CN107452087A - 一种青少年机器人赛车计时记分系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种青少年机器人赛车计时记分系统，包括开始部分和结束部分两大模块；开始部分采用7.4V锂电池供电，包括第一AVR单片机模块、第一超声波模块、清零按键、蓝牙发送模块、LED指示灯和电源模块；结束部分采用5V/1A开关电源供电，包括第二AVR单片机模块、第二超声波模块、蓝牙接收模块、蜂鸣器模块、6位LED显示模块、红外遥控接收模块；所述第二AVR单片机模块由单片机A和单片机B构成，所述单片机A和单片机B的PA0、PA1和PA2分别连接，单片机A作为输出、单片机B作为输入。本发明模块化设计合理，集成度高，性能稳定，经过测试和使用，能够达到完美的计时记分效果。

Description

一种青少年机器人赛车计时记分系统
技术领域
本发明涉及赛车计时记分领域，具体是一种青少年机器人赛车计时记分系统。
背景技术
随着科技的发展和教学理念的变化，机器人教育在青少年的教育当中越来越重要。在青少年的机器人教学和竞赛中，机器人寻迹赛占着较大的比重。机器人寻迹赛一般是以跑完规定路线计时的法则，没有跑完规定路线的以分段记分并计时的法则来排列成绩的优劣。
在以往的竞赛中，一般采用裁判手带秒表的做法。由于主观因素太大，往往存在很大的弊端，在比赛中会出现很多矛盾纠纷。为了使得比赛公平、公正、公开，此系统应用而生，解决了存在的问题，同时也解放了工作人员，提高了机器人比赛的科技含量。
发明内容
本发明的目的是提供一种青少年机器人赛车计时记分系统，模块化设计合理，集成度高，性能稳定，经过测试和使用，能够达到完美的计时记分效果。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种青少年机器人赛车计时记分系统，包括开始部分和结束部分两大模块；开始部分采用7.4V锂电池供电，包括第一AVR单片机模块、第一超声波模块、清零按键、蓝牙发送模块、LED指示灯和电源模块；结束部分采用5V/1A开关电源供电，包括第二AVR单片机模块、第二超声波模块、蓝牙接收模块、蜂鸣器模块、6位LED显示模块、红外遥控接收模块；所述第一超声波模块IIC接口与第一AVR单片机模块通过相连，用于判定赛车是否越过起点，通过PC0(SDA)、PC1(SCL)和第一AVR单片机模块连接；所述LED指示灯采用φ5红色LED，用于当超声波测距传感器检测到赛车时，点亮5秒钟，连接在第一AVR单片机模块的PA4口上，直接被单片机驱动；所述清零按键通过PD2(INT0)和第一AVR单片机模块连接，用于系统的清零；所述蓝牙发送模块通过PD0(RXD)、PD1(TXD)和第一AVR单片机模块连接，用于给结束部分发送计时开始和计时清零的命令；所述第一AVR单片机模块还设有一LM2596降压电源，用于产生5V/3A的稳定电源供系统工作；所述第二AVR单片机模块由单片机A和单片机B构成，且两单片机均采用Mega16处理器，所述单片机A用于接收蓝牙模块和超声波测距传感器的数据，进而控制单片机B进行LED显示模块的清零、开始计时和停止计时；所述单片机B用于驱动6位LED显示模块和蜂鸣器，同时接收红外遥控器的数据，来单独控制6位LED显示模块工作；所述第二超声波模块IIC接口与单片机A的PC0(SDA)、PC1(SCL)连接，用于赛车到达终点时的信号检测；所述蓝牙接收模块是通用串口(UART)接口，和单片机A的PD0(RXD)、PD1(TXD)连接，用于接收开始部分发来的计时开始和计时清零的命令；所述红外遥控接收模块和单片机B的PD4连接，用于接收遥控器发来的命令数据，进而单独控制LED显示模块工作在各种模式；所述蜂鸣器和单片机B的PA3连接，用于在计时开始或者停止时启动“嘀”的一声；所述6位LED显示模块和单片机B的PB口和PC连接，工作完全由单片机B控制；所述单片机A和单片机B的PA0、PA1和PA2分别连接，单片机A作为输出、单片机B作为输入，也就是单片机A控制单片机B进行计时开始、计时停止和计时清零的功能。
优选地，所述第一AVR单片机模块上保留4个单片机I/O口4、5、6、7、超声波传感器IIC接口8、蓝牙接口UART口9、LED指示灯接口10、7.4V锂电池接口11和单片机模块电源指示灯12；对外保留5V电源接口13、14、Mega16单片机芯片15、单片机模块复位键16、单片机程序下载接口17和系统清零按键接口32。
优选地，所述单片机A板对外保留5V电源接口18、23；对外保留一个1个单片机端口22、7.4V电源端口24、超声波传感器的IIC接口25、蓝牙模块的UART接口26、Mega16单片机芯片27、单片机接口28、系统电源指示灯29、单片机模块复位键30和单片机下载接口31；单片机A控制单片机B的三根信号线19、20、21，分别控制单片机B进行开始计时、停止计时和计时清零。
优选地，所述单片机B上设有6位LED显示模块的控制接口33、34、Mega16单片机芯片35、单片机程序下载接口36、5V电源接口37、蜂鸣器控制接口41、红外遥控信号接收模块42和单片机模块复位键43；单片机A控制单片机B的三根信号线38、39、40，分别控制单片机B进行开始计时、停止计时和计时清零。
优选地，单片机A模块通过5V电源接口18、23接入5V/1A开关电源；单片机B模块通过5V电源接口37接入5V/1A开关电源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
模块化设计合理，集成度高，性能稳定，经过测试和使用，能够达到完美的计时记分效果。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中开始部分的系统框图。
图3为本发明实施例中结束部分的系统框图。
图4为本发明实施例中第一AVR单片机模块的结构示意图。
图5为本发明实施例中单片机A的结构示意图。
图6为本发明实施例中单片机B的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种青少年机器人赛车计时记分系统，包括开始部分和结束部分两大模块，两部分分别安装在两个铝合金支架之内；开始部分采用7.4V锂电池供电，包括第一AVR单片机模块、第一超声波模块、清零按键、蓝牙发送模块、LED指示灯和电源模块；结束部分采用5V/1A开关电源供电，包括第二AVR单片机模块、第二超声波模块、蓝牙接收模块、蜂鸣器模块、6位LED显示模块、红外遥控接收模块。
如图2所示，所述第一超声波模块IIC接口与第一AVR单片机模块通过相连，用于判定赛车是否越过起点，通过PC0(SDA)、PC1(SCL)和第一AVR单片机模块连接；所述LED指示灯采用φ5红色LED，用于当超声波测距传感器检测到赛车时，点亮5秒钟，连接在第一AVR单片机模块的PA4口上，直接被单片机驱动；所述清零按键通过PD2(INT0)和第一AVR单片机模块连接，用于系统的清零；所述蓝牙发送模块通过PD0(RXD)、PD1(TXD)和第一AVR单片机模块连接，用于给结束部分发送计时开始和计时清零的命令；所述第一AVR单片机模块还设有一LM2596降压电源，用于产生5V/3A的稳定电源供系统工作。
如图3所示，所述第二AVR单片机模块由单片机A和单片机B构成，且两单片机均采用Mega16处理器，所述单片机A用于接收蓝牙模块和超声波测距传感器的数据，进而控制单片机B进行LED显示模块的清零、开始计时和停止计时；所述单片机B用于驱动6位LED显示模块和蜂鸣器，同时接收红外遥控器的数据，来单独控制6位LED显示模块工作；所述第二超声波模块IIC接口与单片机A的PC0(SDA)、PC1(SCL)连接，用于赛车到达终点时的信号检测；所述蓝牙接收模块是通用串口(UART)接口，和单片机A的PD0(RXD)、PD1(TXD)连接，用于接收开始部分发来的计时开始和计时清零的命令；所述红外遥控接收模块和单片机B的PD4连接，用于接收遥控器发来的命令数据，进而单独控制LED显示模块工作在各种模式；所述蜂鸣器和单片机B的PA3连接，用于在计时开始或者停止时启动“嘀”的一声；所述6位LED显示模块和单片机B的PB口和PC连接，工作完全由单片机B控制；所述单片机A和单片机B的PA0、PA1和PA2分别连接，单片机A作为输出、单片机B作为输入，也就是单片机A控制单片机B进行计时开始、计时停止和计时清零的功能。
如图4-图6所示，所述第一AVR第一AVR单片机模块1上保留4个单片机I/O口4、5、6、7、超声波传感器IIC接口8、蓝牙接口UART口9、LED指示灯接口10、7.4V锂电池接口11和单片机模块电源指示灯12；对外保留5V电源接口13、14、Mega16单片机芯片15、单片机模块复位键16、单片机程序下载接口17和系统清零按键接口32。所述单片机A 2对外保留5V电源接口18、23；对外保留一个1个单片机端口22、7.4V电源端口24、超声波传感器的IIC接口25、蓝牙模块的UART接口26、Mega16单片机芯片27、单片机接口28、系统电源指示灯29、单片机模块复位键30和单片机下载接口31；单片机A控制单片机B的三根信号线19、20、21，分别控制单片机B进行开始计时、停止计时和计时清零。所述单片机B 3上设有6位LED显示模块的控制接口33、34、Mega16单片机芯片35、单片机程序下载接口36、5V电源接口37、蜂鸣器控制接口41、红外遥控信号接收模块42和单片机模块复位键43；单片机A控制单片机B的三根信号线38、39、40，分别控制单片机B进行开始计时、停止计时和计时清零。单片机A模块通过5V电源接口18、23接入5V/1A开关电源；单片机B模块通过5V电源接口37接入5V/1A开关电源。
为了使用方便，系统增加了无线遥控器的功能，在实际应用中由裁判手持遥控器，有以下三个功能：1、可以通过遥控器对系统清零(对于有些比赛比较紧张的孩子，并不能顺利的找到清零按键)；2、可以通过遥控器对系统停止计时(如果赛车在前进过程中没有按照预定路线到达终点而在中途脱离跑道时，裁判就可以停止计时并记分)；3、可以切换6位LED显示模块的显示模式(在正常比赛时切换正计时模式，在中场休息时可以启动时钟模式并显示当地时间)。
本具体实施在使用时，把开始部分和结束部分分别置于赛道的起点和终点处。当青少年的赛车从起点出发时，首先触发开始部分(或者遥控器上)的清零按键，即可对系统清零；然后当赛车被启动出发后，开始部分采集到开始信号时即可通过无线通讯模块和结束部分通讯，结束部分开始计；当赛车按照预定轨迹到达终点时，结束部分采集到传感器(或者遥控器上)的结束信号时，停止计时并保持当前的时间不变直至下次人工清零。
系统上电工作时，第一AVR单片机模块1检测清零按键32的的信号，如果清零按键32被触发，则通过蓝牙主机模块9发送一个清零命令；然后由结束部分的单片机A板2上的蓝牙接收模块26接收到清零命令时，单片机A通过连接线21控制单片机B板3的接口40进而控制6位LED显示模块33、34进行显示数据清零，同时蜂鸣器41发出“嘀”的一声；
系统上电工作清零后，第一AVR单片机模块1检测超声波传感器8的信号，如果超声波传感器的数据超过规定的阈值时，则LED指示灯10点亮5秒钟然后熄灭，并通过蓝牙主机模块9发送一个开始计时命令；然后由结束部分的单片机A板2上的蓝牙接收模块26接收到开始计时命令，单片机A通过连线19控制单片机B板3的接口38进而控制6位LED显示模块33、34进行开始计时，同时蜂鸣器41发出“嘀”的一声，系统进行正常计时状态；
当系统进行正常计时状态时，结束部分的单片机A板2上的超声波传感器25实时监控，当到达设定的阈值时，通过连线20控制单片机B板3上的接口39进而控制LED显示模块33、34停止计时，同时蜂鸣器41发出“嘀”的一声，并保持当前时间数据不变直至下次清零。
当系统处于正常计时状态或者待机状态时，结束部分的单片机B板2上红外接收模块42收到红外遥控器发来的数据时，可以根据数据的信息直接控制计时系统进行时间的清零、停止计时或者切换工作模式。遥控器直接控制系统计时、清零并不影响系统的正常工作，可以给裁判员进行实时清零系统或者计时停止的权限；通过遥控器还可以把计时系统切换到时钟模式，在待机时显示当地时间(时间可调)，增加其功能和可观性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种青少年机器人赛车计时记分系统，包括开始部分和结束部分两大模块；其特征在于，开始部分采用7.4V锂电池供电，包括第一AVR单片机模块、第一超声波模块、清零按键、蓝牙发送模块、LED指示灯和电源模块；结束部分采用5V/1A开关电源供电，包括第二AVR单片机模块、第二超声波模块、蓝牙接收模块、蜂鸣器模块、6位LED显示模块、红外遥控接收模块；所述第一超声波模块IIC接口与第一AVR单片机模块通过相连，用于判定赛车是否越过起点，通过PC0(SDA)、PC1(SCL)和第一AVR单片机模块连接；所述LED指示灯采用φ5红色LED，用于当超声波测距传感器检测到赛车时，点亮5秒钟，连接在第一AVR单片机模块的PA4口上，直接被单片机驱动；所述清零按键通过PD2(INT0)和第一AVR单片机模块连接，用于系统的清零；所述蓝牙发送模块通过PD0(RXD)、PD1(TXD)和第一AVR单片机模块连接，用于给结束部分发送计时开始和计时清零的命令；所述第一AVR单片机模块还设有一LM2596降压电源，用于产生5V/3A的稳定电源供系统工作；所述第二AVR单片机模块由单片机A和单片机B构成，且两单片机均采用Mega16处理器，所述单片机A用于接收蓝牙模块和超声波测距传感器的数据，进而控制单片机B进行LED显示模块的清零、开始计时和停止计时；所述单片机B用于驱动6位LED显示模块和蜂鸣器，同时接收红外遥控器的数据，来单独控制6位LED显示模块工作；所述第二超声波模块IIC接口与单片机A的PC0(SDA)、PC1(SCL)连接，用于赛车到达终点时的信号检测；所述蓝牙接收模块是通用串口(UART)接口，和单片机A的PD0(RXD)、PD1(TXD)连接，用于接收开始部分发来的计时开始和计时清零的命令；所述红外遥控接收模块和单片机B的PD4连接，用于接收遥控器发来的命令数据，进而单独控制LED显示模块工作在各种模式；所述蜂鸣器和单片机B的PA3连接，用于在计时开始或者停止时启动“嘀”的一声；所述6位LED显示模块和单片机B的PB口和PC连接，工作完全由单片机B控制；所述单片机A和单片机B的PA0、PA1和PA2分别连接，单片机A作为输出、单片机B作为输入。
2.如权利要求1所述的一种青少年机器人赛车计时记分系统，其特征在于，所述第一AVR单片机模块上保留4个单片机I/O口(4、5、6、7)、超声波传感器IIC接口(8)、蓝牙接口UART口(9)、LED指示灯接口(10)、7.4V锂电池接口(11)和单片机模块电源指示灯(12)；对外保留5V电源接口(13、14)、Mega16单片机芯片(15)、单片机模块复位键(16)、单片机程序下载接口(17)和系统清零按键接口(32)。
3.如权利要求1所述的一种青少年机器人赛车计时记分系统，其特征在于，所述单片机A板对外保留5V电源接口(18、23)；对外保留一个1个单片机端口(22)、7.4V电源端口(24)、超声波传感器的IIC接口(25)、蓝牙模块的UART接口(26)、Mega16单片机芯片(27)、单片机接口(28)、系统电源指示灯(29)、单片机模块复位键(30)和单片机下载接口(31)；单片机A控制单片机B的三根信号线(19、20、21)，分别控制单片机B进行开始计时、停止计时和计时清零。
4.如权利要求1所述的一种青少年机器人赛车计时记分系统，其特征在于，所述单片机B上设有6位LED显示模块的控制接口(33、34)、Mega16单片机芯片(35)、单片机程序下载接口(36)、5V电源接口(37)、蜂鸣器控制接口(41)、红外遥控信号接收模块(42)和单片机模块复位键(43)；单片机A控制单片机B的三根信号线(38、39、40)，分别控制单片机B进行开始计时、停止计时和计时清零。
5.如权利要求1所述的一种青少年机器人赛车计时记分系统，其特征在于，所述单片机A模块通过5V电源接口(18、23)接入5V/1A开关电源；单片机B模块通过5V电源接口(37)接入5V/1A开关电源。
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