專利名稱：家庭健身的智能乒乓壁及其操作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于家庭健身的智能乒乓壁及其操作方法，屬于機械電子工程技術領域。
背景技術：
隨著生活水平的提高，越來越多的人開始認識到健身的重要性，而且希望足小出戶就能進行自己的健身計劃。但是由于室內空間狹小，健身人數只有單個人等客觀因素的限制，無法進行一些對抗性強的運動。乒乓球運動就是屬于這種難以單個人運動品種，一般至少需要兩個一起運動，而且要有足夠的空間和乒乓桌，因而人大限制了其作為家用的健身運動。

發明內容
本發明的目的在于針對已有技術存在的問題，提供一種家用健身智能乒乓球壁及其操作方法，使單個人也能進行乒乓球運動，從而使乒乓球運動成為家庭健身運動。
為了達到上述目的，本發明的構思是本發明提供的智能乒乓壁就是一種可以在室內相對狹小的空間內讓單人進行體育鍛煉的一種健身器材，它可以模仿人的動作，進行削球、反彈等多種動作，且具有占用室內空間少，通常可安裝在餐桌一端或懸掛在墻壁上，實現了單人進行乒乓球健身運動，還具有自動計分和自動調節難度的功能，既是一臺健身器，又是一臺游戲機，使得人們在健身的同時不乏游戲性和趣味性，非常適于喜歡在室內健身的人群。本發明的乒乓壁制作成能模仿乒乓球手多種動作的乒乓壁，可以將打到乒乓壁上的球彈回到多個隨機方向，并改變球本身的旋轉方向，增加了擊球的難度，同時根據接球的情況自動記錄分數。可使用鍵盤輸入難度值，或令系統根據打球者的成績自動調節難度。這種體育器材設計成本低，靈活性好且占用室內空間非常少，特別適合室內健身，并且實現了單人運動，為乒乓球愛好者解決了一個人無法打乒乓球的問題。該乒乓壁運動變化多樣，具有較為完善的計分和難度調整功能，兼具了健身性和趣味性，既是一種健身器材，又可當作一臺游戲機，增加了健身者的興趣。
根據上述的發明構思，本發明采下述技術方案一種家用健身智能乒乓壁，包括一塊固定在桌端的板壁，其特征在于所述的板壁上分布著活動的擋球板和削球板，擋球板在其驅動機構的驅動下作擺動運動，前球板在其驅動機構的驅動下作平面移動或旋轉運動。
上述的板壁上，所述的擋球板共有三塊，為長方形形狀，分別位于板壁的左下部、中上部和右上部；所述的削球板共有三塊，其中一塊為圓形形狀，位于板壁的中下部，其余兩塊為長方形形狀，分別位于板壁的左上部和右下部。
上述的擋球板及其驅動機構的結是一塊擋球板的中部背面與一個固定鉸鏈鉸連，擋球板一端通過一根連桿與一個圓盤曲柄鉸連，圓盤曲柄由一個電機驅動轉動。
上述的削球板及其驅動機構的結是一塊帶有橡膠板面的長方形削球板，兩端滑動插配在板壁的滑槽，削球板的中部通過兩根連桿鉸連一個圓盤柄，圓盤曲柄由一個電機驅動轉動。
上述的削球板及其驅動機構的結構是一塊帶有橡膠板面的圓形削球板的背面圓心處與一個電機的輸出軸固定連接。
上述的板壁上面安裝一塊操作與顯示板，板壁的壁面左右兩側各安裝一條計分檢測光電模塊；所述的操作與顯示板上裝有操作按鍵和顯示數碼管；計分檢測光電模塊中央處裝有激光發射器，而整條計分檢測光電模塊沿上下方向均布光敏三極管；在桌的桌面兩側亦各安裝一條計分檢測光電模塊。
上述的操作按鍵、顯示數碼管、計分檢測光電模塊和驅動擋球板和削球板的電機均連接到一個微處理器，微處理器通過一個通訊接口與上位機連接；操作按鍵給出練球難度信號輸入微處理器；計分檢測光電模塊將測得乒乓球運動信號輸入微處理器；微處理器根據輸入的練球難度信號，經處理后輸出控制信號去調整驅動擋球板和削球板的電機，而調整擋球板，經處理后輸出計分信號控制顯示數碼管。
一種用于上述家用健身智能乒乓壁的操作方法，其特征在于具體步驟如下(1)打開電源；(2)系統初始化；(3)由微處理器構成的控制器按照初始參數開始轉動；(4)擋球板和削球板在電機的帶動下開始運動，數碼管顯示數值為0；(5)當乒乓球落入計分區域時，計分檢測光電模塊獲得光信號，通過光敏三極管轉換成電信號，作為微處理器的輸入信號，微處理器進行處理，并向數碼管輸出信號，數碼管開始顯示計分；計分規則當使用者將乒乓球打到板壁計分檢測區域內，并且乒乓球反彈到桌面上的計分檢測區內，數碼管顯示數值加一；(6)當按下按鍵，產生一個信號，給微處理器一個中斷信號，微處理器執行中斷程序，使電機的轉速發生變化；同時，使電機轉向發生變化；從而使擋球板和削球板工作狀況發生相應改變；(7)當得分超過預先設定值時，微處理器內部計數器溢出，執行中斷程序，提高電機的轉速；(8)當桌面上的計分檢測光電模塊和板壁上計分檢測電模塊反饋給微處理器的信號變化的時間差大于1秒時，數碼管的數值不再增加，所顯示的數值為使用者的最終分數，5秒后重新初始化系統，開始新的一局游戲；(9)停止使用時，關閉電源。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點本發明采用固定在桌端的板壁上分布著活動的擋球板和削球板，能模仿乒乓球手多種擊球運動，從而使單個人可以進行乒乓球運動，使乒乓球運動成為家庭健身活動。本發明中有可調帶擊球難度和自動計分系統，使其運動增加趣味性。本發明的乒乓壁成本低、室內占用空間小，適于室內健身用。


圖1是本發明一個實施例的結構示意圖。
圖2是圖1示例的板壁正面視圖。
圖3是圖1示例中的擋球板及其驅動機構的結構示意圖。
圖4是圖1示例中的一種削球板及其驅動機構的結構示意圖。
圖5是圖1示例中的另一種削球板及其運動機構的結構示意圖。
圖6是圖1示例中的計分檢測光電模塊的結構示意圖。
圖7是圖1示例中兩塊計分檢測光電模塊的光路圖。
圖8是圖1示例的電路系統框圖。
圖9是主程序流程框圖。
圖10是中斷子程序流程框圖。
具體實施例方式
本發明的一個優選實例結合附圖詳述如下參見圖1和圖2，本家用健身智能乒乓壁包括一塊固定在桌3端的板壁2，其特征在于所述的板壁2上分布著活動的擋球板6和削球板8，擋球板6在其驅動機構的驅動下作擺動運動，前球板8在其驅動機構的驅動下作平面移動或旋轉運動。
上述的板壁2上，所述的擋球板6共有三塊，為長方形形狀，分別位于板壁2的左下部、中上部和右上部；所述的削球板8共有三塊，其中一塊為圓形形狀，位于板壁2的中下部，其余兩塊為長方形形狀，分別位于板壁2的左上部和右下部。
參見圖3，上述的擋球板6及其驅動機構的結是一塊擋球板6的中部背面與一個固定鉸鏈9鉸連，擋球板6一端通過一根連桿12與一個圓盤曲柄10鉸連，圓盤曲柄10由一個電機11驅動轉動。
參見圖4，上述兩塊長方形削球板8及其驅動機構的結是一塊帶有橡膠板面的長方形削球板8，兩端滑動插配在板壁2的滑槽13、14，削球板8的中部通過兩根連桿18、17鉸連一個圓盤柄15，圓盤曲柄15由一個電機16驅動轉動。
參見圖5，上述的圓形削球板8及其驅動機構的結構是一塊帶有橡膠板面的圓形削球板8的背面圓心處與一個電機19的輸出軸20固定連接。
參見圖1、圖2和圖6，上述的板壁2上面安裝一塊操作與顯示板1，板壁2的壁面左右兩側各安裝一條計分檢測光電模塊7；所述的操作與顯示板1上裝有操作按鍵5和顯示數碼管4；計分檢測光電模塊7中央處裝有激光發射器21，而整條計分檢測光電模塊7沿上下方向均布光敏三極管22；在桌3的桌面兩側亦各安裝一條計分檢測光電模塊7。
在圖7中示出上述的有分檢測光電模塊7的光路。
參見圖9，本家用健身智能乒乓壁的系統電路結構是上述的操作按鍵5、顯示數碼管4、計分檢測光電模塊7和驅動擋球板和削球板的電機11、16、19均連接到一個微處理器23，微處理器23通過一個通訊接口24與上位機連接；操作按鍵5給出練球難度信號輸入微處理器23；計分檢測光電模塊7將測得乒乓球運動信號輸入微處理器23；微處理器23根據輸入的練球難度信號，經處理后輸出控制信號去調整驅動擋球板和削球板的電機11、16、19，而調整擋球板6，經處理后輸出計分信號控制顯示數碼管4。
上述的微處理器23采用EASYARM2131型芯片，其引腳動配如下●計分檢測模塊使用2個GPIO引腳●OLED顯示屏使用8個GPIO引腳●數碼管使用5個GPIO引腳●4個按鍵使用4個GPIO引腳
●3個削球板電動機使用有PWM功能的3個引腳●3個擋球板電動機使用3個GPIO引腳●2個串口通訊引腳與PC機通訊系統原理(1)削球功能方案一由曲柄滑塊機構演化而來的運動機構(圖4)。
由圓盤15作為曲柄，滑塊與削球板8相連。當導軌13、14橫向放置時，削球板8的移動便能產生橫向削球的效果。導軌13、14亦可豎直放置從而產生豎直削球的效果。經實驗測得當削球板8的移動速度達到4m/s以上時，便能產生明顯的削球效果。而由削球板8則具有足夠的剛度使擊球者能連續擊球。
方案二轉盤機構(圖5)。
此機構為由電機19帶動圓形削球板8。轉盤機構結構更為簡單，而且對于擊球者來說，且球擊中轉盤后產生的削球效果是變化的，能隨機地產生側削和豎直削的效果。
(2)擋球功能四連桿機構(圖3)。
此機構是曲柄搖桿機構的演化。圓盤10為曲柄，擋球板6充當著搖桿的角色。擋球板6上下兩端的中間固定在框架上，一端與連桿12相連，當曲柄轉動時，擋球板6便繞著中間軸做往復擺動，對來球產生推擋的效果。經設計，擋球板6的擺動角度為±10°，使得與槽之間的最大間隙為5mm，不會使乒乓球卡住，且易于設計制造。
(3)計分檢測功能(圖6)利用光敏三極管22對光的感應功能。光源發射端為兩個線型光源激光發射器21，在桌面和乒乓壁上方分別構成一個平面光路(圖7)，接收端是間距為10mm的光敏三極管組。光敏三極管組是由3個光敏三極管22并聯組成的，直徑也為10mm。(乒乓壁面的計分檢測模塊中有52組光敏三極管，桌面的計分檢測光電模塊7中有64組光敏三極管)每一組光敏三極管22有獨立的信號輸出。正常情況時輸出為低電平，當乒乓球落在計分區域中時，被遮擋住光的光敏三極管22輸出高電平。這些輸出信號再經過邏輯門電路，作為處理器的輸入信號。在實際制作中把這些光敏三極管組做在一塊電路板上，并安裝在一腔體中，有效的避免了外界光源的干擾。
(4)智能控制功能通過編寫一定的程序，使系統根據打球者的得分情況，自動增加難度。例如可分別提高擋球板、削球板的轉動速度和改變方向。
軟件完成各部分硬件的控制和協調。程序流程見圖9。
本家用健身智能乒乓壁的操作步驟如下1.打開電源2.系統初始化3.微處理器控制電機按照初始參數開始轉動4.擋球板和削球板在電機的帶動下開始運動，數碼管顯示數值為0。
5.當乒乓球落入計分區域時，計分檢測模塊獲得光信號，通過光敏三極管轉換成電信號，再通過比較器和門電路，作為微處理器的輸入信號，根據編制的程序，微處理器進行處理，并向數碼管輸出信號，數碼管開始顯示計分。
計分規則當使用者將乒乓球打到乒乓球的計分檢測區域內，并且乒乓球反彈到桌面上的計分檢測區域內，數碼管顯示的數值加一，6.當按下按鍵，產生一個電信號，給處理器一個中斷信號，處理器執行中斷程序，使PWM的輸出占空比發生變化，PWM占空比的改變可以使電機的轉速發生變化。同時，中段程序可以控制H橋電路，使得電動機的轉向發生改變。隨著電機工作狀況改變，通過機械傳動，擋球板和削球板工作狀況發生相應的改變。
7.當得分超過預先設定的數值時，處理器內部計數器溢出，執行中斷程序，提高電機的轉速。
8.當桌面上的計分檢測模塊和乒乓壁上計分檢測模塊反饋給處理器的信號變化的時間差大于1秒時，數碼管的數值不再增加，所顯示的數值為使用者的最終分數，5秒后重新初始化系統，開始新的一局游戲。
9.停止使用時，關閉電源。
權利要求
1.一種家用健身智能乒乓壁，包括一塊固定在桌(3)端的板壁(2)，其特征在于所述的板壁(2)上分布著活動的擋球板(6)和削球板(8)，擋球板(6)在其驅動機構的驅動下作擺動運動，削球板(8)在其驅動機構的驅動下作平面移動或旋轉運動。
2.根據權利要求1所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的板壁(2)上，所述的擋球板(6)共有三塊，為長方形形狀，分別位于板壁(2)的左下部、中上部和右上部；所述的削球板(8)共有三塊，其中一塊為圓形形狀，位于板壁(2)的中下部，其余兩塊為長方形形狀，分別位于板壁(2)的左上部和右下部。
3.根據權利要求1或2所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的擋球板(6)及其驅動機構的結是一塊擋球板(6)的中部背面與一個固定鉸鏈(9)鉸連，擋球板(6)一端通過一根連桿(12)與一個圓盤曲柄(10)鉸連，圓盤曲柄(10)由一個電機(11)驅動轉動。
4.根據權利要求1或2所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的削球板(8)及其驅動機構的結是一塊帶有橡膠板面的長方形削球板(8)，兩端滑動插配在板壁(2)的滑槽(13、14)，削球板(8)的中部通過兩根連桿(18、17)鉸連一個圓盤柄(15)，圓盤曲柄(15)由一個電機(16)驅動轉動。
5.根據權利要求1或2所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的削球板(8)及其驅動機構的結構是一塊帶有橡膠板面的圓形削球板(8)的背面圓心處與一個電機(19)的輸出軸(20)固定連接。
6.根據權利要求1所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的板壁(2)上面安裝一塊操作與顯示板(1)，板壁(2)的壁面左右兩側各安裝一條計分檢測光電模塊(7)；所述的操作與顯示板(1)上裝有操作按鍵(5)和顯示數碼管(4)；計分檢測光電模塊(7)中央處裝有激光發射器(21)，而整條計分檢測光電模塊(7)沿上下方向均布光敏三極管(22)；在桌(3)的桌面兩側亦各安裝一條計分檢測光電模塊(7)。
7.根據權利要求6所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的操作按鍵(5)、顯示數碼管(4)、計分檢測光電模塊(7)和驅動擋球板和削球板的電機(11、16、19)均連接到一個微處理器(23)，微處理器(23)通過一個通訊接口(24)與上位機連接；操作按鍵(5)給出練球難度信號輸入微處理器(23)；計分檢測光電模塊(7)將測得乒乓球運動信號輸入微處理器(23)；微處理器(23)根據輸入的練球難度信號，經處理后輸出控制信號去調整驅動擋球板和削球板的電機(11、16、19)，而調整擋球板(6)，經處理后輸出計分信號控制顯示數碼管(4)。
8.一種用于權利要求1所述的家用健身智能乒乓壁的操作方法，其特征在于具體步驟如下(1)打開電源；(2)系統初始化；(3)微處理器控制器按照初始參數開始轉動；(4)擋球板和削球板在電機的帶動下開始運動，數碼管顯示數值為0；(5)當乒乓球落入計分區域時，計分檢測光電模塊獲得光信號，通過光敏三極管轉換成電信號，作為微處理器的輸入信號，微處理器進行處理，并向數碼管輸出信號，數碼管開始顯示計分；計分規則當使用者將乒乓球打到板壁計分檢測區域內，并且乒乓球反彈到桌面上的計分檢測區內，數碼管顯示數值加一；(6)當按下按鍵，產生一個信號，給微處理器一個中斷信號，微處理器執行中斷程序，使電機的轉速發生變化；同時，使電機轉向發生變化；從而使擋球板和削球板工作狀況發生相應改變；(7)當得分超過預先設定值時，微處理器內部計數器溢出，執行中斷程序，提高電機的轉速；(8)當桌面上的計分檢測光電模塊和板壁上計分檢測電模塊反饋給微處理器的信號變化的時間差大于1秒時，數碼管的數值不再增加，所顯示的數值為使用者的最終分數，5秒后重新初始化系統，開始新的一局游戲；(9)停止使用時，關閉電源。
全文摘要
本發明涉及一種家用健身智能乒乓壁及其操作方法。本乒乓包括一塊固定在桌端的板壁，該板壁上分布著活動的擋球板和削球板，擋球板在其驅動機構的驅動下作擺動運動，前球板在其驅動機構的驅動下作平面移動或旋轉運動。還設有可調擊球難度和自動計分系統。本發明的乒乓壁能模仿乒乓球手多種擊球動作，從而使單個人可以進行乒乓球運動，其成本低，室內占用空間小，適于室內健身用。
文檔編號A63B71/06GK101049536SQ200610116370
公開日2007年10月10日 申請日期2006年9月21日 優先權日2006年9月21日
發明者沈林勇, 李亞旻, 張煒, 龔佳偉, 楊輝 申請人:上海大學