智能乒乓球拍的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種智能乒乓球拍，包括手柄以及相對布置在其兩側(cè)的左、右基板，左、右基板之間有間隙，電路板設(shè)置在該間隙內(nèi)，左、右基板朝向電路板的一側(cè)的內(nèi)表面上均勻粘貼多個壓電薄膜傳感器，電路板上焊接主控MCU、信號調(diào)理電路、存儲器和通信接口電路，壓電薄膜傳感器的輸出端與信號調(diào)理電路的輸入端相連，信號調(diào)理電路的輸出端與主控MCU的輸入端相連，主控MCU的輸入輸出端通過通信接口電路與上位機(jī)通訊。本實(shí)用新型可以得到乒乓球訓(xùn)練過程中的有用的數(shù)據(jù)信息，為日后提高訓(xùn)練質(zhì)量提供客觀的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)對乒乓球擊球力度、位置及擊球頻率等信息的獲取，具有智能化的特點(diǎn)，此外，功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊。
【專利說明】智能乒乓球拍
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及乒乓球智能數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計系統(tǒng)的前端設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種智能乒乓球拍。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，乒乓球拍與乒乓球的接觸面通常采用一定材料的木板作為支撐，然后在支撐木板的兩面粘接具有特定性能的膠皮，用來對乒乓球進(jìn)行來回彈擊。在實(shí)際的乒乓球訓(xùn)練和比賽過程中，乒乓球的擊球位置、力度及擊球頻率直接影響訓(xùn)練和比賽的成績，然而，普通的乒乓球拍無法提供訓(xùn)練及比賽尤其是訓(xùn)練過程中的擊球位置、力度、擊球頻率等信息，從而無法給教練和運(yùn)動員提供客觀的相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致訓(xùn)練具有一定的盲目性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠?qū)羟蛭恢?、擊球力度、擊球頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析、提高訓(xùn)練準(zhǔn)確度和訓(xùn)練手段的智能乒乓球拍。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種智能乒乓球拍，包括手柄以及相對布置在其兩側(cè)的左、右基板，左、右基板之間有間隙，電路板設(shè)置在該間隙內(nèi)，左、右基板朝向電路板的一側(cè)的內(nèi)表面上均勻粘貼多個壓電薄膜傳感器，電路板上焊接主控MCU、信號調(diào)理電路、存儲器和通信接口電路，壓電薄膜傳感器的輸出端與信號調(diào)理電路的輸入端相連，信號調(diào)理電路的輸出端與主控MCU的輸入端相連,主控MCU的輸入輸出端通過通信接口電路與上位機(jī)通訊。
[0005]所述左、右基板的外表面上均粘貼膠皮；所述手柄的端部開設(shè)通信接口，手柄內(nèi)部開設(shè)用于容納鋰電池的空腔。
[0006]所述左基板的內(nèi)表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器，所述右基板的內(nèi)表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器。
[0007]所述主控MCU的輸入輸出端分別與存儲器、通信接口電路的輸入輸出端相連，電源電路分別向主控MCU、信號調(diào)理電路、通信接口電路供電，所述主控MCU采用C8051F312單片機(jī)。
[0008]所述信號調(diào)理電路由左基板信號調(diào)理電路和右基板信號調(diào)理電路組成，所述主控MCU的信號輸入端分別與左、右基板信號調(diào)理電路的輸出端相連，左基板信號調(diào)理電路的輸入端與左基板上粘貼的壓電薄膜傳感器的輸出端相連，且其個數(shù)與左基板上粘貼的壓電薄膜傳感器的個數(shù)一致；右基板信號調(diào)理電路的輸入端與右基板上粘貼的壓電薄膜傳感器的輸出端相連，且其個數(shù)與右基板上粘貼的壓電薄膜傳感器的個數(shù)一致。
[0009]所述電源電路包括三端穩(wěn)壓器HT7330，其輸入端接鋰電池提供的3.6V直流電，其輸出端分別與C8051F312單片機(jī)的4腳、Π型濾波電路的輸入端相連，Π型濾波電路的輸出端與信號調(diào)理電路的電源端相連。
[0010]所述信號調(diào)理電路包括運(yùn)放U2A，其反相輸入端依次通過電阻R4、電容C4接壓電薄膜傳感器的正極，運(yùn)放U2A的正相輸入端與Π型濾波電路的輸出端相連，運(yùn)放U2A的輸出端依次通過電阻R2、R3接運(yùn)放U2B的正相輸入端，運(yùn)放U2B的輸出端與C8051F312單片機(jī)的2腳相連，所述運(yùn)放U2A、U2B均采用AD823芯片。
[0011]所述通信接口電路為RS485通信電路，RS485通信電路包括MAX3485芯片，其3、4、I腳分別與C8051F312單片機(jī)的28、30、29腳相連，其2、3腳相連，其5腳接地，其8腳通過電容ClO接地，其6、7腳分別通過電阻R16、R17與上位機(jī)通訊。
[0012]所述存儲器為EEPROM存儲器，EEPROM存儲器采用24C256芯片，其1、2、3、4腳相連后接地，其8腳接電源電路的輸出端，其6、5腳分別與C8051F312單片機(jī)的7、8腳相連。
[0013]由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型首先對壓電薄膜傳感器的輸出信號進(jìn)行采集，各個壓電薄膜傳感器的輸出信號通過信號調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波等處理，由主控MCU獲取擊球點(diǎn)位置和擊球頻率的測量，并發(fā)送至存儲器存儲，當(dāng)需要對這些信息進(jìn)行處理時，通過RS485總線將這些數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，通過上位機(jī)軟件的相關(guān)處理，可以得到乒乓球訓(xùn)練過程中的有用的數(shù)據(jù)信息，為日后提高訓(xùn)練質(zhì)量提供客觀的數(shù)據(jù)源。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)對乒乓球擊球力度、位置及擊球頻率等信息的獲取，具有智能化的特點(diǎn)，此外，本實(shí)用新型利用壓電薄膜傳感器的正向壓電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，并采用低功耗的集成芯片，實(shí)現(xiàn)了超低功耗的數(shù)據(jù)采集處理，功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1、2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本實(shí)用新型的電路框圖。
[0016]圖4、5、6、7、8分別為本實(shí)用新型中主控MCU、信號調(diào)理電路、電源電路、EEPROM存儲器、RS485通信接口電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]智能乒乓球拍，包括手柄3以及相對布置在其兩側(cè)的左、右基板1、2，左、右基板1、2之間有間隙，電路板4設(shè)置在該間隙內(nèi)，左、右基板1、2朝向電路板4的一側(cè)的內(nèi)表面上均勻粘貼多個壓電薄膜傳感器5，電路板4上焊接主控MCU 9、信號調(diào)理電路、存儲器和通信接口電路，壓電薄膜傳感器5的輸出端與信號調(diào)理電路的輸入端相連,信號調(diào)理電路的輸出端與主控MCU 9的輸入端相連，主控MCU 9的輸入輸出端通過通信接口電路與上位機(jī)通訊，如圖1、2所示。
[0018]如圖1、2所示，所述左、右基板1、2的外表面上均粘貼膠皮；所述手柄3的端部開設(shè)通信接口 6，手柄3內(nèi)部開設(shè)用于安裝鋰電池的凹槽7。所述左基板I的內(nèi)表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器5，所述右基板2的內(nèi)表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器5。每個壓電薄膜傳感器5輸出線為兩根，連接到電路板4上，具體的工作原理如下:當(dāng)左基板I或右基板2某處擊打乒乓球后，距離擊球點(diǎn)最近處的壓電薄膜傳感器5輸出的信號為最大，同時其他點(diǎn)的壓電薄膜傳感器的信號輸出與距擊球點(diǎn)的距離成近似線性關(guān)系，通過信號調(diào)理電路及主控MCU 9的快速ADC轉(zhuǎn)換后，將各點(diǎn)的信號累加得到擊球力度，同時根據(jù)線性插值算法得到擊球點(diǎn)的位置。同時，對一定時間間隔內(nèi)的擊球次數(shù)得到擊球頻率，然后將相關(guān)信息保存在EEPROM存儲器8中，通信接口 6實(shí)現(xiàn)智能乒乓球拍與上位機(jī)的通信，凹槽7內(nèi)安裝可充電可拆卸的鋰電池。
[0019]如圖3所示，所述主控MCU 9的輸入輸出端分別與存儲器、通信接口電路的輸入輸出端相連，電源電路分別向主控MCU 9、信號調(diào)理電路、通信接口電路供電，所述信號調(diào)理電路由左基板信號調(diào)理電路和右基板信號調(diào)理電路組成，所述主控MCU 9的信號輸入端分別與左、右基板?目號調(diào)理電路的輸出端相連，左基板/[目號調(diào)理電路的輸入端與左基板I上粘貼的壓電薄膜傳感器5的輸出端相連，且其個數(shù)與左基板I上粘貼的壓電薄膜傳感器5的個數(shù)一致；右基板信號調(diào)理電路的輸入端與右基板2上粘貼的壓電薄膜傳感器5的輸出端相連，且其個數(shù)與右基板2上粘貼的壓電薄膜傳感器5的個數(shù)一致，左基板信號調(diào)理電路和右基板信號調(diào)理電路的電路組成相同。
[0020]如圖4所示，所述主控MCU 9采用C8051F312單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)部具有豐富的片上資源，其具有21通道的IObit聞速ADC,有利于內(nèi)部電路的聞度集成化。左基板I和右基板2的18路傳感器信號經(jīng)過18個信號調(diào)理電路處理后，產(chǎn)生單級性的電壓信號送入主控MCU 9的各個ADC通道進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。C8051F312單片機(jī)的調(diào)試接口為兩線制C2接口，分別是C2CK接口和Ρ3.0/C2D接口，P0.0~Ρ3.4 口可以通過主控MCU 9內(nèi)部的交叉開關(guān)配置為ADC的輸入端。壓電薄膜傳感器5通過信號調(diào)理電路輸出的信號一AOO~Α15單級性信號，輸入到C 8051F312單片機(jī)P0.0~P0.3 口 ；Ρ0.7~Ρ2.2 口作為ADC的正極性輸入端，ADC的負(fù)極性輸入端為GND，ADC工作在單級性模式下，C8051F312單片機(jī)內(nèi)部執(zhí)行相關(guān)程序算法，通過對壓電薄膜傳感器5的輸出信號的采集獲取相關(guān)的擊球力度、擊球位置和擊球頻率等相關(guān)信息，P0.4~P0.6 口作為RS485接口，振蕩源采用內(nèi)部高精度高穩(wěn)定RC振蕩器。
[0021]如圖5所示，所述信號調(diào)理電路包括運(yùn)放U2A，其反相輸入端依次通過電阻R4、電容C4接壓電薄膜傳感器5的正極，運(yùn)放U2A的正相輸入端與Π型濾波電路的輸出端相連，運(yùn)放U2A的輸出端依次通過電阻R2、R3接運(yùn)放U2B的正相輸入端，運(yùn)放U2B的輸出端與C8051F312單片機(jī)的2腳相連，所述運(yùn)放U2A、U2B均采用AD823芯片。信號調(diào)理電路將壓電薄膜傳感器的輸出電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，由運(yùn)算放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，采用的運(yùn)算放大器為具有極高阻抗的運(yùn)算放大器一AD823芯片，其輸入阻抗為1013歐姆，帶寬為16MHz，非常適合于壓電薄膜傳感器的測量電路。為了保證精度，電荷轉(zhuǎn)換部分的反饋電容Cl采用穩(wěn)定性及絕緣電阻高的CB系列金屬膜精密電容，反饋電阻Rl的阻值根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，一般取值較大，同時為了保證電路的增益，反饋電容Cl不能取太大。電容C4的作用是隔直和隔離壓電薄膜傳感器5的零漂，電容C2和電阻R4組成的RC并聯(lián)電路的作用是消除振蕩和產(chǎn)生超前相移。經(jīng)過電荷轉(zhuǎn)換電壓后會有尖峰和毛刺，利用電阻R2、R3、電容C3、C5和運(yùn)放U2B組成的二階有源低通濾波器進(jìn)行濾波，可獲得較好的輸出電壓波形，二階有源低通濾波器的增益由電阻R8、R7決定。
[0022]如圖6所示，所述電源電路包括三端穩(wěn)壓器HT7330，其輸入端接鋰電池提供的
3.6V直流電，其輸出端分別與C8051F312單片機(jī)的4腳、Π型濾波電路的輸入端相連，Π型濾波電路的輸出端與信號調(diào)理電路的電源端相連。內(nèi)部電路由單節(jié)可充電鋰電池供電，單節(jié)的鋰電池電壓為3.6VDC,電源調(diào)節(jié)采用超低靜態(tài)電流的三端穩(wěn)壓器HT7330產(chǎn)生3V的穩(wěn)定電壓，給C8051F312單片機(jī)和信號調(diào)理電路等內(nèi)部電路供電。為了讓模擬電路和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)分別單獨(dú)供電和走線，用Π型濾波電路和電阻RlO將模擬電路電源3VA、AGND和數(shù)字電路3VCC、GND隔開。由電阻Rll和R14產(chǎn)生1.5V的電壓接入到運(yùn)放U2A的同相輸入端作為壓電薄膜傳感器5沒受力時運(yùn)放的輸出電壓，電容Cll?C18作為旁路電容,用于運(yùn)放U2A的退耦電容。
[0023]如圖7所示，所述存儲器為EEPROM存儲器8，EEPROM存儲器8采用24C256芯片，其1、2、3、4腳相連后接地，其8腳接電源電路的輸出端，其6、5腳分別與C8051F312單片機(jī)的7、8腳相連。相關(guān)信息存儲于EEPROM存儲器8中，EEPROM存儲器8采用24C256芯片，24C256芯片的存儲容量為256Kbit，存儲容量可以滿足一定時間間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲，電阻R12、R13作為上拉電阻，24C256芯片的時鐘和數(shù)據(jù)端分別和C8051F312單片機(jī)的P3.1和P3.2 口相連。
[0024]如圖8所示，所述通信接口電路為RS485通信接口電路10，RS485通信接口電路10包括MAX3485芯片，其3、4、I腳分別與C8051F312單片機(jī)的28、30、29腳相連，其2、3腳相連，其5腳接地，其8腳通過電容ClO接地，其6、7腳分別通過電阻R16、R17與上位機(jī)通訊。MAX3485芯片為RS485邏輯電平轉(zhuǎn)換芯片，工作于半雙工通信模式，其中的方向控制信號DIR和C8051F312單片機(jī)的P0.6相連，電阻R15為上拉電阻，電阻R18為下拉電阻，電阻R16、R17為能量吸收電阻，通過上下拉電阻和能量吸收電阻可以提供RS485總線的通信的穩(wěn)定性，通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議。
[0025]綜上所述，本實(shí)用新型首先對壓電薄膜傳感器5的輸出信號進(jìn)行采集，各個壓電薄膜傳感器5的輸出信號通過信號調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波等處理，由主控MCU 9獲取擊球點(diǎn)位置和擊球頻率的測量，并發(fā)送至存儲器存儲，當(dāng)需要對這些信息進(jìn)行處理時，通過RS485總線將這些數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，通過上位機(jī)軟件的相關(guān)處理，可以得到乒乓球訓(xùn)練過程中的有用的數(shù)據(jù)信息，為日后提高訓(xùn)練質(zhì)量提供客觀的數(shù)據(jù)源。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)對乒乓球擊球力度、位置及擊球頻率等信息的獲取，具有智能化的特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.智能乒乓球拍，其特征在于:包括手柄(3)以及相對布置在其兩側(cè)的左、右基板(1、2 ),左、右基板(1、2)之間有間隙，電路板(4 )設(shè)置在該間隙內(nèi)，左、右基板(1、2 )朝向電路板(4)的一側(cè)的內(nèi)表面上均勻粘貼多個壓電薄膜傳感器(5)，電路板(4)上焊接主控MCU(9)、信號調(diào)理電路、存儲器和通信接口電路，壓電薄膜傳感器(5)的輸出端與信號調(diào)理電路的輸入端相連，信號調(diào)理電路的輸出端與主控MCU (9)的輸入端相連，主控MCU (9)的輸入輸出端通過通信接口電路與上位機(jī)通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述左、右基板(1、2)的外表面上均粘貼膠皮；所述手柄(3)的端部開設(shè)通信接口(6)，手柄(3)內(nèi)部開設(shè)用于安裝鋰電池的凹槽(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述左基板(I)的內(nèi)表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器(5)，所述右基板(2)的內(nèi)表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述主控MCU(9)的輸入輸出端分別與存儲器、通信接口電路的輸入輸出端相連，電源電路分別向主控MCU(9)、信號調(diào)理電路、通信接口電路供電，所述主控MCU (9)采用C8051F312單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述信號調(diào)理電路由左基板信號調(diào)理電路和右基板信號調(diào)理電路組成，所述主控MCU (9)的信號輸入端分別與左、右基板信號調(diào)理電路的輸出端相連，左基板信號調(diào)理電路的輸入端與左基板(I)上粘貼的壓電薄膜傳感器(5 )的輸出端相連，且其個數(shù)與左基板(I)上粘貼的壓電薄膜傳感器(5 )的個數(shù)一致；右基板信號調(diào)理電路的輸入端與右基板(2)上粘貼的壓電薄膜傳感器(5)的輸出端相連，且其個數(shù)與右基板(2)上粘貼的壓電薄膜傳感器(5)的個數(shù)一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述電源電路包括三端穩(wěn)壓器HT7330，其輸入端接鋰電池提供的3.6V直流電，其輸出端分別與C8051F312單片機(jī)的4腳、Π型濾波電路的輸入端相連，Π型濾波電路的輸出端與信號調(diào)理電路的電源端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述信號調(diào)理電路包括運(yùn)放U2A，其反相輸入端依次通過電阻R4、電容C4接壓電薄膜傳感器(5)的正極，運(yùn)放U2A的正相輸入端與Π型濾波電路的輸出端相連，運(yùn)放U2A的輸出端依次通過電阻R2、R3接運(yùn)放U2B的正相輸入端，運(yùn)放U2B的輸出端與C8051F312單片機(jī)的2腳相連，所述運(yùn)放U2A、U2B均采用AD823芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述通信接口電路為RS485通信接口電路(10)，RS485通信接口電路(10)包括MAX3485芯片，其3、4、1腳分別與C8051F312單片機(jī)的28、30、29腳相連，其2、3腳相連，其5腳接地，其8腳通過電容ClO接地，其6、7腳分別通過電阻R16、R17與上位機(jī)通訊。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述存儲器為EEPROM存儲器(8), EEPROM存儲器(8)采用24C256芯片，其1、2、3、4腳相連后接地，其8腳接電源電路的輸出端，其6、5腳分別與C8051F312單片機(jī)的7、8腳相連。
【文檔編號】A63B59/04GK203694544SQ201320819149
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張中舉, 張晶 申請人:張中舉