一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀和方法，屬于運(yùn)動(dòng)地 板質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國(guó)競(jìng)技體育與全民健身運(yùn)動(dòng)的迅猛發(fā)展，目前在全國(guó)各地，體育場(chǎng)館的建 設(shè)數(shù)量與日倶增，檔次也越來(lái)越高，而運(yùn)動(dòng)地板作為體育場(chǎng)館的一個(gè)最基本的功能單元，對(duì) 體育場(chǎng)館的建設(shè)起著至關(guān)重要的作用。目前，中國(guó)一些體育基礎(chǔ)設(shè)施與世界先進(jìn)水準(zhǔn)相比 還存在不小的差距，運(yùn)動(dòng)地板就是其中之一。運(yùn)動(dòng)地板在中國(guó)尚處于初級(jí)發(fā)展階段。其表現(xiàn) 在以下幾個(gè)主要方面：中國(guó)至今尚未制訂和頒布運(yùn)動(dòng)地板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著國(guó)內(nèi)的運(yùn) 動(dòng)地板生產(chǎn)制造廠家在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制和質(zhì)量檢驗(yàn)等重要方面均無(wú) 標(biāo)準(zhǔn)可依；即使暫時(shí)參照或借鑒運(yùn)動(dòng)地板的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如德國(guó)DIN18032標(biāo)準(zhǔn)），生產(chǎn)企業(yè)也 因缺少十分完善的檢測(cè)設(shè)備和手段，從而會(huì)直接影響到運(yùn)動(dòng)地板的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和質(zhì)量控制。
[0003] 為了使運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最佳競(jìng)技狀態(tài)，促進(jìn)體育成績(jī)的提高，運(yùn)動(dòng)地板要求具有運(yùn)動(dòng)、 保護(hù)及技術(shù)三大基本功能，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要包括:球體反彈、能量吸收、振動(dòng)變形、滾動(dòng)負(fù) 荷、摩擦系數(shù)、球體反彈等六項(xiàng)指標(biāo)。上述測(cè)試指標(biāo)中，球體反彈指標(biāo)涉及到運(yùn)球時(shí)的姿勢(shì) 和力度掌握，以圖滿足運(yùn)動(dòng)的快節(jié)奏需要。室內(nèi)球類運(yùn)動(dòng)比賽規(guī)則要求:借助地面進(jìn)行體育 比賽或訓(xùn)練，如籃球等球類運(yùn)動(dòng)，要求球體在比賽場(chǎng)地地面上的反彈比較系數(shù)應(yīng)大于或等 于90%。球體反彈以正確充氣的標(biāo)準(zhǔn)籃球在水泥地上回彈的高度為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。即將籃球從 6.6英尺(2.012米）的高度落到運(yùn)動(dòng)地板或堅(jiān)硬水泥地上，測(cè)試籃球的回彈高度比，并以百 分?jǐn)?shù)表示，以反映回彈高度差。因此迫切需要一種運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè) 試儀和方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀，其特征在于:包括球體反彈測(cè) 試機(jī)架、測(cè)距裝置，球體反彈測(cè)試機(jī)架包括測(cè)試基座，測(cè)試基座上安裝有豎向設(shè)置的立桿， 立桿豎直設(shè)置在基座兩側(cè)并且立桿下端固定在基座之上，橫桿水平設(shè)置并且兩端固定在立 桿上端，超聲傳感器固定在橫桿中間，固定托架和活動(dòng)托架相對(duì)設(shè)置在超聲傳感器下方并 且固定托架和活動(dòng)托架固定在兩側(cè)的立桿上，活動(dòng)托架通過(guò)電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)能夠沿著水平方 向伸縮。
[0007] 進(jìn)一步地，所述測(cè)距裝置包含LCD操作顯示面板、主控單片機(jī)、超聲波激勵(lì)及回波 檢測(cè)模塊、測(cè)溫元件、24V開(kāi)關(guān)電源、電源隔離變換模塊、電源變換模塊和JTAG下載器模塊， 主控單片機(jī)構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng)的控制核心，連接超聲波激勵(lì)及回波檢測(cè)模塊、測(cè)溫元件、JTAG下 載器模塊以及測(cè)試機(jī)架中的24V電動(dòng)推桿，超聲波激勵(lì)及回波檢測(cè)模塊與測(cè)試機(jī)架中的超 聲傳感器連接，24V開(kāi)關(guān)電源分別與電動(dòng)推桿和電源隔離變換模塊連接，電源隔離變換模塊 與3.3V電源變換模塊連接，并為超聲波檢測(cè)模塊供電，3.3V電源變換模塊為msp430fl49單 片機(jī)系統(tǒng)供電，所述測(cè)距裝置前面板安裝有LCD操作顯示面板，包含320X64點(diǎn)陣LCD顯示 屏、操作按鍵組以及工作狀態(tài)指示燈組，為測(cè)試儀提供用戶人機(jī)操控界面。
[0008]進(jìn)一步地，所述超聲波激勵(lì)及回波檢測(cè)模塊包含超聲波發(fā)送電路和超聲波接收電 路，超聲波發(fā)送電路包含六反相緩沖器U1和超聲發(fā)送換能器U2,超聲波接收電路包含超聲 接收換能器U3、NE5532高倍放大器U4,比較器U5的3腳與可調(diào)電阻R1連接，可用于調(diào)整超聲 波激勵(lì)及回波檢測(cè)模塊的工作靈敏度。
[0009] 進(jìn)一步地，所述主控單片機(jī)采用msp430fl49芯片。
[0010]進(jìn)一步地，所述電源隔離變換模塊包含A2405S DC-DC轉(zhuǎn)換模塊U9,用于將由開(kāi)關(guān) 電源提供的24V直流電源隔離變換成+ 5V直流電源，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力，再經(jīng) AM1117 LD0電源變換模塊產(chǎn)生+3.3V直流電源，以便為主控單片機(jī)等元件提供工作電源。
[0011] 進(jìn)一步地，包含以下測(cè)試步驟:電動(dòng)推桿控制活動(dòng)托架釋放被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)籃球，該籃球 將自由落體到下方的運(yùn)動(dòng)地板試件或堅(jiān)硬水泥地面上，隨即產(chǎn)生反彈;超聲波傳感器基于 回波測(cè)距原理監(jiān)測(cè)被測(cè)球體的高度，所得數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)固定回波抑制并通過(guò)Kalman濾波算法修 正距離測(cè)試結(jié)果;再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償校正溫度影響計(jì)算確定最大反彈高度值;將在運(yùn)動(dòng)地板 上測(cè)得的最大高度值與堅(jiān)硬水泥地面上測(cè)得的最大高度值對(duì)比計(jì)算即可求得球體反彈系 數(shù)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述固定回波抑制是指測(cè)試前首先不使用球體，控制超聲波模塊進(jìn)行 10次預(yù)測(cè)試，并對(duì)其中至少7次以上的固定回波位置進(jìn)行記錄，判定為這些屬于測(cè)試機(jī)架部 分的固定回波造成的干擾，以便在正式測(cè)試過(guò)程中予以消除。
[0013]進(jìn)一步地，所述Kalman濾波過(guò)程為:對(duì)于作自由反彈運(yùn)動(dòng)的被須彳球體，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方 程可確定其狀態(tài)空間模型，利用Kalman算法進(jìn)行濾波處理，可大大減少測(cè)量誤差，并降低因 超聲波測(cè)距采用離散采樣對(duì)測(cè)量過(guò)程造成的影響。
[0014] 進(jìn)一步地，所述溫度補(bǔ)償校正的方法為:依據(jù)超聲波速度與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò) 測(cè)試環(huán)境溫度，經(jīng)過(guò)查表內(nèi)插方法可對(duì)超聲波速度進(jìn)行修正，以提高超聲波測(cè)距精度。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0016] 1、本發(fā)明利用精心設(shè)計(jì)的小型測(cè)試機(jī)架，借助單片機(jī)控制啟動(dòng)測(cè)試過(guò)程，并采集 測(cè)試過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)球體在被測(cè)地板與水泥地面反彈高度的變化，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)地板球體 反彈系數(shù)的測(cè)試；
[0017] 2、本發(fā)明通過(guò)固定回波抑制、溫度補(bǔ)償和Kalman濾波處理，從而保證了球體反彈 高度測(cè)量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證了最終球體反彈系數(shù)測(cè)量的精度；
[0018] 3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，為相關(guān)運(yùn)動(dòng)地板的生產(chǎn)、測(cè)試及使用企業(yè)提供了一 種方便有效的測(cè)試工具。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀的測(cè)試機(jī)架結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明的一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀的電路結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明的一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀的測(cè)試控制電路 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā) 明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0023] 1)測(cè)試儀系統(tǒng)組成
[0024]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種基于單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)地板球體反彈系數(shù)測(cè)試儀，包括 球體反彈測(cè)試機(jī)架（1)、測(cè)距裝置(2)。所述的球體反彈測(cè)試機(jī)架（1)包括測(cè)試基座（11)，測(cè) 試基座（11)上安裝有豎向設(shè)置的立桿（12)，立桿（12)豎直設(shè)置在基座兩側(cè)并且立桿下端固 定在基座（11)之上，橫桿（13)水平設(shè)置并且兩端固定在立桿（12)上端，超聲傳感器（16)固 定在橫桿（13)中間，固定托架（14)和活動(dòng)托架（15)相對(duì)設(shè)置在超聲傳感器（16)下方并且固 定托架（14)和活動(dòng)托架（15)固定在兩側(cè)的立桿（12)上，活動(dòng)托架（15)通過(guò)電動(dòng)推桿（17)驅(qū) 動(dòng)能夠沿著水平方向伸縮。
[0025]測(cè)距裝置(2)包含LCD操作顯示面板(3)、主控單片機(jī)(21)、超聲波激勵(lì)及回波檢測(cè) 模塊(22)、測(cè)溫元件(23)、24V開(kāi)關(guān)電源(24)、電源隔離變換模塊(25)、電源變換模塊(26)和 JTAG下載器模塊(27)。主控單片機(jī)(21)構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng)的控制核心，連接超聲波激勵(lì)及回波 檢測(cè)模塊（22)、測(cè)溫元件（23)、JTAG下載器模塊（27)以及測(cè)試機(jī)架（1)中的24V電動(dòng)推桿 (17 )，超聲波激勵(lì)及回波檢測(cè)模塊(22)與測(cè)試機(jī)架（1)中的超聲傳感器（16)連接，24V開(kāi)關(guān) 電源（24)分別與電動(dòng)推桿（17)和電源隔離變換模塊(25)連接，電源隔離變換模塊(25)與 3.3V電源變換模塊（26)連接，并為超聲波檢測(cè)模塊（22)供電，3.3V電源變換模塊（26)為 msp43〇n49單片機(jī)系統(tǒng)供電，所述測(cè)距裝置（2)前面板安裝有LCD操作顯示面板(3)，包含 320X64點(diǎn)陣LCD顯示屏（31)、操作按鍵組(