摘要：介绍一种以MC9S08GB32为核心控制器的便携式无小阻桨频船速测量仪的设计方案，给出方案设计原理、系统功能特性、硬件及软件结构。
关键词：MC9S08GB32 加速度传感器 桨频船速测量
引言
皮艇、划艇、赛艇等都是比较重要的水上运动项目。运动员划桨的桨频、艇前进的速度等是项目训练中教练员和运动员最为关注的指标。如果能够方便、准确地测出这些运动技术参数，并加以科学的运算、处理、分析，必会对训练产生很好的指导作用。传统方法不可避免地增加了水对艇的阻力，对运动员训练带来额外负担。由于传感器要在水中工作，因此训练前后的安装、拆卸非常不便，由于传感器和控制、电视教学部分分离，因此很难做到较小便携。此外，由于传感器输出通常需要放大、滤波等处理，进一步进大了系统功耗，不便利用在电池供电场合。本文提出的测量系统采用Motorola的低功耗芯片MC9S08GB32作为信心控制器，通过对MMA6262Q型加速度传感器的信号处理实现船速、桨频的测量，克服了传统仪器的诸多弊端。

图1

1 设计原理及功能特性
本系统利用划艇时每划一桨，船体动量会有一增量的原理开发而成。工作时，微控制器不断采用加速度传感器二个方向加速度对应的输出电压，然后通过内部A/D转换器得到可运算的数字量，再经过一定算法计算出船速、桨数和桨频，最终存储并显示这些数据。该测量仪具有以下功能特性：
·采用电池供电，系统工作于3.3V电压，再结合MC9S08GB32的低功耗工作模式，使系统具有很好的低功耗特性；
·轻小便携，外形尺寸为75mm×40mm×35mm（长×宽×高），既不会给运动员的划桨带来额外阻力，也便于携带使用；
·具有自启动功能，设置好训练时段后，划动第一桨时，仪器便自动开始进行测量和记录，面板的LCD屏将实时显示训练时间、桨数、桨频、速度等信息；
·运动计时范围为59分59.9秒（00：00.0～59.9），计时精度为0.1秒，计时到59分59.9秒时可自动返回到00：00.0；
·具有自动关闭功能，若6分钟之内无划桨操作，MC9S08GB32将自动转入低功耗模式，同时清LCD屏以节省电源功耗，直至有按键按下时才被唤醒，并继续下一时段的测量、记录工作；
·皮艇桨频测量范围为60～180桨/分；划艇桨频测量范围为36～100桨/分；赛艇桨频测量范围为12～60桨/分。
·桨数测量范围为0～9999桨，若计到9999桨将自动返回0并继续计数；
·在每个训练段的计时范围内，可以记忆整个运动过程中从划第一桨至划完最后一桨的总时间，以及这段时间内的平均桨频和总桨数。可利用按键操作依次在LCD屏上显示整个运动过程的总时间、总平均桨频、总桨数。不清屏时，可按需要多次重复显示；

·具有数据存储功能，对于运动时段数、运动总时间、总桨数和桨频的存储而言，可以存储4小时的运动数据；对于桨速存储而言，可以存储15分钟的运动数据；二种存储式可以通过按键单选择；
·具有数据通信功能，在训练结束后，可以选择将存储的数据通过RS-232传送到PC，进行相应的运算、处理、分析；
·PC端配有分析处理软件，能够接收仪器传送的数据，以直观、明了的图形方式绘制各个训练时段的加速度α（t）、速度v（t）、桨频f(t)等多种参数曲线，也能将训练数据保存以供日后分析使用；
·具有电池报警功能，当电池电量不足时不可报警显示，提示用户更换电池。
2 系统硬件设计
整个系统以MC9S08GB32型微控制器和MMA6260Q型加速度传感器为核心，系统电路包括微控制器模块、数据采集模块、电源管理模块、LCD显示模块、按键功能选择模块和PC串口通信模块。其硬件框图如图1所示。
2．1 微控制器模块
本系统选用的MC9S08GB32型MCU，是Motorola专为智能仪表应用设计的一款高速超低功耗MCU，速度可达20MHz。该MCU最大的特色体现在电源管理上，采用1.8V～3.6V供电，适合于电池供电的应用场合，低功耗模式下仅耗电0.7μA,内部电源管理支持电池电压监测、低电压报警等功能。内部8路16位定时器可满足多种定时需求；32kB片内Flash支持在系统、在应用擦写而无需再扩展外部存储器；8通道10位ADC；带有SCI、SPI、I2C接口；56个通用I/O接口，具有内部可编程上拉电阻器、大电流吸收能力和边沿斜率控制能力。仪表启动后，MCU可对MMA6260Q型加速度传感器的信号进行处理，进而实现船速、桨数和桨频的测量、计算、存储和显示。

2．2 数据采集模块
MMA6260Q具有高灵敏度、低噪声、低功耗等特点。其动态量程为±1.5g，灵敏度为800mv/g，输出电压与加速度成正比。该传感器可与MC9S08GB32直接接口，其输出直接送至MC9S08GB32的片内10位ADC。MC9S08GB32片内ADC的工作电压为3.3V，工作频率达2MHz，10位ADC对于加速度的分辨率可