CN202682732U - 乒乓球单打球台计数器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种体育器材，即一种乒乓球单打球台计数器，包括外壳、电源、显示器件和内部电路，其特征在于：所说的内部电路有压电陶瓷片、放大电路、滤波电路、整形电路、显示驱动电路、按键电路和单片机，其中的压电陶瓷片接放大电路，放大电路接滤波电路，滤波电路接整形电路，整形电路接单片机，单片机通过显示驱动电路接显示器件。其有益效果是：当乒乓球击打球台时，压电陶瓷片受到振动而将球击信号转换为电信号送到单片机，单片机按照程序进行处理和显示，本装置灵敏度高，信号接收准确，抗干扰能力强，能够准确记录并显示连续击球次数，避免了人工计数的弊端，增强了趣味性和训练效果，且具有结构简单、造价低廉、性能稳定等特点，市场前景十分可观。

Description

乒乓球单打球台计数器

技术领域

本实用新型涉及一种体育器材，即一种乒乓球单打球台计数器。

背景技术

乒乓球单打球台是内蒙古民族大学体育学院穆健鹰老师发明的新式乒乓球台，这种球台既可以双人对打，也可以单人打球，对场地和人员数量的要求都不严格，而且具有很强的趣味性，适于在家庭、学校、机关单位等多种场所使用，特别适合初学者和业余爱好者开展乒乓球运动和健身活动。实践证明，采用这种球台经过短时间的练习，球员连续击球的数量就会显著增加，可以轻易的达到上千次连续击打而不掉球，省去了频繁捡球的时间，从而使有限的练习时间得到了充分的利用，能够迅速提高练习者的球技水平。在使用这种球台练习的过程中，需要记取连续击球的次数。由于目前只靠人工计数，比较麻烦，常会分散练习者的注意力，而且还容易出错。尤其是在比赛的过程中，计数出错可能会导致纠纷，也缺乏应有的公正性。因此，人们希望，这种单打乒乓球台能够配备专用的击球计数装置。目前，市场上有多种计数器，但大多都是通过光电图像技术进行记录，造价较高，难以利用。而现有的振动式计数器识别杂音及抗干扰能力很差，很难达到准确计数的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够与乒乓球单打球台相配合，准确记录和显示连续击球的次数，且造价低廉的计数器。

本实用新型更进一步的目的是：这种计数器具有连续累加计数和单次计数以及回查和清零功能，在设定时间中断击球时可自动切断外围电路，关闭显示器，进入低功耗休眠状态。

上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种乒乓球单打球台计数器，包括外壳、电源、显示器件和内部电路，其特征在于：所说的内部电路有压电陶瓷片、放大电路、滤波电路、整形电路、显示驱动电路、按键电路和单片机。其中的压电陶瓷片接放大电路，放大电路接滤波电路，滤波电路接整形电路，整形电路接单片机，单片机通过显示驱动电路接显示器件。

所说的放大电路和滤波电路均有两级，即第一放大电路接第一滤波电路，第一滤波电路接第二放大电路，第二放大电路接第二滤波电路。

所说的放大电路是高输入阻抗的电压放大电路或电荷放大器。

所说的显示器件是段码式LCD显示器或LED显示器。

所说的压电陶瓷片的电极用两芯屏蔽线引出，在屏蔽线的另一端将屏蔽层与接压电陶瓷片铜片的芯线连在一起，接到电路的GND端，另一根芯线一端与压电陶瓷片的银浆电极相接，另一端接到第一放大电路2的输入端。第一放大电路2的输出通过第一滤波电路3送入第二放大电路4，第二放大电路4的输出通过第二滤波电路5，再接波形整形电路6，整形电路6接入单片机7的输入引脚。

所说的单片机是通用单片机，内有程序存储器、数据存储器、定时计数器、中断控制、外部中断引脚、输入/输出引脚和休眠工作程序。

所说的单片机是PIC16F1933，单片机内部带有4KB闪存程序存储器、256字节SRAM、256字节EEPROM，最多25根I/O口线，集成LCD控制器最多可驱动96段。工作电压范围是1.8V～5.5V，1.8V时的待机电流为60nA。PIC16F1933的PortB引脚单独配置为电平变化中断引脚，与按键电路8设置的两个独立按键连接。

所说的按键电路是两个独立按键KEY1和KEY2，KEY1和KEY2的一端相连并接地，KEY1和KEY2的另一端分别与单片机的两个输入引脚相接，与KEY1和KEY2相连的两个单片机输入引脚分别接一个上拉电阻到电源正极。

所说的压电陶瓷片平行固定在计数器背面外壳的内部，背面外壳固定在乒乓球单打球台案板边缘，显示器朝向打球人的方向。

本实用新型的有益效果是：当乒乓球击打球台时，压电陶瓷片受到振动而将球击信号转换为电信号送到单片机，单片机按照程序进行处理和显示，本装置灵敏度高，信号接收准确，抗干扰能力强，能够准确记录并显示连续击球次数，避免了人工计数的弊端，增强了趣味性和训练效果，且具有结构简单、造价低廉、性能稳定等特点，市场前景十分可观。

附图说明

图1是乒乓球单打球台计数器的结构框图；

图2是按键电路连接图；

图3是电源电路及外围电路电源控制电路连接图；

图4是显示器件外观图；

图5是主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的一个实施例。

如图1所示，这种乒乓球单打球台计数器有外壳、电源、显示器件和内部电路，内部电路有压电陶瓷片、放大电路、滤波电路、整形电路、显示驱动电路、按键电路和单片机。其中的压电陶瓷片接放大电路，放大电路接滤波电路，滤波电路接整形电路，整形电路接单片机，单片机通过显示驱动电路接显示器件。

压电陶瓷片可选用直径20mm的压电陶瓷片，将压电陶瓷片平行固定在计数器外壳的背壳内部，使用时将计数器的外壳背面固定在乒乓球单打球台上，使显示器朝向打球人，这样压电陶瓷片就可以以与球击信号波正交的方式直接接受来自球台传递过来的乒乓球击打球台的击打信号，并且这种方式压电陶瓷片输出信号幅值最大。压电陶瓷片的电极用两芯屏蔽线引出，焊接时只焊两根芯线，在屏蔽线的另一端将屏蔽层与接压电陶瓷片铜片的芯线连在一起接地，即电路的GND端，另一根芯线一端与压电陶瓷片的银浆电极相接，另一端接到第一放大电路的输入端。第一放大电路的输出通过第一滤波电路，滤去部分杂散干扰波及球击信号的抖动波，送入第二放大电路，在第二放大电路中将输入信号的幅值进一步放大，其输出再次经过第二滤波电路进行滤波，然后将其送到波形整形电路中进行波形整形，通过整形电路的整形，球击球台的击打信号就变成了一个矩形正脉冲，每一个脉冲信号对应一次球击球台的击打信号，将此信号送入单片机的输入引脚。单片机选用PIC16F1933，这单片机内部带有4KB闪存程序存储器、256字节SRAM、256字节EEPROM，最多25根I/O口线，集成LCD控制器最多可驱动96段等。PIC16F1933的工作电压范围是1.8V～5.5V，1.8V时的待机电流仅为60nA，特别适合用于电池供电的产品。PIC16F1933的PortB的引脚均可单独配置为电平变化中断引脚，本实施例中，正是使用PIC16F1933的这种特性，将按键电路设置的两个独立按键连接到PortB的引脚上，达到按下任一按键均可将单片机从休眠模式唤醒。

按键电路如图2所示，两个按键KEY1、KEY2的一端直接接地(GND)，另一端直接接PIC16F1933的Port B的两个引脚，由于PIC16F1933的Port B引脚可设置成内部弱上拉，图2中两个电阻R1、R2可不接，这样构成两个独立式按键电路。按键KEY1称为功能键，短按(小于3秒)切换连续累加计数和单次计数两种工作模式，长按(大于3秒)将显示计数值清零。按键KEY2称为查看键，可以按键循环查看单次计数模式下最近前9次的计数值。

电源电路如图3所示，两节1.5V的干电池串联构成整机供电电源，电池两端接有一个10uF电解电容和0.1uF瓷片电容并联组成的电源滤波电路。电源供电分成两路，一路给单片机直接供电，另一路给除单片机以外的其他外围电路供电，其接通与断开由单片机控制。外围电路电源控制电路主要由一开关型场效应管组成，场效应管的栅极经过限流电阻接到单片机的一个OUT引脚上，这个OUT引脚输出高电平时接通其他外围电路电源，这个引脚输出低电平时断开其他外围电路电源。这样可以在单片机进入休眠状态前切断除单片机以外的其他外围电路的供电，进一步降低整机功耗。

由于整机工作时电流为几十微安，休眠状态下，待机电流小于1微安，故整机可以不设电源开关。

显示驱动电路集成在单片机中，不需要外接其他显示驱动电路。

显示器件使用段码式LCD显示器，显示器外观如图4所示。其中4～8分别为击球计数次数的万位、千位、百位、十位、个位；3为单次计数模式下最近10次计数值的序号显示，其值为0～9，通过图2中的按键查看时，可以循环显示0～9，在图4的4～8显示该次的计数值，图4中3显示0为当前的计数值，显示1为上一次计数值，以此类推，显示9为倒数第9次的计数值。图4中的2显示时，表示当前的工作模式是累加计数模式，此时1和3均不显示，4～8显示当前累加计数的结果。图4中的1显示时，2不显示，表示当前的工作模式是单次计数模式，此时3正在计数时显示0，4～8显示当前次数的计数值。查看前面其它计数值3显示相应的0～9数字，4～8显示该次数的计数值。

乒乓球单打球台计数器使用低成本的压电陶瓷片作为震动信号接收器，压电陶瓷片是一种压电器件，灵敏度较高，它的输出是电荷信号，所以信号放大器必须使用高输入阻抗的电荷放大器。为了消除外界周围环境噪声的影响以及球击球台前后的抖动波形，硬件电路设计上，在每级信号放大器的输出端都接有低通滤波器，并且在单片机软件上设计有软件滤波，使之具有很强的抗干扰能力，能准确识别每一次球击信号。

压电陶瓷片将乒乓球击打信号转换成电信号。压电陶瓷片输出的电信号通过两级放大电路进行放大、每级放大电路的输出都接有信号低通滤波电路，然后该信号再经过波形整形电路进行调理后，送入单片机电路。

如图5所示，在单片机中通过程序检测经过上述电路进行信号调理后乒乓球击打球台的信号，并再次对该信号进行软件滤波。经过上述的硬件电路设计和软件电路设计，使得乒乓球单打球台计数器对周围环境的其他声音信号不敏感，并且能有效的过滤掉乒乓球击打在球台前瞬间和乒乓球击打在球台后瞬间的抖动信号，从而确保乒乓球单打球台计数器只对达到一定击打强度的球击球台信号进行一次有效的计数，不会出现少计数或多计数的错误计数情况。确认有效球击信号后，根据距上次球击信号的时间间隔和计数器当前的工作模式进行计数值调整，然后将计数值送到显示驱动电路，由显示驱动电路驱动显示器显示计数值。

通过单片机程序设计，使乒乓球单打球台计数器具有连续累加计数和单次计数两种工作模式。当工作在连续累加计数模式下，无论两次击球的时间间隔多长，都会在上次计数值的基础上进行累加计数，并实时显示当前计数值。当工作在单次计数模式下，乒乓球单打球台计数器也是实时显示当前的计数值，但是当两次击球时间超过3秒，乒乓球单打球台计数器认为球没有击打到球台或打球人没有接住弹回的球，就将当前显示的数值作为本次连续击球的次数，存储并持续显示。当再次接收到击球信号后，乒乓球单打球台计数器自动将当前显示的计数值清零，并从1开始重新计数。这样的设计，可以方便打球人了解自己当前的连续击球次数。乒乓球单打球台计数器可以存储最近10次的连续击球次数，可以通过按键进行查询。

无论连续累加计数和单次计数工作模式，都可以通过按键手动清零乒乓球单打球台计数器当前的显示计数值。当距最近一次击球时间超过30秒后，乒乓球单打球台计数器还没有接收到再次击球信号时，乒乓球单打球台计数器关闭显示器、切断单片机之外的电路电源，同时单片机进入休眠模式，使整机功耗降低，延长电池电源的使用时间。在休眠模式状态下，通过按下任一按键的方式退出休眠模式而进入正常工作状态，并按进入休眠模式前所设置的连续累加计数或单次计数模式，自动进行累加计数或从1开始重新计数。

Claims (9)

1.一种乒乓球单打球台计数器，包括外壳、电源、显示器件和内部电路，其特征在于：所说的内部电路有压电陶瓷片、放大电路、滤波电路、整形电路、显示驱动电路、按键电路和单片机，其中的压电陶瓷片接放大电路，放大电路接滤波电路，滤波电路接整形电路，整形电路接单片机，单片机通过显示驱动电路接显示器件。

2.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的放大电路和滤波电路均有两级，即第一放大电路接第一滤波电路，第一滤波电路接第二放大电路，第二放大电路接第二滤波电路。

3.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的放大电路是高输入阻抗的电压放大电路或电荷放大器。

4.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的显示器件是段码式LCD显示器或LED显示器。

5.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的压电陶瓷片的电极用两芯屏蔽线引出，在屏蔽线的另一端将屏蔽层与接压电陶瓷片铜片的芯线连在一起，接到电路的GND端，另一根芯线一端与压电陶瓷片的银浆电极相接，另一端接到第一放大电路的输入端，第一放大电路的输出通过第一滤波电路送入第二放大电路，第二放大电路的输出通过第二滤波电路，再接波形整形电路，整形电路接入单片机的输入引脚。

6.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的单片机是通用单片机，内有程序存储器、数据存储器、定时计数器、中断控制、外部中断引脚、输入/输出引脚。

7.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的单片机是PIC16F1933，单片机内部带有4KB闪存程序存储器、256字节SRAM、256字节EEPROM，最多25根I/O口线，集成LCD控制器最多可驱动96段，工作电压范围是1.8V～5.5V，1.8V时的待机电流为60nA；PIC16F1933的PortB引脚单独配置为电平变化中断引脚，与按键电路8设置的两个独立按键连接。

8.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的按键电路是两个独立按键KEY1和KEY2，KEY1和KEY2的一端相连并接地，KEY1和KEY2的另一端分别与单片机的两个输入引脚相接，与KEY1和KEY2相连的两个单片机输入引脚分别接一个上拉电阻到电源正极。

9.根据权利要求1所述的乒乓球单打球台计数器，其特征在于：所说的压电陶瓷片平行固定在计数器外壳的背壳内部，外壳背面固定在乒乓球单打球台案板边缘，显示器朝向打球人的方向。

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