CN204637522U - 一种超声波游泳多参数显示器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超声波游泳多参数显示器，属于游泳训练器材技术领域。本实用新型包括超声波发送/接收换能器、数字输入键盘、速度显示窗、单次时间和距离显示窗口、计次窗口、总时间显示窗口、电路板、电池、盘状触发开关；所述超声波游泳多参数显示器面板上设置有数字输入键盘，速度显示窗、单次时间和距离显示窗口、计次窗口、总时间显示窗口、防水交流220V电源插口，所述超声波游泳多参数显示器内部设置有电路板、电池、盘状触发开关，电路板上安装有超声波发送/接收换能器，电路板上设有LM1812超声波测距电路、单片机和电源电路。本实用新型结构简单，可以广泛地用于专业和非专业的游泳训练，是一种良好的游泳训练器材。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超声波游泳多参数显示器，属于游泳训练器材技术领域。
背景技术
目前游泳训练中，游泳者在训练的过程中，特别是长距离游泳在游泳池内来回转身，很难准确记清楚自己游泳的次数，而对于每一个来回游泳的时间游泳者很难把控，不知道自己的时间，对于总的时间也难以把控，这对于游泳者而言，这都需要在游泳结束后由教练给出结果，游泳者无法实时得知，这对于游泳者训练成绩的提高大为不利，如何提高训练效果，让游泳者及时知道自己的训练效果这是一个亟待解决的问题。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种超声波游泳多参数显示器，为了提高游泳的运动成绩，超声波游泳多参数显示器利用水下超声波测距原理实时测量游泳者的游速、距离、次数、单次时间和总时间，能及时显示游泳训练所需的主要参数。
本实用新型技术方案是：一种超声波游泳多参数显示器，包括超声波发送/接收换能器1、数字输入键盘2、速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、电路板7、电池8、盘状触发开关9；所述超声波游泳多参数显示器面板上设置有数字输入键盘2，速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、防水交流220V电源插口10，所述超声波游泳多参数显示器内部设置有电路板7、电池8、盘状触发开关9，电路板7上安装有超声波发送/接收换能器1，电路板7上设有LM1812超声波测距电路、单片机和电源电路，LM1812超声波测距电路获得的数据传给单片机，单片机与速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6连接用于显示速度参数、时间和距离参数、计次参数、总时间参数，电池8为所述超声波游泳多参数显示器供电，电源电路用于将交流220V转变为低压直流12V电源，并为电池8充电，盘状触发开关9为单片机提供开始工作的信号；数字输入键盘2用于输入游泳圈数。
所述超声波游泳多参数显示器背板设有拉线挂钩，用于把超声波游泳多参数显示器固定在游泳池池壁边缘。
所述超声波游泳多参数显示器外壳采用防水密封设计，保证在2米深的水中不渗水。
本实用新型的工作原理是：
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，特别是在水中进行测距具有独特的优势。超声波测距设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到游泳运动员的使用要求。利用超声波测距的结果可以计算出游泳运动员速度，本实用新型为近距离测距，所采用的是压电式超声波换能器。综合各方面因素，根据成本核算和市面上最常用单片机，本实用新型采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
超声波测距原理为：
发射器发出的超声波以速度υ在水中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，因此会产生一定的测量误差。在各种因素中，温度对声速影响最大，每升高1℃，水中声速大约增大4.6米/秒。一般认为，在20℃时，纯水中的声速是1482.9米/秒，海水中的声速是1500米/秒，约是大气中声速的4.5倍。本实用新型中，单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由相应单片机自带的软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。如图1所示。
本实用新型硬件系统主要包括单片机系统及显示电路、LM1812超声波测距电路两部分，LM1812超声波测距电路中包括一个超声波测距仪。
LM1812超声波测距电路的工作原理如下：
本实用新型采用的是LM1812芯片，这是一种性能优良、既能发射又能接收超声波的超声波收发器集成电路，具有以下特点：
a、可以使用一个发送/接收换能器工作，也可使用两个换能器分别发送和接收超声波。b、器件具有互换性。c、在电路中使用时不用外接晶体管驱动。d、使用时不用外接散热器。e、器件内部具有保护电路。f、检测器输出可驱动1A的峰值电流。g、在水中测距超过30m，在空气中测距超过6m。h、发送功率可达12w(峰值)。
其极限参数如表1所示：
表1
其引脚图2所示。
采用目前较为成熟电路设计，LM1812超声波测距电路原理图如图3所示。电路中L1，C1决定电路发射或接受的频率，最高频率320kHZ。当引脚8（发射/接收转换开关）为高电平时，电路产生振荡信号，并经驱动放大后，在引脚6输出超声波信号，引脚6输出电流峰值不能超过1A。以避免输出级过载。如需要更大发射功率，则采用外加脉冲放大器的方法实现。当引脚8（发射/接收转换开关）为低电平时，LM1812在接收模式。超声波接收器接收到的超声波信号经电容耦合，由引脚4输入，经内部两级放大后，进行检波，经R17C17滤波，这时引脚14和引脚16变为低电平，使单片机产生外部中断，从而检测返回超声波信号。
超声波测距仪的设计原理如下：
超声波测距的原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为： d=s/2=(c×t)/；其中，d为被测物与测距仪的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。软件分为两部分，主程序和中断服务程序，主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。 定时中断服务子程序完成超声波的发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。
速度、计时和计次和总时间的计算：在得到距离数据后，配合定时器时钟的时间数据，我们可以通过单片机进行计算，如图4所示。每一次测量出的距离除上该次测量时间可以得到这次的速度；在每一次测量距离为零时定义为测量起始点零点，游泳的次数通过计算零点次数可以得知游泳的次数；被两个零点之间的时间就是游泳者一个来回的时间；如果游泳需要N个来回，那么把每一个来回的时间累加就得到游泳这次训练的总的时间；N次乘上游泳池距离可以得知游泳的总距离。
在实际的使用过程中，如图7所示，我们将超声波游泳多参数显示器11吊挂在游泳池13的赤壁边缘，如图5所示，面对着泳道黑线，使得游泳运动员12和教练员能够清晰地看到游泳运动员等各项参数，出发前与动员拍一下（或者用脚蹬一下）显示器，压迫盘状触发开关9为单片机提供开始工作的信号，显示器开始计时和测量，回来时运动员拍一下（或者用脚蹬一下）显示器，显示器停止工作。游泳运动员12和教练员根据这些参数来进行训练，可以有效地提高运动成绩。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过超声波测距和时钟获得游泳者需要的数据，对于游泳训练有极大的帮助。特别是是长距游泳训练中，游泳运动员在游泳池内来回转身的过程中可以准确地知道自己游泳的次数，对于每一个来回游泳的时间和总的时间游泳者也可以清楚地知道，用运动员根据时间有效把控自己的游速，可以实时知道自己游泳的状况。无需游泳结束后由教练给出结果。游泳运动员和教练员能够清晰地看到游泳运动员等各项参数，根据这些参数来进行训练，可以有效地提高运动成绩。本实用新型结构简单，可以广泛地用于专业和非专业的游泳训练，是一种良好的游泳训练器材。
附图说明
图1是本实用新型超声波测距的原理示意图；
图2是本实用新型LM1812芯片内部电路结构图；
图3是本实用新型LM1812超声波测距电路图；
图4是本实用新型测量参数显示示意图；
图5是本实用新外观面板示意图；
图6是本实用新型剖面示意图；
图7是本实用新型的安装位置示意图。
图1-7中各标号：1-超声波发送/接收换能器，2-数字输入键盘，3-速度显示窗，4-单次时间和距离显示窗口，5-计次窗口，6-总时间显示窗口，7-电路板，8-电池，9-盘状触发开关，10-防水交流220V电源插口，11-超声波游泳多参数显示器，12-游泳运动员，13-游泳池。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1-7所示，一种超声波游泳多参数显示器，包括超声波发送/接收换能器1、数字输入键盘2、速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、电路板7、电池8、盘状触发开关9；所述超声波游泳多参数显示器面板上设置有数字输入键盘2，速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、防水交流220V电源插口10，所述超声波游泳多参数显示器内部设置有电路板7、电池8、盘状触发开关9，电路板7上安装有超声波发送/接收换能器1，电路板7上设有LM1812超声波测距电路、单片机和电源电路，LM1812超声波测距电路获得的数据传给单片机，单片机与速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6连接用于显示速度参数、时间和距离参数、计次参数、总时间参数，电池8为所述超声波游泳多参数显示器供电，电源电路用于将交流220V转变为低压直流12V电源，并为电池8充电，盘状触发开关9为单片机提供开始工作的信号；数字输入键盘2用于输入游泳圈数。
实施例2：如图1-7所示，一种超声波游泳多参数显示器，包括超声波发送/接收换能器1、数字输入键盘2、速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、电路板7、电池8、盘状触发开关9；所述超声波游泳多参数显示器面板上设置有数字输入键盘2，速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、防水交流220V电源插口10，所述超声波游泳多参数显示器内部设置有电路板7、电池8、盘状触发开关9，电路板7上安装有超声波发送/接收换能器1，电路板7上设有LM1812超声波测距电路、单片机和电源电路，LM1812超声波测距电路获得的数据传给单片机，单片机与速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6连接用于显示速度参数、时间和距离参数、计次参数、总时间参数，电池8为所述超声波游泳多参数显示器供电，电源电路用于将交流220V转变为低压直流12V电源，并为电池8充电，盘状触发开关9为单片机提供开始工作的信号；数字输入键盘2用于输入游泳圈数。
所述超声波游泳多参数显示器背板设有拉线挂钩，用于把超声波游泳多参数显示器固定在游泳池池壁边缘。
实施例3：如图1-7所示，一种超声波游泳多参数显示器，包括超声波发送/接收换能器1、数字输入键盘2、速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、电路板7、电池8、盘状触发开关9；所述超声波游泳多参数显示器面板上设置有数字输入键盘2，速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6、防水交流220V电源插口10，所述超声波游泳多参数显示器内部设置有电路板7、电池8、盘状触发开关9，电路板7上安装有超声波发送/接收换能器1，电路板7上设有LM1812超声波测距电路、单片机和电源电路，LM1812超声波测距电路获得的数据传给单片机，单片机与速度显示窗3、单次时间和距离显示窗口4、计次窗口5、总时间显示窗口6连接用于显示速度参数、时间和距离参数、计次参数、总时间参数，电池8为所述超声波游泳多参数显示器供电，电源电路用于将交流220V转变为低压直流12V电源，并为电池8充电，盘状触发开关9为单片机提供开始工作的信号；数字输入键盘2用于输入游泳圈数。
所述超声波游泳多参数显示器背板设有拉线挂钩，用于把超声波游泳多参数显示器固定在游泳池池壁边缘。
所述超声波游泳多参数显示器外壳采用防水密封设计，保证在2米深的水中不渗水。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种超声波游泳多参数显示器，其特征在于：包括超声波发送/接收换能器（1）、数字输入键盘（2）、速度显示窗（3）、单次时间和距离显示窗口（4）、计次窗口（5）、总时间显示窗口（6）、电路板（7）、电池（8）、盘状触发开关（9）；所述超声波游泳多参数显示器面板上设置有数字输入键盘（2），速度显示窗（3）、单次时间和距离显示窗口（4）、计次窗口（5）、总时间显示窗口（6）、防水交流220V电源插口（10），所述超声波游泳多参数显示器内部设置有电路板（7）、电池（8）、盘状触发开关（9），电路板（7）上安装有超声波发送/接收换能器（1），电路板（7）上设有LM1812超声波测距电路、单片机和电源电路，LM1812超声波测距电路获得的数据传给单片机，单片机与速度显示窗（3）、单次时间和距离显示窗口（4）、计次窗口（5）、总时间显示窗口（6）连接用于显示速度参数、时间和距离参数、计次参数、总时间参数，电池（8）为所述超声波游泳多参数显示器供电，电源电路用于将交流220V转变为低压直流12V电源，并为电池（8）充电，盘状触发开关（9）为单片机提供开始工作的信号；数字输入键盘（2）用于输入游泳圈数。
2.根据权利要求1所述的超声波游泳多参数显示器，其特征在于：所述超声波游泳多参数显示器背板设有拉线挂钩，用于把超声波游泳多参数显示器固定在游泳池池壁边缘。
3.根据权利要求1所述的超声波游泳多参数显示器，其特征在于：所述超声波游泳多参数显示器外壳采用防水密封设计。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106581997A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-04-26 | 山东数智体育科技股份有限公司 | 名次显示方法和系统 |
| CN110465064A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-19 | 江苏省南京工程高等职业学校 | 一种长跑计圈装置 |
| CN113041577A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-29 | 上海海事大学 | 一种用数据图形驱动运动和社交的水下机器人 |
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Granted publication date: 20150916 Termination date: 20170430 |
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