Sistema Automático de Medición de Tiempo de Carrera

Maximiliano Fucile – Proyecto Final

Sistema Automático de Medición de Tiempo de Carrera

Maximiliano Fucile

Director: Ing. Julio César Doumecq

Carrera: Ingeniería en Electrónica – Año: 2006

Resumen.

Se desarrolló y construyó un sistema capaz de medir, en forma automática, el tiempo empleado por un atleta en recorrer una distancia predeterminada. El sistema detecta el paso del atleta por el punto de comienzo, registra el tiempo transcurrido al pasar por dos puntos intermedios en el recorrido, y finaliza la medición al llegar el atleta al punto final, almacenando el tiempo total. Los datos son presentados por medio de una pantalla de cristal líquido, y el sistema permite el almacenamiento de hasta 84 mediciones. Adicionalmente, los datos pueden ser transferidos a una PC, donde los mismos pueden observarse en pantalla, almacenarse en el disco duro e imprimirse.

Se diseño el equipo en base a un microcontrolador de propósitos generales, mientras que los sensores destinados a detectar el paso del atleta se implementaron mediante barreras infrarrojas.

Se obtuvo un dispositivo portátil, de bajo costo y simple de operar, apto para su utilización tanto en ambientes cerrados como al aire libre. El mismo posee una resolución temporal de 1 milisegundo, lo cual lo convierte en una herramienta ideal para el entrenamiento de atletas profesionales.

Introducción.

El tiempo empleado por un atleta en recorrer una cierta distancia, es un parámetro fundamental en el análisis de su desempeño, así como también en la elección del entrenamiento adecuado. Esto es válido no solo para atletismo de pista, sino también para la mayoría de los deportes, como ser básquetbol, fútbol, etc.

La Asociación  Internacional de Federaciones de Atletismo [1] define 5 fases de una carrera: inicio, aceleración, etapa de velocidad máxima, desaceleración y fin. Cada una de estas etapas se asocia con un aspecto diferente del entrenamiento del atleta. Por lo tanto, resulta evidente que no es suficiente conocer sólo el tiempo total empleado, sino que además se requiere medir determinados tiempos intermedios. La elección de los mismos depende de la distancia total a recorrer, del tipo de deporte, y de otros factores que escapan al alcance de este trabajo.

Antiguamente, dichas mediciones eran realizadas por una persona empleando un cronómetro de mano. Este método resultaba en mediciones muy pobres, ya que el tiempo de reacción del observador y la variación en el punto de medición introducían un error considerable.

Actualmente las mediciones se realizan automáticamente: se disponen sensores en los puntos de interés, que al detectar el paso del atleta envían una señal a una unidad central, que se encarga de procesar los datos y almacenar las mediciones.

El problema con este sistema es que el costo del equipamiento suele ser muy elevado, y resulta prohibitivo para la mayoría de los posibles usuarios. Como alternativa, algunas compañías ofrecen el servicio de medición [2][3], pero con precios oscilando entre u$s 40 y u$s 60 la hora, su costo también resulta demasiado elevado, sin mencionar que dicho servicio no se encuentra disponible en nuestro país.

Descripción del equipo.

El sistema desarrollado puede dividirse en 3 componentes fundamentales: un sistema de sensado, un módulo principal para el procesamiento y almacenamiento de los datos, y un software PC para el análisis de los datos. La Fig. 1 muestra el diagrama en bloques del sistema.

1. Módulo principal

El mismo se encuentra compuesto por:

Circuito de Entrada: cumple la función de adaptar los niveles de tensión provenientes de los sensores a niveles lógicos válidos. Adicionalmente, evita que se produzcan múltiples interrupciones provenientes del mismo sensor. Para cumplir ambas condiciones, se implementa un comparador con histéresis del tipo Schmitt Trigger.

Circuito de Salida: La conexión con la PC se realiza por medio del puerto paralelo de la misma. La comunicación es unidireccional, es decir, sólo se transmiten datos desde el microcontrolador hacia la PC. El único flujo de información en sentido contrario corresponde a líneas de control. Los datos a ser transmitidos se almacenan en un latch de salida, implementado mediante el integrado 74HC574 [4]. Las entradas de datos se conectan al Puerto B del microcontrolador, el mismo utilizado para el bus de datos del display. Esto es posible ya que en todo momento sólo uno de los dispositivos estará activado, mientras el otro presentará una entrada en alta impedancia.

Interfaz de usuario: Se utilizan pulsadores del tipo tact-switch LL1105 [5]. El fenómeno de rebotes se soluciona mediante la implementación de rutinas de software. Al detectarse un cambio de nivel, el programa espera un tiempo determinado y vuelve a comprobar el valor de la entrada correspondiente. El tiempo de espera deberá ser mayor al tiempo máximo del período de rebotes, el cual es una característica constructiva del dispositivo, siendo en este caso de 10 milisegundos. Si ambos niveles son iguales, entonces en efecto se trata de un cambio de estado deseado y se procede a realizar la acción correspondiente. Si los niveles son diferentes, entonces se trata de un rebote y se ignora.

[pic 1]

Fig. 1 – Diagrama en bloques del sistema

Alimentación: Se utiliza una alimentación de 5 Volts para todos los componentes del sistema. Se requiere que esta alimentación sea estable y libre de ripple, por lo que se emplea un regulador lineal MC7805 [6]. El regulador utilizado tiene una tolerancia del 5% en la tensión nominal de salida, siendo este valor menor al máximo soportado por todos los componentes del sistema. El equipo permite la alimentación por medio de una batería de 9V o un transformador externo. Es posible alternar entre ambas fuentes sin necesidad de apagar el equipo. La autonomía del equipo trabajando con una única batería de 9 Volts es de aproximadamente 10 horas.

Memoria No Volátil: El sistema utiliza una memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM), de interfaz serie inter-integrated circuit (I2C). Se emplea el integrado AT24LC04 de Atmel. El mismo consiste en 512 palabras de 8 bits cada una, organizadas en dos páginas de 256x8 [7]. Esta capacidad permite almacenar un total de 84 mediciones completas. Entre las razones para la elección de este dispositivo, se destacan su bajo costo, la simplicidad de implementación del protocolo I2C, y su alta confiabilidad.

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