潘榮輝

由于學(xué)校面積有限，通常運(yùn)動(dòng)場(chǎng)跑道一圈只有250米，在長(zhǎng)跑測(cè)試時(shí)經(jīng)常會(huì)搞錯(cuò)圈數(shù)。因此學(xué)校開(kāi)運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)，必須設(shè)置專人一對(duì)一地記錄每位運(yùn)動(dòng)員跑的圈數(shù)相當(dāng)麻煩。于是我們經(jīng)過(guò)研究，設(shè)計(jì)并制作了一款簡(jiǎn)易的長(zhǎng)跑圈數(shù)自動(dòng)計(jì)數(shù)電路系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)方便地記錄長(zhǎng)跑圈數(shù)，我們?cè)O(shè)想了許多方案。

方案一：利用電子計(jì)算器

我們將計(jì)算器改裝，從數(shù)字按鍵后面引出兩根導(dǎo)線，再與一個(gè)開(kāi)關(guān)連接起來(lái)，讓1-9每個(gè)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)一位運(yùn)動(dòng)員。運(yùn)動(dòng)員每跑過(guò)一圈就按一次開(kāi)關(guān)，裁判員可根據(jù)顯示屏上數(shù)字的多少來(lái)判斷此時(shí)運(yùn)動(dòng)員已跑的圈數(shù)。如數(shù)字2222表示2號(hào)運(yùn)動(dòng)員實(shí)際跑了4圈，而數(shù)字66666就說(shuō)明6號(hào)運(yùn)動(dòng)員跑了5圈，以此類推。有幾位運(yùn)動(dòng)員就必須準(zhǔn)備幾個(gè)這樣經(jīng)過(guò)改裝的計(jì)算器。

但是，這個(gè)裝置也有缺陷。由于數(shù)字0不起作用，所以最多只能同時(shí)使用9個(gè)計(jì)算器。運(yùn)動(dòng)員可能一次輸入兩個(gè)數(shù)字，造成計(jì)數(shù)誤差。另外，用數(shù)數(shù)字個(gè)數(shù)的方式記錄圈數(shù)還是有點(diǎn)不方便。

方案二：利用手動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器

后來(lái)我們通過(guò)查詢資料，發(fā)現(xiàn)了一款價(jià)格低廉的手動(dòng)機(jī)械計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器上有一個(gè)按鈕，每按一次，內(nèi)部的數(shù)字就會(huì)進(jìn)一位。該計(jì)數(shù)器是機(jī)械齒輪結(jié)構(gòu)，因而不會(huì)像電子計(jì)算器那樣出現(xiàn)誤操作。但由于是機(jī)械彈性按鈕，按壓時(shí)需要非常用力，所以我們?cè)O(shè)想將按鈕變大、變長(zhǎng)，從而讓運(yùn)動(dòng)員按起來(lái)更方便、省力。

上面兩種方案都需要運(yùn)動(dòng)員自己去按按鈕。但這樣的話，運(yùn)動(dòng)員又兼任了裁判員，既不合規(guī)，又可能影響成績(jī)。于是，我們想到了電子計(jì)數(shù)器。

方案三：利用信號(hào)傳輸式電子計(jì)數(shù)器

受遙控電動(dòng)大門的啟發(fā)，我們?cè)O(shè)想利用無(wú)線數(shù)字信號(hào)傳輸和接收系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。該系統(tǒng)包括無(wú)線信號(hào)發(fā)射器和無(wú)線信號(hào)接收顯示器兩部分。

無(wú)線信號(hào)發(fā)射器置于運(yùn)動(dòng)員身上，不斷向外發(fā)射含有編碼的無(wú)線信號(hào)。無(wú)線接收器可放置在終點(diǎn)記錄臺(tái)上，并設(shè)置它只能接收到一定距離內(nèi)（例如半徑10米內(nèi)）的信號(hào)。當(dāng)攜帶發(fā)射器的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入接收器范圍內(nèi)時(shí)，含有相同編碼的接收器就會(huì)收到信號(hào)，其內(nèi)部的計(jì)數(shù)器便進(jìn)位計(jì)數(shù)。不同組的發(fā)射器和接收器，須設(shè)置不同的編碼以避免相互干擾。

這個(gè)方案采用了自動(dòng)化設(shè)備，只要電路設(shè)計(jì)得當(dāng)，其計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)該是可靠的。于是，我們選擇了該方案來(lái)試制。

材料：

通用無(wú)線信號(hào)315MHz（或433MHz）發(fā)射和接收模塊各1個(gè)，PT2262編碼集成電路1個(gè)，PT2272解碼集成電路1個(gè)，數(shù)字集成電路CD4013、CD4510、CD4511各1個(gè)，數(shù)碼顯示管1只，實(shí)驗(yàn)線路板2塊，其它小元件若干。

制作無(wú)線信號(hào)發(fā)射器

將無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊、PT2262編碼集成電路、1.5M電阻按照電路圖所示焊接起來(lái)，接通3V以上電源即可工作。A0-A7為地址端，適當(dāng)接電源正（高電平）或負(fù)（低電平）以產(chǎn)生不同編碼。D0-D3為數(shù)據(jù)端，空置即可。

制作無(wú)線信號(hào)接收顯示器

1、制作無(wú)線接收與解碼電路

該電路由無(wú)線信號(hào)接收模塊、PT2272編碼集成電路、270K電阻和信號(hào)指示發(fā)光二極管（串聯(lián)一個(gè)1K電阻）共同組成。PT2272的地址端也是A0-A7，其接電源正負(fù)必須與PT2262保持一致，這樣才能保證解碼有效，使17腳有脈沖信號(hào)輸出。該信號(hào)輸出到下一級(jí)脈沖信號(hào)延時(shí)電路。

2、制作脈沖信號(hào)延時(shí)電路

該電路核心元件是雙D觸發(fā)器CD4013，與一個(gè)5M可變電阻、1個(gè)三極管、1個(gè)4.7K電阻、1個(gè)10μF電容，共同組成延時(shí)電路。調(diào)節(jié)可變電阻即可改變延時(shí)時(shí)間，經(jīng)延時(shí)的脈沖信號(hào)最終輸出到計(jì)數(shù)電路。

3、制作計(jì)數(shù)電路

此電路由計(jì)數(shù)器CD4510來(lái)完成。外圍元件只需一個(gè)1K電阻和一個(gè)用于清零的開(kāi)關(guān)。其工作原理為：電路清零后，當(dāng)其得到一個(gè)延時(shí)脈沖信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器便會(huì)執(zhí)行加計(jì)數(shù)，輸出端Q1-Q4的數(shù)據(jù)變?yōu)?001，再接收一個(gè)信號(hào)它就變成0010，依次類推。然后，它將數(shù)據(jù)輸送給數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路。

4、制作數(shù)碼驅(qū)動(dòng)電路

該電路使用了譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511。外部元件僅需7個(gè)用于限流的1K電阻，將他們與數(shù)碼顯示管對(duì)應(yīng)的筆畫(huà)端連接起來(lái)，即可正常顯示數(shù)字。如，當(dāng)來(lái)自計(jì)數(shù)電路CD4510的輸入信號(hào)數(shù)據(jù)為0010時(shí)，經(jīng)CD4511內(nèi)部譯碼后使相應(yīng)的筆段為高電平，然后驅(qū)動(dòng)顯示部件發(fā)光而顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字2。

制作完成后，我們將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果信號(hào)傳輸效果很好，裝置反應(yīng)也非常靈敏。不過(guò)接收距離超過(guò)了20米以上，不符合我們的要求。于是，我們將接收器的電壓降至4.5V，接收距離也隨之減少至10米以內(nèi)。

當(dāng)然，發(fā)射器的電壓也不能太高，否則也會(huì)增大發(fā)射距離，一般選擇在3V～4.5V之間為宜。為了減輕運(yùn)動(dòng)員的負(fù)載，也可以選用紐扣電池。