CN102847287A - 一种篮球训练器 - Google Patents

Abstract

一种篮球训练器，包括用于产生超声波的超声波模块、用于提供投篮加速度信息的加速度模块、用于根据超声波与加速度信息获取投篮时大臂和小臂之间的角度、跳跃高度的主控模块、用于转发大臂和小臂之间的角度、跳跃高度的无线传输模块以及存储并显示历史的大臂和小臂之间的角度、跳跃高度与实时的大臂和小臂之间的角度、跳跃高度的上位机。本发明具有精度高、使用方便、可靠性高的特点，可广泛应用于业余运动员以及专业运动员的日常训练之中。

Description

一种篮球训练器

技术领域

本发明涉及一种篮球训练器，特别是一种篮球训练器。 

背景技术

篮球是一项十分受欢迎的体育运动，从事篮球运动的人群广泛，但由于缺乏专业的知识和系统的训练，人们投篮动作千奇百怪，错误百出，错误的动作不仅影响了篮球的观赏性，还影响了命中率，削弱了人们从事篮球运动的积极性。我们知道投篮时投球的两臂之间的角度和跳跃的高度是两项重要的指标。而市面上并没有专门针对此的篮球训练器，大部分人只能靠自我体会与领悟，这种情况导致了投篮训练的效率极其低下，造成了大多数人投篮动作的不规范。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种精度高、使用方便、可靠性高的篮球训练器。 

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为： 

一种篮球训练器包括超声波模块、加速度模块、主控模块、无线传输模块、上位机；其中， 

超声波模块，用于根据主控模块发送的超声波生成控制指令，产生初始超声波；同时，对检测到的初始超声波进行放大处理，并将得到放大超声波发送至主控模块。 

加速度模块，用于根据主控模块发送的加速度检测控制指令，将测量得到的投篮加速度信息发送至主控模块。 

主控模块，用于预先记录大臂长度与小臂长度；向超声波模块发送超声波 生成控制指令；将向超声波模块发送超声波生成控制指令的超声波生成时间、接收到来自超声波模块的放大超声波接收时间之间的时间差转换为投篮时肩部和腕部之间的距离，并进一步将投篮时肩部和腕部之间的距离转换为大臂和小臂之间的角度；还用于向加速度模块发送加速度检测控制指令，将从加速度模块接收的加速度信息转换为跳跃高度；将大臂与小臂之间的角度、跳跃高度发送至无线传输模块。 

无线传输模块，用于将主控模块发送的大臂与小臂之间的角度、跳跃高度转发至上位机。 

上位机，用于存储并显示无线传输模块发送的大臂与小臂之间的角度、跳跃高度。

综上所述，本发明所述一种篮球训练器，主控模块根据超声波模块提供的超声波传播时差、加速度模块提供的投篮加速度信息，实时获取投篮者投篮时大臂和小臂之间的角度和跳跃高度，并将大臂和小臂之间的角度、跳跃高度发送至上位机，上位机存储各个时间内的大臂和小臂之间的角度、跳跃高度；根据上位机存储的历史大臂和小臂之间的角度与跳跃高度、实时大臂和小臂之间的角度与跳跃高度，分析投篮者的动作是否规范，从而根据分析结果规范投篮者的投篮动作；因此，本发明具有规范精度较高、使用方便的特点；另外，本发明采用的超声波模块、加速度模块、主控模块、无线传输模块的可靠性均较高，故本发明具有较高的可靠性。 

附图说明

图1为本发明所述篮球训练器的总体组成结构示意图。 

图2为本发明所述超声波模块的组成结构示意图。 

图3为本发明所述超声波发射模块的组成结构示意图。 

图4为本发明所述逻辑处理单元的组成结构示意图。 

图5为本发明所述超声波接收模块的组成结构示意图。 

图6为本发明所述信号放大单元的组成结构示意图。 

图7为本发明所述电压转换单元的组成结构示意图。 

图8为本发明所述加速度模块的组成结构示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。 

图1为本发明所述篮球训练器的总体组成结构示意图。如图1所示，本发明所述篮球训练器包括超声波模块2、加速度模块3、主控模块1、无线传输模块4、上位机5；其中， 

超声波模块2，用于根据主控模块1发送的超声波生成控制指令，产生初始超声波；同时，对检测到的初始超声波进行放大处理，并将得到放大超声波发送至主控模块1。 

加速度模块3，用于根据主控模块1发送的加速度检测控制指令，将测量得到的投篮加速度信息发送至主控模块1。 

主控模块1，用于预先记录大臂长度与小臂长度；向超声波模块2发送超声波生成控制指令；将向超声波模块1发送超声波生成控制指令的超声波生成时间、接收到来自超声波模块1的放大超声波接收时间之间的时间差转换为投篮时肩部和腕部之间的距离，并进一步将投篮时肩部和腕部之间的距离转换为大臂和小臂之间的角度；还用于向加速度模块3发送加速度检测控制指令，将从加速度模块3接收的加速度信息转换为跳跃高度；将大臂与小臂之间的角度、跳跃高度发送至无线传输模块4。 

本发明中，采用余弦定理，根据大臂长度、小臂长度、测得的投篮时肩部和腕部之间的距离，可以获得大臂和小臂之间的角度。 

本发明中，加速度信息包括投篮时人体离开地面前的加速度、人体的空中加速度、人体落地后的加速度；由于人体离开地面前的加速度与人体的空中加速度不同，人体落地后的加速度与人体的空中加速度也不同，故由人体离开地面前的加速度变化至人体落地后的加速度之间的时间差即为人体腾空时间；根据人体腾空时间与重力加速度，即可获得跳跃高度。 

本发明中，主控模块1为STC12C2052AD单片机。STC12C2052AD单片机是中国宏晶公司生产的单时钟/机器周期的单片机，是具有高速、低功耗、抗干扰超强的新一代增强型8051单片机。 

无线传输模块4，用于将主控模块1发送的大臂与小臂之间的角度、跳跃高度转发至上位机5。 

本发明中，无线传输模块4为蓝牙透传模块。 

上位机，用于存储并显示无线传输模块4发送的大臂与小臂之间的角度、跳跃高度。 

总之，本发明所述一种篮球训练器中，主控模块根据超声波时差、加速度信息，实时获取投篮者投篮时大臂和小臂之间的角度、跳跃高度，，使得本发明具有精度较高、使用方便、可靠性高的特点；另外，本发明还可以通过上位机显示结果分析投篮者的动作规范与否，用于规范投篮动作。 

图2为本发明所述超声波模块2的组成结构示意图。如图2所示，超声波模块2包括超声波发射模块21、超声波接收模块22；超声波发射模块21接于主控模块1第一输出端，超声波接收模块22接于主控模块1第二输入端；其中， 

超声波发射模块21，用于根据主控模块1传送来的超声波生成控制信号， 将产生的初始超声波发送至超声波接收模块22。 

超声波接收模块22，用于将检测到的来自超声波发射模块21的初始超声波进行放大处理，并将得到的放大超声波发送给主控模块1。 

图3为本发明所述超声波发射模块21的组成结构示意图。如图3所示，超声波发射模块21包括逻辑处理单元211、超声波发射头212；逻辑处理单元211输入端连接主控模块1第一输出端，逻辑处理单元211输出端连接超声波发射头21；其中， 

逻辑处理单元211，用于根据主控模块1传来的超声波生成控制信号产生频率为40KHz的高电平信号与低电平信号，且高电平信号与低电平信号的持续时间均相等，并将该高电平信号与低电平信号发送至超声波发射头212。 

超声波发射头212，用于对来自逻辑处理器单元211的高电平信号与低电平信号进行共振处理，产生初始超声波，并将初始超声波发送至超声波接收模块22。 

实际应用中，超声波发射头211为TCT40-16T压电陶瓷超声波传感器。 

图4为本发明所述逻辑处理单元的组成结构示意图。如图4所示，逻辑处理器单元211包括五个非门与第三电阻、第十电阻；其中，第一非门U1、第二非门U2和第三非门U3的输入端均接于主控模块1第一输出端，第二非门U2和第三非门U3的输出端、第三电阻R3一端均接入超声波发射头的一个输入端，第三电阻R3另一端接外部电源；第一非门U1的输出端连接至第四非门U4和第五非门U5的输入端，第四非门U4和第五非门U5的输出端、第十电阻R10一端均连接至超声波发射头另一输入端，第十电阻R10另一端接外部电源。 

图5为本发明所述超声波接收模块的组成结构示意图。如图5所示，超声波接收模块22包括超声波接收头221、信号放大单元222、电压转换单元223， 其中， 

超声波接收头221，用于将从超声波发射模块21接收的初始超声波转化为初始电信号，并将该初始电信号发送至信号放大单元222。 

实际应用中，超声波接收头221为TCT40-16R1压电陶瓷超声波传感器。 

信号放大单元222，用于将超声波接收头发送来的初始电信号进行放大后，得到放大电信号；并将放大电信号发送至电压转换单元223。 

电压转换单元223，用于获取外部给定的预设信号；对信号放大单元222发送来的放大电信号与预设信号进行比较，得到放大超声波，将根据该放大超声波发送给主控模块1。 

图6为本发明所述信号放大单元的组成结构示意图。如图6所示，信号放大单元222包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2、第一耦合电容C1，第二耦合电容C2、滤波电容C3、第六分压电阻R6、第九分压电阻R9、第三输入电阻R3，第五输入电阻R5；其中，第三输入电阻R3一端、第一耦合电容C1一端均连接超声波接收头的一端，第三输入电阻R3另一端、超声波接收头的另一端均接地，第一耦合电容C1的另一端连接第一运算放大器U1正向输入端；第一反馈电阻R1一端连接第一运算放大器U1的输出端，第一反馈电阻R1另一端连接第一运算放大器U1的同向输入端；第六分压电阻R6的一端、第九分压电阻R9的一端、滤波电容C3的一端均连接至第二运算放大器U2的反向输入端，第六分压电阻R6的另一端、滤波电容C3的另一端均接地，第九分压电阻R9的另一端接外部电源；第一运算放大器U1的输出端依次通过第二耦合电容C2、第五输入电阻R5串联接入第二运算放大器U1的正向输入端，第二反馈电阻R2的一端接第二运算放大器U2的正向输入端，第二反馈电阻R2的另一端和第二运算放大器的输出端均连接至 电压转换单元223。 

图7为本发明所述电压转换单元223的组成结构示意图。如图7所示，电压转换单元223包括第三运算放大器U3、第七分压电阻R7、第八分压电阻R8，第三运算放大器U3同向输入端接信号放大单元222的输出端，第七分压电阻R7一端、第八分压电阻R8一端均连接至第三运算放大器U3的反向输入端，第八分压电阻R8另一端接外部电源，第七分压电阻R7另一端接地。 

实际应用中，主控模块1、超声波发射模块21、超声波接收模块22中的信号放大单元222、电压转换单元223、加速度模块3、无线传输模块4均固定于运动员肩部，超声波接收模块22中的超声波接收头221固定于运动员腕部。 

图8为本发明所述加速度模块3的组成结构示意图。如图8所示，加速度模块3包括加速度传感器，第十一电阻R11，第十二电阻R12；其中第十一电阻R11一端接外部电源，另一端接加速度传感器数据端，第十二电阻R12一端接外部电源，另一端接加速度传感器时钟端，加速度传感器电源断接外部电源，地端接地，中断输出端、空置端均空置。 

综上所述，以上仅为本发明较佳实施例而已，并非限于本发明的保护范围。凡在本发明精神和方案基础上所做的任何修改和改进等，都应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种篮球训练器，其特征在于，所述篮球训练器包括超声波模块、加速度模块、主控模块、无线传输模块、上位机；其中，

超声波模块，用于根据主控模块发送的超声波生成控制指令，产生初始超声波；同时，对检测到的初始超声波进行放大处理，并将得到放大超声波发送至主控模块；

加速度模块，用于根据主控模块发送的加速度检测控制指令，将测量得到的投篮加速度信息发送至主控模块；

主控模块，用于预先记录大臂长度与小臂长度；向超声波模块发送超声波生成控制指令；将向超声波模块发送超声波生成控制指令的超声波生成时间、接收到来自超声波模块的放大超声波接收时间之间的时间差转换为投篮时肩部和腕部之间的距离，并进一步将投篮时肩部和腕部之间的距离转换为大臂和小臂之间的角度；还用于向加速度模块发送加速度检测控制指令，将从加速度模块接收的加速度信息转换为跳跃高度；将大臂与小臂之间的角度、跳跃高度发送至无线传输模块；

无线传输模块，用于将主控模块发送的大臂与小臂之间的角度、跳跃高度转发至上位机；

上位机，用于存储并显示无线传输模块发送的大臂与小臂之间的角度、跳跃高度。

2.根据权利要求1所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述主控模块为STC12C2052AD单片机。

3.根据权利要求1所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述超声波模块包括超声波发射模块、超声波接收模块；超声波发射模块接于所述主控模块第一输出端，超声波接收模块接于所述主控模块第二输入端；其中，

超声波发射模块，用于根据所述主控模块传送来的超声波生成控制信号，将产生的初始超声波发送至超声波接收模块；

超声波接收模块，用于将检测到的来自超声波发射模块的初始超声波进行放大处理，并将得到的放大超声波发送给所述主控模块。

4.根据权利要求3所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述超声波发射模块包括逻辑处理器单元、超声波发射头；逻辑处理单元输入端连接所述主控模块第一输出端，逻辑处理单元输出端连接超声波发射头；其中，

逻辑处理器单元，用于根据所述主控模块传来的超声波生成控制信号产生频率为40KHz的高电平信号与低电平信号，且高电平信号与低电平信号的持续时间均相等，并将该高电平信号与低电平信号发送至超声波发射头；

超声波发射头，用于对来自逻辑处理器单元的高电平信号与低电平信号进行共振处理，产生初始超声波，并将初始超声波发送至超声波接收模块。

5.根据权利要求4所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述逻辑处理器单元包括五个非门与第三电阻、第十电阻；其中，第一非门、第二非门和第三非门的输入端均接于所述主控模块第一输出端，第二非门和第三非门的输出端、第三电阻一端均接入超声波发射头的一个输入端，第三电阻另一端接外部电源；第一非门的输出端连接至第四非门和第五非门的输入端，第四非门和第五非门的输出端、第十电阻一端均连接至超声波发射头另一输入端，第十电阻另一端接外部电源。

6.根据权利要求3所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述超声波接收模块包括超声波接收头、信号放大单元、电压转换单元，其中，

超声波接收头，用于将从所述超声波发射模块接收的初始超声波转化为初始电信号，并将该初始电信号发送至信号放大单元；

信号放大单元，用于将超声波接收头发送来的初始电信号进行放大后，得到放大电信号；并将放大电信号发送至电压转换单元；

电压转换单元，用于获取外部给定的预设信号；对信号放大单元发送来的放大电信号与预设信号进行比较，得到放大超声波，将根据该放大超声波发送给所述主控模块。

7.根据权利要求6所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述信号放大单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第一耦合电容，第二耦合电容、滤波电容、第六分压电阻、第九分压电阻、第三输入电阻，第五输入电阻；其中，第三输入电阻一端、第一耦合电容一端均连接所述超声波接收头的一端，第三输入电阻另一端、超声波接收头的另一端均接地，第一耦合电容的另一端连接第一运算放大器正向输入端；第一反馈电阻一端连接第一运算放大器的输出端，第一反馈电阻另一端连接第一运算放大器的同向输入端；第六分压电阻的一端、第九分压电阻的一端、滤波电容的一端均连接至第二运算放大器的反向输入端，第六分压电阻的另一端、滤波电容的另一端均接地，第九分压电阻的另一端接外部电源；第一运算放大器的输出端依次通过第二耦合电容、第五输入电阻串联接入第二运算放大器的正向输入端，第二反馈电阻的一端接U2的正向输入端，第二反馈电阻R2的另一端和第二运算放大器的输出端均连接至所述电压转换单元。

8.根据权利要求6所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述电压转换单元包括第三运算放大器、第七分压电阻、第八分压电阻，第三运算放大器同向输入端接所述信号放大单元的输出端，第七分压电阻一端、第八分压电阻一端均连接至第三运算放大器的反向输入端，第八分压电阻另一端接外部电源，第七分压电阻另一端接地。

9.根据权利要求1所述的一种篮球训练器，其特征在于，所述无线传输模块为蓝牙透传模块。

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