夏天非常辛苦，而且容易记错带来不必要的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够自动完成计分、且计分准确的基于Zigbee技术的篮球计分方法及装置，从而替代人工计分，省时省力。
本发明的技术方案：一种基于Zigbee技术的篮球计分方法，首先由整合在网关内的Zigbee协调器的节点组建一个Zigbee无线网络，终端节点会自动搜索空间中的Zigbee无线网络，找到后加入到该网络中，当获得某一个菜谱节点的数据时，通过Zigbee无线网络将篮球比赛的两路计分节点信息上传给STM32处理器，由STM32处理器对该节点信号进行分析与处理，并将结果在液晶显示屏进行相应的显示。
上述方法中，所述Zigbee协调器为CC2530协调器，CC2530协调器上电后首先对CC2530进行初始化，然后创建一个无线网络，选定一个PAN ID作为协调器的网络标识，创建路由表，然后对外发布广播帧，通知传感器节点可以加入该网络，当有子节点申请加入时，为每一个子节点分配地址，需要进行比赛分数采集时，网络协调器发出分数采集指令，并将分数发送到STM32处理器。
上述方法中，所述CC2530协调器将每一路采集的压力信息，通过以Zigbee网络进行数据发送，CC2530协调器采用星型网络与各节点间通信的实现。
上述方法中，所述CC2530协调器通过NLMENETWORKFORMATIONrequest原语来组建一个新网络，协调器上电后，首先初始化协议栈，然后网络层通过发送MLMESCAN原语到MAC层对各个候选信道的峰值能量进行检测扫描，结果通过MLMESCANconfirm原语返回，协调器利用这一信息选择所需信道，选择信道后，则建立一个自己的网络并选择一个唯一的PAN标识符，并通过MLME原语将其写为MAC层的MACPANID属性，一旦选定了PAN标识符，就说明已经建立了网络，此时网络层管理实体向MAC层发出MLMESTART原语开始运行新的网络，此后即可允许终端节点的Zigbee设备与其连接，接受它们传输的各节点的数据。
上述方法中，终端节点上电后，首先应用层向网络层发送NLME_NETWORK_DISCOVERY原语，原语中包含需要扫描的信道参数和扫描时间参数，网络层收到原语后，向MAC层发送MLME_SCAN_request原语请求MAC层执行主动扫描，MAC层在扫描过程中一旦接收到有效长度不为零的信标，将向网络层发送MLME_BEACON_NOTYFY_indication原语，网络层接收到原语后向应用层发送NLME_NETWORK_DISCOVEIW_confirm原语，收到该原语后，应用层即得到了当前邻近的网络情况，选择一个网络加入，然后发送NLME_JOIN_request原语，设置欲加入的网络PAN标识符参数，接着网络层向MAC层发送MLME_ASSOCIATE_request原语用于连接网络，如果连接成功，网络层将收到MLME_ASSOCIATE_confirm原语确认网络连接成功，并把新连接的设备增加到邻接表中，接着网络层向应用层发送MLME_JOIN_confirm原语，终端设备成功加入网络，终端采集节点加入网络成功后，它即通过CC2530协调器发送的信标与CC2530协调器实现同步，开始按周期采集各自数据值，并将数据传送给CC2530协调器。
上述方法中，每个篮球框上安装2个超声波测距模块，调节测量距离为半球场，设定球离测距模块的距离范围来计分，所述的超声波测距模块具有一个发送端和一个接收端，当发送端发送的超声波碰到篮球，返回波通过接收端接收，以此实现对篮球距离的测量，当测试距离大于3分线距离则计入3分，小于或等于3分线距离则计入2分。
同时，本发明还提供一种基于Zigbee技术的篮球计分装置，包括Zigbee协调器和STM32处理器，所述的Zigbee协调器由第一路计分节点和第二路计分节点组成，第一路计分节点和第二路计分节点通过Zigbee无线网络与STM32处理器实现通信，STM32处理器通过FSMC接口与液晶显示屏连接。
上述篮球计分装置中，所述的STM32处理器通过UART串行接口与上位机连接。
由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：本发明通过Zigbee技术对信息进行获取和处理，并结合ARM7架构的STM32单片机把篮球计分装置做得更加智能化，脱离了传统的校园篮球计分装置的局限性，通过组网的方式就可以实现篮球计分节点的增加与减少；裁判可以很方便地通过实际需求修改计分节点的数量(组网数量)。同时，本设计通过对无线传感器网络的应用，以篮球为应用对象，设计了基于STM32处理器的Zigbee无线多计分节点装置设计，完成了基于Zigbee网关的I/O模块的硬件原理设计，通过对Zigbee协议栈的分析并结合CC2530的应用进行了该装置的整体软件设计，实现了对采集到的计分信息进行实时传输与记录，解决了传统手动计分方式，避免了手动带来的错误。因此，本发明的篮球计分装置具有很大的实际应用价值，投入篮球比赛将会带来很大的方便。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明中电源模块电路图；
图3为本发明中UART串行接口电路图；
图4为本发明中JTAG调试接口原理图；
图5为本发明中STM32F103ZET6芯片的引脚图；
图6为本发明中按键的电路示意图；
图7为本发明中LED灯的电路示意图；
图8为本发明中FSMC接口原理图；
图9为本发明的系统流程图；
图10为本发明的点菜流程图。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的实施例：如图1所示，本发明的一种基于Zigbee技术的篮球计分装置，包括Zigbee协调器1和STM32处理器3，所述的Zigbee协调器1由第一路计分节点1.1和第二路计分节点2.1组成，第一路计分节点1.1和第二路计分节点2.1通过Zigbee无线网络2与STM32处理器3实现通信，STM32处理器3通过FSMC接口与液晶显示屏4连接。所述的STM32处理器3通过UART串行接口与上位机5连接。
上述装置说明：Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术，该模块选用了TI公司的CC2530芯片来设计，在片内集成了8位的8051MCU，自带了AD、定时器、协同处理器等资源。该模块性价比高，而且使用寿命长，非常适合用在本设计上。
为构建一个完整的Zigbee协调器，外围电路需要32MHz晶振XTAL1为内部微处理器提供时钟源，射频部分需要有高精度的电感(L321、L331、L341)、电容(C341)和PCB微波传输线来匹配RF输入输出的阻抗。其中CC2530的串口引脚(P0_2和P0_3)与STM32的UART1串口1(PA_2和PA_3)引脚相连。
1、电源模块是给整个系统进行供电，通过稳压芯片稳定电压，其电路图如图2所示；
2、为了实现STM32处理器3与上位机5的通信，即将协调器采集到的数据输给计算机，方便裁判员对比赛分数的记录与处理，还设计UART串行接口电路，其电路如图3所示；
3、采用JLINK V8做程序的下载与在线仿真，方便管理员对菜谱进行功能修改，采用了20针标准JTAG调试接口，可以直接和JLINK、ULINK等仿真器连接，其接口原理图如图4所示；
STM32处理器3采用Cortex-M3内核，是一种将数据存储和程序指令存储分开的哈佛体型结构，不仅支持Thumb-2指令集，而且拥有很多新特性。Cortex-M3拥有强劲的性能、高的代码精度、位带操作、可嵌套中断、低成本、低功耗等众多优势。与传统的51单片机相比，STM32处理器3内部SRAM比很多51单片机的FLASH还多；其他外设就更不用说了，STM32处理器3具有绝对的优势。并且STM32处理器3的价格与51也是相差不多，所以性价比较高。
经过多方面资源的综合考虑，在本次设计中采用的是Cortex-M3架构的微控制器STM32F103ZET6为主控芯片。它是32位的ARM单片机，片上集成了512KB的Flash，64KB的SRAM，最高可达72MHZ的频率，具有丰富的增强I/O端口和强大的外设资源。3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口，比如：SPI接口，CAN总线，USART接口等资源。其STM32的引脚图如图5所示。
系统提供了两个按键，可以通过按键输入进行人机交互；3个LED指示灯，可以用来显示程序运行状态，方便程序员调试。LED灯的一端，与STM32的I/O口直接相连，通过控制I/O口电平就可以实现LED的亮灭。按键及LED灯的电路图如图6及图7所示。
本发明中STM32处理器3通过FSMC接口来液晶显示屏4，液晶显示屏4上对组网的情况进行动态地实时显示，以及实时显示比赛分数的情况。STM32芯片通过驱动芯片来液晶显示屏4，其中使用ILI9341芯片控制液晶显示屏4。液晶显示屏4的接口原理图如图8所示。
本发明的工作原理：一种基于Zigbee技术的篮球计分方法，首先由整合在网关内的Zigbee协调器的节点组建一个Zigbee无线网络，终端节点会自动搜索空间中的Zigbee无线网络，找到后加入到该网络中，当获得某一个菜谱节点的数据时，通过Zigbee无线网络将篮球比赛的两路计分节点信息上传给STM32处理器，由STM32处理器对该节点信号进行分析与处理，并将结果在液晶显示屏进行相应的显示。
基于STM32处理器3控制的篮球计分系统，要实现每个篮球计分节点的计分，以及在STM32处理器3上实时显示。为了让这些功能一一实现，让STM32处理器3有条不紊的控制各个模块的运行，首先设计了本次程序总的软件流程图，如图9及图10所示，所述Zigbee协调器1为CC2530协调器，CC2530协调器上电后首先对CC2530进行初始化，然后创建一个无线网络，选定一个PAN ID作为协调器的网络标识，创建路由表，然后对外发布广播帧，通知传感器节点可以加入该网络，当有子节点申请加入时，为每一个子节点分配地址，需要进行比赛分数采集时，网络协调器发出分数采集指令，并将分数发送到STM32处理器3。所述CC2530协调器将每一路采集的压力信息，通过以Zigbee网络进行数据发送，CC2530协调器采用星型网络与各节点间通信的实现。
上述CC2530协调器通过NLMENETWORKFORMATIONrequest原语来组建一个新网络，协调器上电后，首先初始化协议栈，然后网络层通过发送MLMESCAN原语到MAC层对各个候选信道的峰值能量进行检测扫描，结果通过MLMESCANconfirm原语返回，协调器利用这一信息选择所需信道，选择信道后，则建立一个自己的网络并选择一个唯一的PAN标识符，并通过MLME原语将其写为MAC层的MACPANID属性，一旦选定了PAN标识符，就说明已经建立了网络，此时网络层管理实体向MAC层发出MLMESTART原语开始运行新的网络，此后即可允许终端节点的Zigbee设备与其连接，接受它们传输的各节点的数据。终端节点上电后，首先应用层向网络层发送NLME_NETWORK_DISCOVERY原语，原语中包含需要扫描的信道参数和扫描时间参数，网络层收到原语后，向MAC层发送MLME_SCAN_request原语请求MAC层执行主动扫描，MAC层在扫描过程中一旦接收到有效长度不为零的信标，将向网络层发送MLME_BEACON_NOTYFY_indication原语，网络层接收到原语后向应用层发送NLME_NETWORK_DISCOVEIW_confirm原语，收到该原语后，应用层即得到了当前邻近的网络情况，选择一个网络加入，然后发送NLME_JOIN_request原语，设置欲加入的网络PAN标识符参数，接着网络层向MAC层发送MLME_ASSOCIATE_request原语用于连接网络，如果连接成功，网络层将收到MLME_ASSOCIATE_confirm原语确认网络连接成功，并把新连接的设备增加到邻接表中，接着网络层向应用层发送MLME_JOIN_confirm原语，终端设备成功加入网络，终端采集节点加入网络成功后，它即通过CC2530协调器发送的信标与CC2530协调器实现同步，开始按周期采集各自数据值，并将数据传送给CC2530协调器。
此外，本发明在每个篮球框上安装2个超声波测距模块，调节测量距离为半球场，设定球离测距模块的距离范围来计分，所述的超声波测距模块具有一个发送端和一个接收端，当发送端发送的超声波碰到篮球，返回波通过接收端接收，以此实现对篮球距离的测量，当测试距离大于3分线距离则计入3分，小于或等于3分线距离则计入2分。如果计分节点长时间没有使用就自动进入休眠状态，或者手动地关掉电源。当比赛开始的时候，按下唤醒按键或者打开电源。计分节点就被唤醒，自动地加入计分装置的Zigbee无线网络，裁判就可以根据显示屏显示的分数进行查看，然后判定两队的比赛情况，进而STM32处理器3也可以通过串口发送数据到PC，将多次比赛的分数进行记录和处理。
Claims (8)
1.一种基于Zigbee技术的篮球计分方法，其特征在于：首先由整合在网关内的Zigbee协调器的节点组建一个Zigbee无线网络，终端节点会自动搜索空间中的Zigbee无线网络，找到后加入到该网络中，当获得某一个菜谱节点的数据时，通过Zigbee无线网络将篮球比赛的两路计分节点信息上传给STM32处理器，由STM32处理器对该节点信号进行分析与处理，并将结果在液晶显示屏进行相应的显示。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的篮球计分方法，其特征在于：所述Zigbee协调器为CC2530协调器，CC2530协调器上电后首先对CC2530进行初始化，然后创建一个无线网络，选定一个PAN ID作为协调器的网络标识，创建路由表，然后对外发布广播帧，通知传感器节点可以加入该网络，当有子节点申请加入时，为每一个子节点分配地址，需要进行比赛分数采集时，网络协调器发出分数采集指令，并将分数发送到STM32处理器。
3.根据权利要求2所述的基于Zigbee技术的篮球计分方法，其特征在于：所述CC2530协调器将每一路采集的压力信息，通过以Zigbee网络进行数据发送，CC2530协调器采用星型网络与各节点间通信的实现。
4.根据权利要求2所述的基于Zigbee技术的篮球计分方法，其特征在于：所述CC2530协调器通过NLMENETWORKFORMATIONrequest原语来组建一个新网络，协调器上电后，首先初始化协议栈，然后网络层通过发送MLMESCAN原语到MAC层对各个候选信道的峰值能量进行检测扫描，结果通过MLMESCANconfirm原语返回，协调器利用这一信息选择所需信道，选择信道后，则建立一个自己的网络并选择一个唯一的PAN标识符，并通过MLME原语将其写为MAC层的MACPANID属性，一旦选定了PAN标识符，就说明已经建立了网络，此时网络层管理实体向MAC层发出MLMESTART原语开始运行新的网络，此后即可允许终端节点的Zigbee设备与其连接，接受它们传输的各节点的数据。
5.根据权利要求4所述的基于Zigbee技术的篮球计分方法，其特征在于：终端节点上电后，首先应用层向网络层发送NLME_NETWORK_DISCOVERY原语，原语中包含需要扫描的信道参数和扫描时间参数，网络层收到原语后，向MAC层发送MLME_SCAN_request原语请求MAC层执行主动扫描，MAC层在扫描过程中一旦接收到有效长度不为零的信标，将向网络层发送MLME_BEACON_NOTYFY_indication原语，网络层接收到原语后向应用层发送NLME_NETWORK_DISCOVEIW_confirm原语，收到该原语后，应用层即得到了当前邻近的网络情况，选择一个网络加入，然后发送NLME_JOIN_request原语，设置欲加入的网络PAN标识符参数，接着网络层向MAC层发送MLME_ASSOCIATE_request原语用于连接网络，如果连接成功，网络层将收到MLME_ASSOCIATE_confirm原语确认网络连接成功，并把新连接的设备增加到邻接表中，接着网络层向应用层发送MLME_JOIN_confirm原语，终端设备成功加入网络，终端采集节点加入网络成功后，它即通过CC2530协调器发送的信标与CC2530协调器实现同步，开始按周期采集各自数据值，并将数据传送给CC2530协调器。
6.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的篮球计分方法，其特征在于：每个篮球框上安装2个超声波测距模块，调节测量距离为半球场，设定球离测距模块的距离范围来计分，所述的超声波测距模块具有一个发送端和一个接收端，当发送端发送的超声波碰到篮球，返回波通过接收端接收，以此实现对篮球距离的测量，当测试距离大于3分线距离则计入3分，小于或等于3分线距离则计入2分。
7.一种基于Zigbee技术的篮球计分装置，包括Zigbee协调器(1)和STM32处理器(3)，其特征在于：所述的Zigbee协调器(1)由第一路计分节点(1.1)和第二路计分节点(2.1)组成，第一路计分节点(1.1)和第二路计分节点(2.1)通过Zigbee无线网络(2)与STM32处理器(3)实现通信，STM32处理器(3)通过FSMC接口与液晶显示屏(4)连接。
8.根据权利要求7所述的基于Zigbee技术的篮球计分装置，其特征在于：所述的STM32处理器(3)通过UART串行接口与上位机(5)连接。
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