智能乒乓球拍的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種智能乒乓球拍，包括手柄以及相對布置在其兩側的左、右基板，左、右基板之間有間隙，電路板設置在該間隙內，左、右基板朝向電路板的一側的內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理電路的輸入端相連，信號調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通訊。本發明可以得到乒乓球訓練過程中的有用的數據信息，為日后提高訓練質量提供客觀的數據源，實現對乒乓球擊球力度、位置及擊球頻率等信息的獲取，具有智能化的特點，此外，功耗低、結構緊湊。
【專利說明】智能乒乓球拍
【技術領域】
[0001]本發明涉及乒乓球智能數據采集及統計系統的前端設備【技術領域】，尤其是一種智能乒乓球拍。
【背景技術】
[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，用來對乒乓球進行來回彈擊。在實際的乒乓球訓練和比賽過程中，乒乓球的擊球位置、力度及擊球頻率直接影響訓練和比賽的成績，然而，普通的乒乓球拍無法提供訓練及比賽尤其是訓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動員提供客觀的相關數據，導致訓練具有一定的盲目性。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種能夠對擊球位置、擊球力度、擊球頻率等數據進行采集和分析、提高訓練準確度和訓練手段的智能乒乓球拍。
[0004]為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案:一種智能乒乓球拍，包括手柄以及相對布置在其兩側的左、右基板，左、右基板之間有間隙，電路板設置在該間隙內，左、右基板朝向電路板的一側的內表面上均勻粘貼多個壓電薄膜傳感器，電路板上焊接主控MCUJf號調理電路、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理電路的輸入端相連，信號調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通信接口，手柄內部開設用于容納鋰電池的空腔。
[0006]所述左基板的內表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器，所述右基板的內表面上均勻粘貼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、信號調理電路、通信接口電路供電，所述主控MCU采用C8051F312單片機。
[0008]所述信號調理電路由左基板信號調理電路和右基板信號調理電路組成，所述主控MCU的信號輸入端分別與左、右基板信號調理電路的輸出端相連，左基板信號調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，且其個數與左基板上粘貼的壓電薄膜傳感器的個數一致；右基板信號調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，且其個數與右基板上粘貼的壓電薄膜傳感器的個數一致。
[0009]所述電源電路包括三端穩壓器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理電路的電源端相連。
[0010]所述信號調理電路包括運放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，運放U2A的正相輸入端與Π型濾波電路的輸出端相連，運放U2A的輸出端依次通過電阻R2、R3接運放U2B的正相輸入端，運放U2B的輸出端與C8051F312單片機的2腳相連，所述運放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單片機的7、8腳相連。
[0013]由上述技術方案可知，本發明首先對壓電薄膜傳感器的輸出信號進行采集，各個壓電薄膜傳感器的輸出信號通過信號調理電路進行放大、濾波等處理，由主控MCU獲取擊球點位置和擊球頻率的測量，并發送至存儲器存儲，當需要對這些信息進行處理時，通過RS485總線將這些數據上傳給上位機，通過上位機軟件的相關處理，可以得到乒乓球訓練過程中的有用的數據信息，為日后提高訓練質量提供客觀的數據源。本發明可以實現對乒乓球擊球力度、位置及擊球頻率等信息的獲取，具有智能化的特點，此外，本發明利用壓電薄膜傳感器的正向壓電效應，將機械能轉換為電能，并采用低功耗的集成芯片，實現了超低功耗的數據采集處理，功耗低、結構緊湊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1、2為本發明的結構示意圖。
[0015]圖3為本發明的電路框圖。
[0016]圖4、5、6、7、8分別為本發明中主控MCU、信號調理電路、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的左、右基板1、2，左、右基板1、2之間有間隙，電路板4設置在該間隙內，左、右基板1、2朝向電路板4的一側的內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的輸出端與信號調理電路的輸入端相連,信號調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的端部開設通信接口 6，手柄3內部開設用于安裝鋰電池的凹槽7。所述左基板I的內表面上均勻粘貼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:當左基板I或右基板2某處擊打乒乓球后，距離擊球點最近處的壓電薄膜傳感器5輸出的信號為最大，同時其他點的壓電薄膜傳感器的信號輸出與距擊球點的距離成近似線性關系，通過信號調理電路及主控MCU 9的快速ADC轉換后，將各點的信號累加得到擊球力度，同時根據線性插值算法得到擊球點的位置。同時，對一定時間間隔內的擊球次數得到擊球頻率，然后將相關信息保存在EEPROM存儲器8中，通信接口 6實現智能乒乓球拍與上位機的通信，凹槽7內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、信號調理電路、通信接口電路供電，所述信號調理電路由左基板信號調理電路和右基板信號調理電路組成，所述主控MCU 9的信號輸入端分別與左、右基板?目號調理電路的輸出端相連，左基板/[目號調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，且其個數與左基板I上粘貼的壓電薄膜傳感器5的個數一致；右基板信號調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，且其個數與右基板2上粘貼的壓電薄膜傳感器5的個數一致，左基板信號調理電路和右基板信號調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，該單片機內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路傳感器信號經過18個信號調理電路處理后，產生單級性的電壓信號送入主控MCU 9的各個ADC通道進行AD轉換。C8051F312單片機的調試接口為兩線制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內部的交叉開關配置為ADC的輸入端。壓電薄膜傳感器5通過信號調理電路輸出的信號一AOO~Α15單級性信號，輸入到C8051F312單片機P0.0~P0.3 口 ；Ρ0.7~Ρ2.2 口作為ADC的正極性輸入端，ADC的負極性輸入端為GND，ADC工作在單級性模式下，C8051F312單片機內部執行相關程序算法，通過對壓電薄膜傳感器5的輸出信號的采集獲取相關的擊球力度、擊球位置和擊球頻率等相關信息，P0.4~P0.6 口作為RS485接口，振蕩源采用內部高精度高穩定RC振蕩器。
[0021]如圖5所示，所述信號調理電路包括運放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，運放U2A的正相輸入端與Π型濾波電路的輸出端相連，運放U2A的輸出端依次通過電阻R2、R3接運放U2B的正相輸入端，運放U2B的輸出端與C8051F312單片機的2腳相連，所述運放U2A、U2B均采用AD823芯片。信號調理電路將壓電薄膜傳感器的輸出電荷`信號轉換成電壓信號，由運算放大器和反饋網絡組成，采用的運算放大器為具有極高阻抗的運算放大器一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，電荷轉換部分的反饋電容Cl采用穩定性及絕緣電阻高的CB系列金屬膜精密電容，反饋電阻Rl的阻值根據具體情況進行選擇，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并聯電路的作用是消除振蕩和產生超前相移。經過電荷轉換電壓后會有尖峰和毛刺，利用電阻R2、R3、電容C3、C5和運放U2B組成的二階有源低通濾波器進行濾波，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理電路的電源端相連。內部電路由單節可充電鋰電池供電，單節的鋰電池電壓為3.6VDC,電源調節采用超低靜態電流的三端穩壓器HT7330產生3V的穩定電壓，給C8051F312單片機和信號調理電路等內部電路供電。為了讓模擬電路和數字電路實現分別單獨供電和走線，用Π型濾波電路和電阻RlO將模擬電路電源3VA、AGND和數字電路3VCC、GND隔開。由電阻Rll和R14產生1.5V的電壓接入到運放U2A的同相輸入端作為壓電薄膜傳感器5沒受力時運放的輸出電壓，電容Cll?C18作為旁路電容,用于運放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單片機的7、8腳相連。相關信息存儲于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的數據存儲，電阻R12、R13作為上拉電阻，24C256芯片的時鐘和數據端分別和C8051F312單片機的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與上位機通訊。MAX3485芯片為RS485邏輯電平轉換芯片，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總線的通信的穩定性，通信協議采用標準的MODBUS RTU協議。
[0025]綜上所述，本發明首先對壓電薄膜傳感器5的輸出信號進行采集，各個壓電薄膜傳感器5的輸出信號通過信號調理電路進行放大、濾波等處理，由主控MCU 9獲取擊球點位置和擊球頻率的測量，并發送至存儲器存儲，當需要對這些信息進行處理時，通過RS485總線將這些數據上傳給上位機，通過上位機軟件的相關處理，可以得到乒乓球訓練過程中的有用的數據信息，為日后提高訓練質量提供客觀的數據源。本發明可以實現對乒乓球擊球力度、位置及擊球頻率等信息的獲取，具有智能化的特點。
【權利要求】
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的左、右基板(1、2),左、右基板(1、2)之間有間隙，電路板(4 )設置在該間隙內，左、右基板(1、2 )朝向電路板(4)的一側的內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)的輸出端與信號調理電路的輸入端相連，信號調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通訊。
2.根據權利要求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)的端部開設通信接口(6)，手柄(3)內部開設用于安裝鋰電池的凹槽(7)。
3.根據權利要求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)的內表面上均勻粘貼9個壓電薄膜傳感器(5)。
4.根據權利要求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)、信號調理電路、通信接口電路供電，所述主控MCU (9)采用C8051F312單片機。
5.根據權利要求1所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述信號調理電路由左基板信號調理電路和右基板信號調理電路組成，所述主控MCU (9)的信號輸入端分別與左、右基板信號調理電路的輸出端相連，左基板信號調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，且其個數與左基板(I)上粘貼的壓電薄膜傳感器(5 )的個數一致；右基板信號調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，且其個數與右基板(2)上粘貼的壓電薄膜傳感器(5)的個數一致。
6.根據權利要求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理電路的電源端相連。
7.根據權利要求4所述的智能乒乓球拍，其特征在于:所述信號調理電路包括運放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，運放U2A的正相輸入端與Π型濾波電路的輸出端相連，運放U2A的輸出端依次通過電阻R2、R3接運放U2B的正相輸入端，運放U2B的輸出端與C8051F312單片機的2腳相連，所述運放U2A、U2B均采用AD823芯片。
8.根據權利要求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與上位機通訊。
9.根據權利要求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單片機的7、8腳相連。
【文檔編號】A63B59/04GK103599630SQ201310677693
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】張中舉, 張晶 申請人:張中舉