專利名稱：乒乓球單打球臺計數器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種體育器材，即一種乒乓球單打球臺計數器。
背景技術：
乒乓球單打球臺是內蒙古民族大學體育學院穆健鷹老師發(fā)明的新式乒乓球臺，這種球臺既可以雙人對打，也可以單人打球，對場地和人·員數量的要求都不嚴格，而且具有很強的趣味性，適于在家庭、學校、機關單位等多種場所使用，特別適合初學者和業(yè)余愛好者開展乒乓球運動和健身活動。實踐證明，采用這種球臺經過短時間的練習，球員連續(xù)擊球的數量就會顯著增加，可以輕易的達到上千次連續(xù)擊打而不掉球，省去了頻繁撿球的時間，從而使有限的練習時間得到了充分的利用，能夠迅速提高練習者的球技水平。在使用這種球臺練習的過程中，需要記取連續(xù)擊球的次數。由于目前只靠人工計數，比較麻煩，常會分散練習者的注意力，而且還容易出錯。尤其是在比賽的過程中，計數出錯可能會導致糾紛，也缺乏應有的公正性。因此，人們希望，這種單打乒乓球臺能夠配備專用的擊球計數裝置。目前，市場上有多種計數器，但大多都是通過光電圖像技術進行記錄，造價較高，難以利用。而現有的振動式計數器識別雜音及抗干擾能力很差，很難達到準確計數的要求。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種能夠與乒乓球單打球臺相配合，準確記錄和顯示連續(xù)擊球的次數，且造價低廉的計數器。本實用新型更進一步的目的是這種計數器具有連續(xù)累加計數和單次計數以及回查和清零功能，在設定時間中斷擊球時可自動切斷外圍電路，關閉顯示器，進入低功耗休眠狀態(tài)。上述目的是由以下技術方案實現的研制一種乒乓球單打球臺計數器，包括外殼、電源、顯示器件和內部電路，其特征在于所說的內部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅動電路、按鍵電路和單片機。其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機，單片機通過顯示驅動電路接顯示器件。所說的放大電路和濾波電路均有兩級，即第一放大電路接第一濾波電路，第一濾波電路接第二放大電路，第二放大電路接第二濾波電路。所說的放大電路是高輸入阻抗的電壓放大電路或電荷放大器。所說的顯示器件是段碼式IXD顯示器或LED顯示器。所說的壓電陶瓷片的電極用兩芯屏蔽線引出，在屏蔽線的另一端將屏蔽層與接壓電陶瓷片銅片的芯線連在一起，接到電路的GND端，另一根芯線一端與壓電陶瓷片的銀漿電極相接，另一端接到第一放大電路2的輸入端。第一放大電路2的輸出通過第一濾波電路3送入第二放大電路4，第二放大電路4的輸出通過第二濾波電路5，再接波形整形電路6，整形電路6接入單片機7的輸入引腳。[0010]所說的單片機是通用單片機，內有程序存儲器、數據存儲器、定時計數器、中斷控制、外部中斷引腳、輸入/輸出引腳和休眠工作程序。所說的單片機是PIC16F1933，單片機內部帶有4KB閃存程序存儲器、256字節(jié)SRAM,256字節(jié)EEPR0M，最多25根I/O 口線，集成IXD控制器最多可驅動96段。工作電壓范圍是I. 8V 5. 5V，I. 8V時的待機電流為60nA。PIC16F1933的PortB引腳單獨配置為電平變化中斷引腳，與按鍵電路8設置的兩個獨立按鍵連接。所說的按鍵電路是兩個獨立按鍵KEYl和KEY2，KEYl和KEY2的一端相連并接地，KEYl和KEY2的另一端分別與單片機的兩個輸入引腳相接，與KEYl和KEY2相連的兩個單片機輸入引腳分別接一個上拉電阻到電源正極。 所說的壓電陶瓷片平行固定在計數器背面外殼的內部，背面外殼固定在乒乓球單打球臺案板邊緣，顯不器朝向打球人的方向。本實用新型的有益效果是當乒乓球擊打球臺時，壓電陶瓷片受到振動而將球擊信號轉換為電信號送到單片機，單片機按照程序進行處理和顯示，本裝置靈敏度高，信號接收準確，抗干擾能力強，能夠準確記錄并顯示連續(xù)擊球次數，避免了人工計數的弊端，增強了趣味性和訓練效果，且具有結構簡單、造價低廉、性能穩(wěn)定等特點，市場前景十分可觀。

圖I是乒乓球單打球臺計數器的結構框圖；圖2是按鍵電路連接圖；圖3是電源電路及外圍電路電源控制電路連接圖；圖4是顯示器件外觀圖；圖5是王程序流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本發(fā)明的一個實施例。如圖I所示，這種乒乓球單打球臺計數器有外殼、電源、顯示器件和內部電路，內部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅動電路、按鍵電路和單片機。其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機，單片機通過顯示驅動電路接顯示器件。壓電陶瓷片可選用直徑20_的壓電陶瓷片，將壓電陶瓷片平行固定在計數器外殼的背殼內部，使用時將計數器的外殼背面固定在乒乓球單打球臺上，使顯示器朝向打球人，這樣壓電陶瓷片就可以以與球擊信號波正交的方式直接接受來自球臺傳遞過來的乒乓球擊打球臺的擊打信號，并且這種方式壓電陶瓷片輸出信號幅值最大。壓電陶瓷片的電極用兩芯屏蔽線引出，焊接時只焊兩根芯線，在屏蔽線的另一端將屏蔽層與接壓電陶瓷片銅片的芯線連在一起接地，即電路的GND端，另一根芯線一端與壓電陶瓷片的銀漿電極相接，另一端接到第一放大電路的輸入端。第一放大電路的輸出通過第一濾波電路，濾去部分雜散干擾波及球擊信號的抖動波，送入第二放大電路，在第二放大電路中將輸入信號的幅值進一步放大，其輸出再次經過第二濾波電路進行濾波，然后將其送到波形整形電路中進行波形整形，通過整形電路的整形，球擊球臺的擊打信號就變成了一個矩形正脈沖，每一個脈沖信號對應一次球擊球臺的擊打信號，將此信號送入單片機的輸入引腳。單片機選用PIC16F1933，這單片機內部帶有4KB閃存程序存儲器、256字節(jié)SRAM、256字節(jié)EEPROM，最多25根I/O 口線，集成IXD控制器最多可驅動96段等。PIC16F1933的工作電壓范圍是I. 8V
5.5V，I. 8V時的待機電流僅為60nA，特別適合用于電池供電的產品。PIC16F1933的PortB的引腳均可單獨配置為電平變化中斷引腳，本實施例中，正是使用PIC16F1933的這種特性，將按鍵電路設置的兩個獨立按鍵連接到PortB的引腳上，達到按下任一按鍵均可將單片機從休眠模式喚醒。按鍵電路如圖2所示，兩個按鍵KEY1、KEY2的一端直接接地(GND)，另一端直接接PIC16F1933的Port B的兩個引腳，由于PIC16F1933的Port B引腳可設置成內部弱上拉，圖2中兩個電阻Rl、R2可不接，這樣構成兩個獨立式按鍵電路。按鍵KEYl稱為功能鍵，短按(小于3秒)切換連續(xù)累加計數和單次計數兩種工作模式，長按(大于3秒)將顯示計數值清零。按鍵KEY2稱為查看鍵，可以按鍵循環(huán)查看單次計數模式下最近前9次的計數值。 電源電路如圖3所示，兩節(jié)I. 5V的干電池串聯構成整機供電電源，電池兩端接有一個IOuF電解電容和O. IuF瓷片電容并聯組成的電源濾波電路。電源供電分成兩路，一路給單片機直接供電，另一路給除單片機以外的其他外圍電路供電，其接通與斷開由單片機控制。外圍電路電源控制電路主要由一開關型場效應管組成，場效應管的柵極經過限流電阻接到單片機的一個OUT引腳上，這個OUT引腳輸出高電平時接通其他外圍電路電源，這個弓丨腳輸出低電平時斷開其他外圍電路電源。這樣可以在單片機進入休眠狀態(tài)前切斷除單片機以外的其他外圍電路的供電，進一步降低整機功耗。由于整機工作時電流為幾十微安，休眠狀態(tài)下，待機電流小于I微安，故整機可以不設電源開關。顯示驅動電路集成在單片機中，不需要外接其他顯示驅動電路。顯示器件使用段碼式IXD顯示器，顯示器外觀如圖4所示。其中4 8分別為擊球計數次數的萬位、千位、百位、十位、個位；3為單次計數模式下最近10次計數值的序號顯示，其值為O 9，通過圖2中的按鍵查看時，可以循環(huán)顯示O 9，在圖4的4 8顯示該次的計數值，圖4中3顯示O為當前的計數值，顯示I為上一次計數值，以此類推，顯示9為倒數第9次的計數值。圖4中的2顯示時，表示當前的工作模式是累加計數模式，此時I和3均不顯示，4 8顯示當前累加計數的結果。圖4中的I顯示時，2不顯示，表示當前的工作模式是單次計數模式，此時3正在計數時顯示0，4 8顯示當前次數的計數值。查看前面其它計數值3顯示相應的O 9數字，4 8顯示該次數的計數值。乒乓球單打球臺計數器使用低成本的壓電陶瓷片作為震動信號接收器，壓電陶瓷片是一種壓電器件，靈敏度較高，它的輸出是電荷信號，所以信號放大器必須使用高輸入阻抗的電荷放大器。為了消除外界周圍環(huán)境噪聲的影響以及球擊球臺前后的抖動波形，硬件電路設計上，在每級信號放大器的輸出端都接有低通濾波器，并且在單片機軟件上設計有軟件濾波，使之具有很強的抗干擾能力，能準確識別每一次球擊信號。壓電陶瓷片將乒乓球擊打信號轉換成電信號。壓電陶瓷片輸出的電信號通過兩級放大電路進行放大、每級放大電路的輸出都接有信號低通濾波電路，然后該信號再經過波形整形電路進行調理后，送入單片機電路。如圖5所示，在單片機中通過程序檢測經過上述電路進行信號調理后乒乓球擊打球臺的信號，并再次對該信號進行軟件濾波。經過上述的硬件電路設計和軟件電路設計，使得乒乓球單打球臺計數器對周圍環(huán)境的其他聲音信號不敏感，并且能有效的過濾掉乒乓球擊打在球臺前瞬間和乒乓球擊打在球臺后瞬間的抖動信號，從而確保乒乓球單打球臺計數器只對達到一定擊打強度的球擊球臺信號進行一次有效的計數，不會出現少計數或多計數的錯誤計數情況。確認有效球擊信號后，根據距上次球擊信號的時間間隔和計數器當前的工作模式進行計數值調整，然后將計數值送到顯示驅動電路，由顯示驅動電路驅動顯示器顯示計數值。通過單片機程序設計，使乒乓球單打球臺計數器具有連續(xù)累加計數和單次計數兩種工作模式。當工作在連續(xù)累加計數模式下，無論兩次擊球的時間間隔多長，都會在上次計數值的基礎上進行累加計數，并實時顯示當前計數值。當工作在單次計數模式下，乒乓球單打球臺計數器也是實時顯示當前的計數值，但是當兩次擊球時間超過3秒，乒乓球單打球臺計數器認為球沒有擊打到球臺或打球人沒有接住彈回的球，就將當前顯示的數值作為本次連續(xù)擊球的次數，存儲并持續(xù)顯示。當再次接收到擊球信號后，乒乓球單打球臺計數器自·動將當前顯示的計數值清零，并從I開始重新計數。這樣的設計，可以方便打球人了解自己當前的連續(xù)擊球次數。乒乓球單打球臺計數器可以存儲最近10次的連續(xù)擊球次數，可以通過按鍵進行查詢。無論連續(xù)累加計數和單次計數工作模式，都可以通過按鍵手動清零乒乓球單打球臺計數器當前的顯示計數值。當距最近一次擊球時間超過30秒后，乒乓球單打球臺計數器還沒有接收到再次擊球信號時，乒乓球單打球臺計數器關閉顯示器、切斷單片機之外的電路電源，同時單片機進入休眠模式，使整機功耗降低，延長電池電源的使用時間。在休眠模式狀態(tài)下，通過按下任一按鍵的方式退出休眠模式而進入正常工作狀態(tài)，并按進入休眠模式前所設置的連續(xù)累加計數或單次計數模式，自動進行累加計數或從I開始重新計數。
權利要求1.一種乒乓球單打球臺計數器，包括外殼、電源、顯示器件和內部電路，其特征在于所說的內部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅動電路、按鍵電路和單片機，其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機，單片機通過顯示驅動電路接顯示器件。
2.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的放大電路和濾波電路均有兩級，即第一放大電路接第一濾波電路，第一濾波電路接第二放大電路，第二放大電路接第二濾波電路。
3.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的放大電路是高輸入阻抗的電壓放大電路或電荷放大器。
4.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的顯示器件是段碼式IXD顯示器或LED顯示器。
5.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的壓電陶瓷片的電極用兩芯屏蔽線引出，在屏蔽線的另一端將屏蔽層與接壓電陶瓷片銅片的芯線連在一起，接到電路的GND端，另一根芯線一端與壓電陶瓷片的銀漿電極相接，另一端接到第一放大電路的輸入端，第一放大電路的輸出通過第一濾波電路送入第二放大電路，第二放大電路的輸出通過第二濾波電路，再接波形整形電路，整形電路接入單片機的輸入引腳。
6.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的單片機是通用單片機，內有程序存儲器、數據存儲器、定時計數器、中斷控制、外部中斷引腳、輸入/輸出引腳。
7.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的單片機是PIC16F1933，單片機內部帶有4KB閃存程序存儲器、256字節(jié)SRAM、256字節(jié)EEPROM，最多25根I/O 口線，集成IXD控制器最多可驅動96段，工作電壓范圍是I. 8V 5. 5V，I. 8V時的待機電流為60nA ；PIC16F1933的PortB引腳單獨配置為電平變化中斷引腳，與按鍵電路8設置的兩個獨立按鍵連接。
8.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的按鍵電路是兩個獨立按鍵KEYl和KEY2，KEYl和KEY2的一端相連并接地，KEYl和KEY2的另一端分別與單片機的兩個輸入引腳相接，與KEYl和KEY2相連的兩個單片機輸入引腳分別接一個上拉電阻到電源正極。
9.根據權利要求I所述的乒乓球單打球臺計數器，其特征在于所說的壓電陶瓷片平行固定在計數器外殼的背殼內部，外殼背面固定在乒乓球單打球臺案板邊緣，顯示器朝向打球人的方向。
專利摘要本實用新型涉及一種體育器材，即一種乒乓球單打球臺計數器，包括外殼、電源、顯示器件和內部電路，其特征在于所說的內部電路有壓電陶瓷片、放大電路、濾波電路、整形電路、顯示驅動電路、按鍵電路和單片機，其中的壓電陶瓷片接放大電路，放大電路接濾波電路，濾波電路接整形電路，整形電路接單片機，單片機通過顯示驅動電路接顯示器件。其有益效果是當乒乓球擊打球臺時，壓電陶瓷片受到振動而將球擊信號轉換為電信號送到單片機，單片機按照程序進行處理和顯示，本裝置靈敏度高，信號接收準確，抗干擾能力強，能夠準確記錄并顯示連續(xù)擊球次數，避免了人工計數的弊端，增強了趣味性和訓練效果，且具有結構簡單、造價低廉、性能穩(wěn)定等特點，市場前景十分可觀。
文檔編號A63B71/06GK202682732SQ201220338279
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權日2012年7月4日
發(fā)明者劉寶成, 穆健鷹 申請人:內蒙古民族大學