基于射频模块的篮球比赛系统

0 引言
篮球比赛中除了有每一节（或上、下半场）时间倒计时外，为了加快比赛的节奏，使比赛更加激烈精彩，比赛规则还要求进攻方应在24s内有投篮动作，否则视为违例。比赛计时系统要求用大屏幕挂在高处，控制按键在计时员旁边，现在常见的计时系统大多采用有线传输方式，需要很长的传输线，既不美观也不便安装。为此，我们设计了一套利用编、解码器和射频模块进行无线数据传输的篮球比赛系统，采用单片机控制，按键操作使用简洁，大型LED（液晶显示器）显示，安装方便。系统设计框图见。

1 遥控编、解码芯片
编、解码器选用PT2262、PT2272，这是一对遥控编、解码器芯片，该编、解码器采用高性能CMOS工艺制造，功能极低，备用模式耗电仅0.5mA。对高噪声不敏感，适合在比赛场馆使用；有6－12个三态地址码及0－6个数据码；振荡器仅需要外接1个电阻即可。与PT2262配套的译码器选用PT2272。它与PT2262具有相同的特点，备用模式耗电仅0.1μA。
PT2262编码器采用DIP18封装，OSC（振荡器）端外接一个振荡电阻，DOUT为输出端，输出地址码及数据码（由不同的脉宽组成的脉冲串），一般经射频电路以RF方式由天线发射出去，PT2262引脚A0－A7地址码是三态的，可置"0"或"1"或"悬空"。相应输出的信号是两个不同宽度的脉冲，称为AD位（见），可编程多种不同的地址码（不易重码或破译）。编码位结构是编码信号的基本组成部分，它就是一个编码字，一个编码位有12个AD位（地址在前数据在后）和后面的SYNC位（带有1/8位波长的4位波长的波）组成，一个码周期有4个连续的编码字。一旦PT2262检测到TE端置"0"，DOUT引脚就有编码信号输出。振荡器的工作频率取决于外界电阻的阻值。

PT2272译码器封装是DIP18，A0－A11为地址码，D0－D5为数据码。其中A6/D5－A11/D0可以做地址码或数据码，用做地址码时可用三态编程，用做数据码时是输出引脚，若译码器的地址码与编码器的地址码完全相对应，编码器有数据位1时，则相应的数据引脚输出为1（高电平）。DIN是脉冲信号串输入端，OSC1与OSC2两端外接一个振荡器电阻，当接收到的信号与译码器中的地址码完全符合时，VT端输出高电平，上电后处于备用模式。当接收到信号时，其地址码两次比较而完全相符时，VT引脚才输出高电平，与此同时，相应的数据引脚也输出高电平。
2 射频模块
PT2262配合市售无线发射模块F05C使用，PT2272配合市售无线接收模块J04E使用，F05系列采用声表面谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。F05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约2mA。发射功率较小，12V为工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约5mA－8mA，大于12V时，功耗增大，有效发射功率不再明显提高，F05系列采用AM方式调制以降低功耗，数据信号停止，发射电流将为0，数据信号与F05采用电阻耦合，而不能用电容耦合，否则F05将不能正常工作，数据电平应接近F05的实际工作电压，以获得较高的调制效果，F05对过宽的调制信号易引起调制效果下降，收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0.08ms－1ms时，发射效果较好，大于1ms后效率开始下降，当低电平区大于10ms，接收到的数据第1位极易被干扰（即零电平干扰）而引起不解码。如采用通用编、解码器，可调整振荡电阻，使每组码中间的低电平区小于10ms，F05输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度不应超过U01的工作电压，可靠传输距离达到80m。
3 硬件电路和软件流程
3.1 键盘发射电路
键盘发射电路采用内置2KB Flash ROM的89C2051，采用6MHz晶振做振荡源，用P1口的6个口作为键盘输入，分别为＋1键A1（软件设计时让此键连续按住4s以上为连续＋1）进行比赛时间的设定，暂停键A2可控制总计时和24s暂停，A3作为总计时的工作开启键，A4作为启动24s键，投篮或交换控球时按此键，按下此键后开始24s计时，A5作为24s的停止键（还没有违例），A6作为总计时和24s的同时启动键，工作时程序将A1－A6分别转化为0001－0110，经P3.2－P3.5送到PT2262的信号输入端，经DOUT输出到F05C，发射出去，流程见。

3.2 接收电路
PT2272将接收来的信号送入89C51，转变为相应的按键指令，利用串行通信口TXD和RXD通过74LS595（带三态18位移位寄存器）输出显示的字段，每位显示完以后，进行锁存输出，可以避免显示的闪烁现象，（前2位显示24s的计时，后4位显示总的计时分、秒）。总计时分、秒的工作采用T0定时器工作于中断方式，建立一个中断服务程序，24s采用T1定时器工作于中断方式，也建立一个中断服务程序，在内部RAM单元的7CH中放24s的显示值，7DH中存放总计时的分钟数，7EH中存放总计时的秒值。显示大屏幕采用LED1－LED6，利用24V供电，74LS595与LED之间采用三极管作为功率放大电路，以驱动大尺寸高电压大电流的LED，流程见和。

4 结束语
本方案成功利用数据的无线传输方式解决了篮球比赛计数器的安装问题，节约了线材，实际使用效果良好，适合在各种规模的体育场馆使用，可以代替传统的用钟表进行计时的方法，稍加改动，也可用于其他球类比赛，是体育器材向智能化发展的一个实例。

参考文献:

[1]. PT2262 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PT2262_1071334.html.
[2]. PT2272 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PT2272_1076352.html.
[3]. DIP18 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DIP18_262123.html.
[4]. A11 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/A11_1818106.html.
[5]. 89C2051 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/89C2051_105398.html.
[6]. 89C51 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/89C51_105386.html.
[7]. 74LS595 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/74LS595_1134750.html.