CN102614640B

CN102614640B - 圆盘靶电子显示电路

Info

Publication number: CN102614640B
Application number: CN201210083831.0A
Authority: CN
Inventors: 屈百达
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Haimen MBI Electronics Development Co., Ltd.
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN102614640A

Abstract

一种击打训练圆盘靶的圆盘靶电子显示电路。电路主要由击打传感器的传感电容、信号转换单元、信号处理、显示与操作单元和显示器构成。击打传感器将触碰和冲力信号引入到信号转换单元，经信号转换单元的转换、处理，成为击打冲压力信号；该信号通过冲压力信号端子送入信号处理、显示与操作单元；按照“有效”和“统计”阈值的设置，冲压力信号经信号处理、显示与操作单元的分离放大、处理和显示驱动，由显示器予以显示。在靶体的正面，安装有接受触碰和击打力的击打传感器；在靶体上分别装配有电源/显示转换开关和数值设置键；在靶体上侧面中部装配有用于显示记录、统计数据或工作状态的显示器。

Description

圆盘靶电子显示电路

技术领域

本发明涉及一种拳击、跆拳道等击打训练器械——圆盘靶。

背景技术

圆盘靶是拳击、跆拳道和类似击打项目训练常用的器械。然而，目前圆盘靶的作用，完全是教练人员在训练中使用来获得感觉，然后凭自己的感觉和经验来判断和评价受训者的打击情况。这种方式因人而异，有很大的主观因素，很难做到客观、准确、公正地评价训练效果。因此，亟待研发一种能够用来客观、准确、公正地评价拳击、跆拳道和类似击打项目训练效果的方法，而种方法的实施，有赖于同时开发带有电子考核系统的圆盘靶器械。而这种器械系统的关键圆盘靶电子显示电路。而且，这种电路必须具有适应圆盘靶特殊结构和与之匹配的传感器特殊形式的结构和形式。

发明内容

为实现客观、准确、公正地评价拳击、跆拳道和类似击打项目训练效果，本发明提供一种击打训练圆盘靶的圆盘靶电子显示电路。电路主要由击打传感器的传感电容、信号转换单元、信号处理、显示与操作单元和显示器构成。击打传感器将触碰和冲力信号引入到信号转换单元，经信号转换单元的转换、处理，成为击打冲压力信号；该信号通过冲压力信号端子送入信号处理、显示与操作单元；按照“有效”和“统计”阈值的设置，冲压力信号经信号处理、显示与操作单元的分离放大、处理和显示驱动，由显示器予以显示。在靶体的正面，安装有接受触碰和击打力的击打传感器；在靶体上分别装配有电源/显示转换开关和数值设置键；在靶体上侧面中部装配有用于显示记录、统计数据或工作状态的显示器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

电路主要由击打传感器的传感电容、以门电路芯片为核心的信号转换单元、以微控制器芯片、数字电位器芯片、运放电路芯片，显示器驱动模块为核心的信号处理、显示与操作单元和显示器构成。击打传感器的传感电容将反映触碰和冲力的电容量变化信号引入到以门电路芯片为核心的信号转换单元，经信号转换单元的转换、处理，成为反映击打冲压力的电信号；该信号通过冲压力信号端子送入信号处理、显示与操作单元；按照击打力的“有效”和“统计”阈值设置值，冲压力信号经信号处理、显示与操作单元的分离放大、处理和显示驱动，由显示器予以显示。

信号转换单元的传感电容由外极板、中极板和内极板，通过内极板引线、中极板引线和外极板引线，分别连接到对应的端子构成；信号转换单元的门电路芯片采用74HC04型低压电源六反相器器件。传感电容的内极板引线端子与外极板引线连接，并连接到延时电阻的一端和保护电阻的一端；延时电阻的另一端和保护电阻的另一端分别与门电路芯片的引脚4和引脚5连接。传感电容的中极板引线端子与门电路芯片的引脚2和引脚3同时连接。门电路芯片的引脚1、引脚6和引脚9连接在一起；门电路芯片的引脚7接地；门电路芯片的引脚8和引脚11连接在一起；门电路芯片的引脚14与工作电源正极连接。门电路芯片的引脚10与滤波电阻的一端连接；滤波电阻的另一端与滤波电容的一端连接，该连接点作为击打冲压力的冲压力信号端子，引入到信号处理、显示与操作单元；滤波电容的另一端接地。

信号处理、显示与操作单元由微控制器芯片、数字电位器芯片、运放电路芯片，显示器驱动模块采用型器件及其外围电路，以串行接口方式组成。微控制器芯片采用ATMEGA8L型低压电源低功耗CMOS器件，数字电位器芯片采用AD5161型低压电源器件，运放电路芯片采用OPA2333型低压单电源双运放器件，显示器驱动模块采用SO12864型低压电源低功耗器件。信号处理、显示与操作单元的外围电路中，有电源/显示转换开关3用以切换电路的“记录”、“阈值”和“关”状态，有数值设置键4用以实现“有效”和“统计”阈值的设置。

本发明的有益效果是：利用现行圆盘靶的结构和受训者的击打动作，来获取击打力信号，在不改变行圆盘靶结构的前提下，通过信号数字处理，实现了考核指标的检测、计算、显示一体化。另外，由于电路整洁、结构简单而易于调整，易于编制、修改软件，也由此而极易标准化，可以以不同形式，作为体训器材、健身器材等的指标检测功能配套，予以批量生产。

附图说明

下面结合附图所示的实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例——击打训练圆盘靶的正面外形视图。

图2是本发明实施例带有局部剖视的圆盘靶结构俯视图。

图3是本发明实施例的传感器结构侧向剖视图。

图4是传感器的信号转换单元结构图。

图5是本发明的信号处理、显示与操作单元结构图。

在图1～2、5中：1.靶体，2.手套，3.电源/显示转换开关，4.数值设置键，5.显示器，6击打传感器。

在图3、4中：6.1.护皮，6.2.弹性外介质层，6.3.弹性内介质层，6.4.弹性基底层，6.5.外极板，6.6.中极板，6.7.内极板，6.8.内极板引线，2.9.中极板引线，2.10.外极板引线。

在图4、5中：Cs为传感电容，G0为门电路芯片，Rs1为延时电阻，Rs2为保护电阻，Rs3为滤波电阻，Cs1为滤波电容，s为冲压力信号端子。

在图5中：U1为微控制器芯片，U2为数字电位器芯片，U3为运放电路芯片，U4为显示器（5）驱动模块；X1为石英晶体；C1为第一振荡电容，C2为第一滤波电容，C3为第三滤波电容，C4为第二振荡电容，C5为缓冲电容；D1为放电二极管，D2为嵌位二极管，D3为第一TVS二极管，D4为第二TVS二极管；R1为第一上拉电阻，R2为第一耦合电阻，R3为第二耦合电阻，R4为第四上拉电阻，R5为第二滤波电阻，R6为滤波分压电阻，R7为反馈电阻，R8为分压电阻，R9为第九上拉电阻，R10为第十上拉电阻，R11为第十一上拉电阻，R12为第十二上拉电阻，R13为第十三上拉电阻，E为电池。

具体实施方式

在附图1所示的击打训练圆盘靶的正面外形视图中：在靶体1的正前面，安装有接受触碰和击打力的击打传感器6。

在附图1～2所示的击打训练圆盘靶结构视图中：

在靶体1的后背面，缝装有用于插套右手的手套2；手套2插口向左，使得插入的右手手心向前，拇指处于上侧。

在靶体1的上侧面中部右手拇指可及处，分别装配有用于通、断电源、切换显示器5和电路工作状态的电源/显示转换开关3，和用于预置数值设定的数值设置键4，数值设置键4稍靠前于电源/显示转换开关3；在靶体1上侧面中部右手拇指可覆盖处，数值设置键4和电源/显示转换开关3的稍左部，装配有用于显示记录、统计数据或工作状态的显示器5；在靶体1的正前面，安装有接受触碰和击打力的三极板电容式击打传感器6。

电源/显示转换开关3为带有防误触、防震传动机构的平拨式双刀三位拨动开关；数值设置键4为耐磨损导电胶膜双刀单位按键；显示器5为以比例符号分隔成前三位数字和后三位数字的点阵显示液晶屏。当电源/显示转换开关3拨到“记录”位时，显示器5的前三位数字表示“有效”记录，后三位数字表示“统计”记录；当电源/显示转换开关3拨到“阈值”位时，数值设置键4动作生效，可通过数值设置键4的操作长短间歇配合，实现“有效”和“统计”阈值的设置，显示器5的前三位数字表示“有效”击打力阈值，后三位数字表示“统计”击打力阈值；当电源/显示转换开关3拨到“关”位时，显示器5黑屏。

在图3所示的圆盘靶击打传感器结构侧向剖视图中，击打传感器的传感电容制作为圆盘靶结构的一部分。在圆盘靶前面护皮6.1的内侧面，粘贴圆盘形微弹性金属箔外极板6.5；在外极板6.5的内侧面，粘贴圆盘形乳胶质的弹性外介质层6.2；在弹性外介质层6.2的内侧面，粘贴圆盘形微弹性金属箔中极板6.6；在中极板6.6的内侧面，粘贴圆盘形乳胶质的弹性内介质层6.3；在弹性内介质层6.3的内侧面，粘贴圆盘形微弹性金属箔内极板6.7；内极板6.7的内侧面粘贴于橡胶质弹性基底层6.4的外侧面。外极板6.5、中极板6.6和内极板6.7分别连接有内极板引线6.8、中极板引线2.9和外极板引线2.10，以通过对应引线连接到信号转换单元的对应端子。

在图4所示的传感器的信号转换单元结构图中：传感电容Cs由外极板6.5、中极板6.6和内极板6.7，通过内极板引线6.8、中极板引线2.9和外极板引线2.10，分别连接到对应的端子构成；门电路芯片G0采用74HC04型低压电源六反相器器件。传感电容Cs的内极板引线6.8端子与外极板引线2.10连接，并连接到延时电阻Rs1的一端和保护电阻Rs2的一端；延时电阻Rs1的另一端和保护电阻Rs2的另一端分别与门电路芯片G0的引脚4和引脚5连接。传感电容Cs的中极板引线6.9端子与门电路芯片G0的引脚2和引脚3同时连接。门电路芯片G0的引脚1、引脚6和引脚9连接在一起；门电路芯片G0的引脚7接地；门电路芯片G0的引脚8和引脚11连接在一起；门电路芯片G0的引脚14与工作电源正极连接。门电路芯片G0的引脚10与滤波电阻Rs3的一端连接；滤波电阻Rs3的另一端与滤波电容Cs1的一端连接，该连接点作为击打冲压力的冲压力信号端子s，引入到信号处理、显示与操作单元；滤波电容Cs1的另一端接地。

在图5所示的信号处理、显示与操作单元结构图中：

信号处理、显示与操作单元由微控制器芯片U1、数字电位器芯片U2、运放电路芯片U3，显示器驱动模块U4及其外围电路，以串行接口方式组成。微控制器芯片U1采用ATMEGA8L型低压电源低功耗CMOS器件，数字电位器芯片U2采用AD5161型低压电源器件，运放电路芯片U3采用OPA2333型低压单电源双运放器件，显示器（5）驱动模块U4采用SO12864型低压电源低功耗器件。

石英晶体X1的两端分别连接到微控制器芯片U1的引脚9和引脚10，并分别与第一振荡电容C1的一端和第二振荡电容C4的一端连接；第一振荡电容C1的另一端和第二振荡电容C4的另一端均接地。放电二极管D1的正极连接到工作电源正极，放电二极管D1的负极与缓冲电容C5的一端和第一上拉电阻R1的一端同时连接，该连接点连接到微控制器芯片U1的引脚1；缓冲电容C5的另一端接地；第一上拉电阻R1的另一端连接到工作电源正极。

显示器（5）驱动模块U4的引脚1、7均接地，显示器（5）驱动模块U4的引脚2、3、4、和5分别连接到微控制器芯片U1的引脚14、15、16和17，显示器（5）驱动模块U4的引脚6、8均连接到工作电源正极；显示器（5）驱动模块U4的其余引脚均悬空。

微控制器芯片U1的引脚27和28分别与第四上拉电阻R4的一端和第九上拉电阻R9的一端连接，该二连接点分别连接到数字电位器芯片U2的引脚5和6；第四上拉电阻R4的另一端和第九上拉电阻R9的另一端均连接到工作电源正极；微控制器芯片U1的引脚4和5分别与第十上拉电阻R10和第十一上拉电阻R11的一端连接，该二连接点分别连接到数值设置键4的端子2和端子3；微控制器芯片U1的引脚6与第一TVS二极管D3的正极和第一耦合电阻R2的一端同时连接；第一TVS二极管D3的负极接地；第一耦合电阻R2的另一端连接到运放电路芯片U3的引脚1；微控制器芯片U1的引脚7、20均连接到工作电源正极；微控制器芯片U1的引脚8、22均接地；微控制器芯片U1的引脚13连接到数字电位器芯片U2的引脚10；微控制器芯片U1的引脚13与第二TVS二极管D4的正极和第二耦合电阻R3的一端同时连接；第二TVS二极管D4的负极接地；第二耦合电阻R3的另一端连接到运放电路芯片U3的引脚7；微控制器芯片U1的引脚18、19、23、24、25、26、2、3、11和21均悬空。

数字电位器芯片U2的引脚2、3均接地；数字电位器芯片U2的引脚10和8分别与第十二上拉电阻R12的一端和第十三上拉电阻R13的一端连接，第十二上拉电阻R12的另一端和第十三上拉电阻R13的另一端连接到工作电源正极；数字电位器芯片U2的引脚9连接到工作电源正极；数字电位器芯片U2的引脚7接地；数字电位器芯片U2的引脚1、4均悬空。

数值设置键4的端子2和端子3分别连接到电源/显示转换开关3的端子6和端子8。

运放电路芯片U3的引脚4连接到工作电源正极；运放电路芯片U3的引脚2接地；运放电路芯片U3的引脚3与嵌位二极管D2的正极连接；嵌位二极管D2的负极与第三滤波电容C3的一端连接，该连接点连接到运放电路芯片U3的引脚7；运放电路芯片U3的引脚5与第一滤波电容C2的一端和第二滤波电阻R5的一端同时连接；第一滤波电容C2的另一端接地；运放电路芯片U3的引脚6与反馈电阻R7的一端和分压电阻R8的一端同时连接，反馈电阻R7的另一端连接到运放电路芯片U3的引脚7；分压电阻R8的另一端接地；运放电路芯片U3的引脚8接地。第二滤波电阻R5的另一端与滤波分压电阻R6的一端和第三滤波电容C3的另一端连接；滤波分压电阻R6的另一端连接到冲压力信号端子s。

电源/显示转换开关3的端子7和端子4均接地，电源/显示转换开关3的端子1和端子3均连接到工作电源正极，电源/显示转换开关3的端子2连接到电池E的正极，电池E的负极接地。

Claims

1.一种圆盘靶电子显示电路，其特征是：电路主要由击打传感器的传感电容、以门电路芯片为核心的信号转换单元、以微控制器芯片、数字电位器芯片、运放电路芯片，显示器驱动模块为核心的信号处理、显示与操作单元和显示器构成，击打传感器的传感电容将反映触碰和冲力的电容量变化信号引入到以门电路芯片为核心的信号转换单元，经信号转换单元的转换、处理，成为反映击打冲压力的电信号；该信号通过冲压力信号端子送入信号处理、显示与操作单元；按照击打力的“有效”和“统计”阈值设置值，冲压力信号经信号处理、显示与操作单元的分离放大、处理和显示驱动，由显示器予以显示；

信号转换单元的传感电容由外极板、中极板和内极板，通过内极板引线、中极板引线和外极板引线，分别连接到对应的端子构成；信号转换单元的门电路芯片采用74HC04型低压电源六反相器器件；传感电容的内极板引线端子与外极板引线连接，并连接到延时电阻的一端和保护电阻的一端；延时电阻的另一端和保护电阻的另一端分别与门电路芯片的引脚4和引脚5连接；传感电容的中极板引线端子与门电路芯片的引脚2和引脚3同时连接；门电路芯片的引脚1、引脚6和引脚9连接在一起；门电路芯片的引脚7接地；门电路芯片的引脚8和引脚11连接在一起；门电路芯片的引脚14与工作电源正极连接；门电路芯片的引脚10与滤波电阻的一端连接；滤波电阻的另一端与滤波电容的一端连接，该连接点作为击打冲压力的冲压力信号端子，引入到信号处理、显示与操作单元；滤波电容的另一端接地；

信号处理、显示与操作单元由微控制器芯片、数字电位器芯片、运放电路芯片，显示器驱动模块采用型器件及其外围电路，以串行接口方式组成；微控制器芯片采用ATMEGA8L型低压电源低功耗CMOS器件，数字电位器芯片采用AD5161型低压电源器件，运放电路芯片采用OPA2333型低压单电源双运放器件，显示器驱动模块采用SO12864型低压电源低功耗器件；信号处理、显示与操作单元的外围电路中，有电源/显示转换开关用以切换电路的“记录”、“阈值”和“关”状态，有数值设置键用以实现“有效”和“统计”阈值的设置。

2.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：在信号处理、显示与操作单元中石英晶体X1的两端分别连接到微控制器芯片U1的引脚9和引脚10，并分别与第一振荡电容C1的一端和第二振荡电容C4的一端连接；第一振荡电容C1的另一端和第二振荡电容C4的另一端均接地；放电二极管D1的正极连接到工作电源正极，放电二极管D1的负极与缓冲电容C5的一端和第一上拉电阻R1的一端同时连接，该连接点连接到微控制器芯片U1的引脚1；缓冲电容C5的另一端接地；第一上拉电阻R1的另一端连接到工作电源正极。

3.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：显示器（5）驱动模块U4的引脚1、7均接地，显示器（5）驱动模块U4的引脚2、3、4、和5分别连接到微控制器芯片U1的引脚14、15、16和17，显示器（5）驱动模块U4的引脚6、8均连接到工作电源正极；显示器（5）驱动模块U4的其余引脚均悬空。

4.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：微控制器芯片U1的引脚27和28分别与第四上拉电阻R4的一端和第九上拉电阻R9的一端连接，该二连接点分别连接到数字电位器芯片U2的引脚5和6；第四上拉电阻R4的另一端和第九上拉电阻R9的另一端均连接到工作电源正极；微控制器芯片U1的引脚4和5分别与第十上拉电阻R10和第十一上拉电阻R11的一端连接，该二连接点分别连接到数值设置键4的端子2和端子3；微控制器芯片U1的引脚6与第一TVS二极管D3的正极和第一耦合电阻R2的一端同时连接；第一TVS二极管D3的负极接地；第一耦合电阻R2的另一端连接到运放电路芯片U3的引脚1；微控制器芯片U1的引脚7、20均连接到工作电源正极；微控制器芯片U1的引脚8、22均接地；微控制器芯片U1的引脚13连接到数字电位器芯片U2的引脚10；微控制器芯片U1的引脚13与第二TVS二极管D4的正极和第二耦合电阻R3的一端同时连接；第二TVS二极管D4的负极接地；第二耦合电阻R3的另一端连接到运放电路芯片U3的引脚7；微控制器芯片U1的引脚18、19、23、24、25、26、2、3、11和21均悬空。

5.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：数字电位器芯片U2的引脚2、3均接地；数字电位器芯片U2的引脚10和8分别与第十二上拉电阻R12的一端和第十三上拉电阻R13的一端连接，第十二上拉电阻R12的另一端和第十三上拉电阻R13的另一端连接到工作电源正极；数字电位器芯片U2的引脚9连接到工作电源正极；数字电位器芯片U2的引脚7接地；数字电位器芯片U2的引脚1、4均悬空。

6.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：运放电路芯片U3的引脚4连接到工作电源正极；运放电路芯片U3的引脚2接地；运放电路芯片U3的引脚3与嵌位二极管D2的正极连接；嵌位二极管D2的负极与第三滤波电容C3的一端连接，该连接点连接到运放电路芯片U3的引脚7；运放电路芯片U3的引脚5与第一滤波电容C2的一端和第二滤波电阻R5的一端同时连接；第一滤波电容C2的另一端接地；运放电路芯片U3的引脚6与反馈电阻R7的一端和分压电阻R8的一端同时连接，反馈电阻R7的另一端连接到运放电路芯片U3的引脚7；分压电阻R8的另一端接地；运放电路芯片U3的引脚8接地；第二滤波电阻R5的另一端与滤波分压电阻R6的一端和第三滤波电容C3的另一端连接；滤波分压电阻R6的另一端连接到冲压力信号端子s。

7.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：数值设置键4的端子2和端子3分别连接到电源/显示转换开关3的端子6和端子8。

8.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：电源/显示转换开关3的端子7和端子4均接地，电源/显示转换开关3的端子1和端子3均连接到工作电源正极，电源/显示转换开关3的端子2连接到电池E的正极，电池E的负极接地。

9.根据权利要求1所述的圆盘靶电子显示电路，其特征是：击打传感器的传感电容制作为圆盘靶结构的一部分；在圆盘靶前面护皮的内侧面，粘贴圆盘形微弹性金属箔外极板；在外极板的内侧面，粘贴圆盘形乳胶质的弹性外介质层；在弹性外介质层的内侧面，粘贴圆盘形微弹性金属箔中极板；在中极板的内侧面，粘贴圆盘形乳胶质的弹性内介质层；在弹性内介质层的内侧面，粘贴圆盘形微弹性金属箔内极板；内极板的内侧面粘贴于橡胶质弹性基底层的外侧面；外极板、中极板和内极板分别连接有内极板引线、中极板引线和内极板引线，以通过对应引线连接到信号转换电路的对应端子。