CN2328393Y - 无水阻船速、桨频测量仪 - Google Patents

Abstract

一种无水阻船速、桨频测量仪,由加速度传感器、单片机组成,且传感器直接安装在单片机里面,使信号采集、数据处理及数字显示合为一体,缩短了信号采集距离,克服了仪表外安装传感器的诸多不便,它可根据不同的需要,做成无水阻桨频表,无水阻船速仪,无水阻船速桨频仪。本实用新型是划船运动中更具发展前景的数字化、微型化、智能化测量训练仪器。

Description

无水阻船速、桨频测量仪

本实用新型涉及一种测量划船船速和划桨桨频的装置。

目前国外的一些划船测试仪表中，测船速多用电磁传感器和螺旋桨传感器，这些传感器与水直接接触，水阻较大。有的单边安装会造成偏航，这都影响实际测量结果；国外在用桨频表测量时，在赛艇上需附加滑座传感器，皮艇的桨柄也要另加传感器，给使用带来了不便。

本申请人的专利《船速桨频测量仪》(专利号：ZL95212125.5)中，提出用体积小，灵敏度较高的半导体压阻传感器测量船速，并用计算机软件处理的办法，从采集的速度参量中，找出每划一桨的速度峰值，从而根据船速的变化计算出桨频，实现了仅利用一只传感器，实时同步同时测出船速和桨频，取得较好的效果。但在测量时传感器仍放入水中，存在水的阻力，因此，目前划船界急需一种结构简单、运用性广、价格低廉的无水阻测量的船速、桨频仪。

本实用新型的目的就是针对上述不足，提供一种无水阻测量的桨频仪和船速桨频测量仪。

本实用新型的技术方案是：一种无水阻船速、桨频测量仪，它由传感器1、单片机2组成，传感器1采用加速度传感器，并直接安装在单片机2的信号放大电路的输入接口上，单片机2利用下述公式计算t时刻的船速Vt及航行距离St:

Vt=V_o+at

St=∫^t _oVdt

式中：V_o为t_o时刻船的速度

      a为从t_o至t时间段内船的平均加速度。

下面参照附图，详述本实用新型内容。

图1本实用新型结构示意图。

图2本实用新型单片机方框图。

图3本实用新型单片机电路原理图。

参照附图，传感器1紧固在单片机2里面，单片机2直接紧固在船艇3上运动员视线容易观察的地方。图2中，4为传感器输入，5为信号放大，6为模数(A/D)转换，7为数值处理，8为显示和打印。

划船运动中(包括赛艇、皮艇、划艇运动)，比赛、训练大多从静止开始起航，这时船艇对大地的加速度为零，为了防止零点干扰，单片机2内设有软件清零程序，一旦船艇静止运动员开始进入准备程序，单片机开始清零，使起航前的初始加速度值和速度、距离显示值均为零。运动员桨入水后，水对桨的反作用力通过人体作用于船艇3上，当其大于水对船的阻力时，使船艇产生一个正加速度值，推动船艇前进，对这个正加速度进行一次和二次积分运算，即可在单片机2的显示屏上显示速度和距离。当划完一桨，桨离开水面，这时船艇先去动力，船艇只受到与前进方向相反的水的阻力，这时使船艇会产生一个负加速度，对这个负加速度积分的结果，使船艇的速度减少，这时显示屏上的速度显示值也会随之减小，只要速度不减少到零，距离的累集值(即速度的积分)总是增加的。这样，就可方便地测出船艇的速度及划行距离，而每划一桨必然出现的一个速度波峰点和一个速度的波谷点，这样，只要记录下波峰(或波谷)点的个数，就可测量出桨数，只要测量出两个波峰(或波谷)点的时间间隔，就可计算出实时桨频。

还需指出的是，为了减少测量过程中的积累误差，特别是长时间测量时，为了消除加速度一次积分和二次积分的误差，提高测量精确度，单片机2内可安装速度校正装置/或校正软件和距离校正装置/或校正软件。

本实用新型装置具体的检测过程是这样的：单片机2开机后，供给传感器1一个电压，传感器2处于工作状态，当船艇处于静止状态时，传感器1的输出为零，单片机2的显示屏上流速的读数也为零；当船艇前进时，这时传感器1上就输出一个不为零的电压，按图2方框图所示，经过信号放大、A/D模数转换，数据处理直接在显示屏上显示出船速和桨频的数值读数。

图3中，CPU(80C31)为中央处理机，RAM(62256)为随机存取存储器，ROM(27128)为程序存贮器，IC1(7660)、C2、组成负电压转换电路。IC1为CMOS电压转换芯片，当C1=C2=C时，电路输出阻抗由 $\frac{1}{2\mathrm{\πfc}}$ 而定。这里f=5KHZ，因此，输出阻抗由C值唯一确定。该电路用于为运放IC2(7650)提供负电源，还经R10、R11到A/D器件IC3(7109)的INLO引脚作为模拟信号低端输入。

IC2为斩波稳零运算放大器，该芯片含主放大器A1和校零放大器A2,C3和C1为存贮电容。在内部时钟控制下，采样和校零不断交替进行，C3和C4各自存放A2的信号输出电压和误差电压，分别送给主放大器A1、和校零放大器A2的校零输入端，使失调电压及温漂极小，共模抑制很大，达到有效放大传感器输出信号的目的。该电路为同相放大电路，传感器的输出信号与a1连接，传感器地与a3连接，经放大电路放大后，输出到IC3的模拟信号高端输入INHI。

IC3为双积分式A/D转换芯片，将IC3的MODE脚接地，使其工作于直接输出工作方式。将RUN/ HOLD接+5V，这样IC3可进行连续转换，将STATUS线与CPU芯片的INTO相连，每完成一次转换便向CPU发送一次中断请求信号，并通过IC4芯片Y6、Y7脚IC3的 HBEN、LBEN脚，作输出的辅助选通信号。IC3将传感器1输入的模拟信号转化为数字信号并经80C31处理后，通过B1B2B3B4送入液晶显示的驱动芯片，完成液晶显示。存贮器RAM与CPU的总线口相连，完成数据存储功能。

图3中，IC4(138)为译码芯片，OSC为石英晶振，C6、R13分别为集成电容和集成电阻，C3为参考电容，电位器R7用于调节参考电压，电位器R12用于零点调整。

本实用新型装置把传感器直接安装在单片机内，使信号采集、数据处理及数字显示合为一体，大大缩短了信号采集的距离，克服了仪表外安装传感器的诸多不便，减少了测量系统的干扰因素，真正实现无水阻测量，对提高仪表测量准确性，降低成本，缩小体积，减轻重量都很有益。本实用新型可根据不同需要作成无水阻桨频表、无水阻船速仪、无水阻船速桨频仪，是划船运动中更具发展前景的数字化、微型化、智能化测量训练仪器。

Claims (1)

1、一种无水阻船速桨频测量仪，它包括传感器(1)，单片机(2)，其特征是传感器(1)采用加速度传感器，并直接安装在单片机(2)的信号放大电路的输入接口上，单片机(2)利用下述公式计算t时刻的船速Vt及航行距离St：

Vt=V_o+at

St=∫^t _oVdt

式中：V_o为t_o时刻船的速度

a为从t_o至t时间段内船的平均加速度。

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