一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪和方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪和方法，包含基座、立杆、横杆、固定托架、活动托架和超声波测距模块，测距装置中安放有24V开关电源及测控电路板，在主控单片机的控制下，借助24V电动推杆控制测试机架中活动托架的左右移动，用于夹持或释放被测的标准球体，在球体下落及反弹的过程中，超声波测距模块测出球体的位置，最终据此完成球体反弹系数的计算。利用固定回波抑制、超声波温度补偿及Kalman滤波技术以提高测试精度，本发明专利技术给出了一种球体反弹系数的测试仪和方法，实现了对运动地板球体反弹系数的测定，从而可为相关运动地板的生产、测试及使用企业提供了一种简便、有效的测试工具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪和方法，属于运动地板质量检测设备。
技术介绍
随着中国竞技体育与全民健身运动的迅猛发展，目前在全国各地，体育场馆的建设数量与日俱增，档次也越来越高，而运动地板作为体育场馆的一个最基本的功能单元，对体育场馆的建设起着至关重要的作用。目前，中国一些体育基础设施与世界先进水准相比还存在不小的差距，运动地板就是其中之一。运动地板在中国尚处于初级发展阶段。其表现在以下几个主要方面：中国至今尚未制订和颁布运动地板国家标准，这就意味着国内的运动地板生产制造厂家在产品的设计开发、生产制造、质量控制和质量检验等重要方面均无标准可依；即使暂时参照或借鉴运动地板的国际标准(如德国DIN18032标准)，生产企业也因缺少十分完善的检测设备和手段，从而会直接影响到运动地板的生产、检验和质量控制。为了使运动员达到最佳竞技状态，促进体育成绩的提高，运动地板要求具有运动、保护及技术三大基本功能，其检测标准主要包括：球体反弹、能量吸收、振动变形、滚动负荷、摩擦系数、球体反弹等六项指标。上述测试指标中，球体反弹指标涉及到运球时的姿势和力度掌握，以图满足运动的快节奏需要。室内球类运动比赛规则要求：借助地面进行体育比赛或训练，如篮球等球类运动，要求球体在比赛场地地面上的反弹比较系数应大于或等于90％。球体反弹以正确充气的标准篮球在水泥地上回弹的高度为对比标准。即将篮球从6.6英尺(2.012米)的高度落到运动地板或坚硬水泥地上，测试篮球的回弹高度比，并以百分数表示，以反映回弹高度差。因此迫切需要一种运动地板球体反弹系数测试仪。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪和方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪，其特征在于：包括球体反弹测试机架、测距装置，球体反弹测试机架包括测试基座，测试基座上安装有竖向设置的立杆，立杆竖直设置在基座两侧并且立杆下端固定在基座之上，横杆水平设置并且两端固定在立杆上端，超声传感器固定在横杆中间，固定托架和活动托架相对设置在超声传感器下方并且固定托架和活动托架固定在两侧的立杆上，活动托架通过电动推杆驱动能够沿着水平方向伸缩。进一步地，所述测距装置包含LCD操作显示面板、主控单片机、超声波激励及回波检测模块、测温元件、24V开关电源、电源隔离变换模块、电源变换模块和JTAG下载器模块，主控单片机构成测控系统的控制核心，连接超声波激励及回波检测模块、测温元件、JTAG下载器模块以及测试机架中的24V电动推杆，超声波激励及回波检测模块与测试机架中的超声传感器连接，24V开关电源分别与电动推杆和电源隔离变换模块连接，电源隔离变换模块与3.3V电源变换模块连接，并为超声波检测模块供电，3.3V电源变换模块为msp430f149单片机系统供电，所述测距装置前面板安装有LCD操作显示面板，包含320×64点阵LCD显示屏、操作按键组以及工作状态指示灯组，为测试仪提供用户人机操控界面。进一步地，所述超声波激励及回波检测模块包含超声波发送电路和超声波接收电路，超声波发送电路包含六反相缓冲器U1和超声发送换能器U2，超声波接收电路包含超声接收换能器U3、NE5532高倍放大器U4，比较器U5的3脚与可调电阻R1连接，可用于调整超声波激励及回波检测模块的工作灵敏度。进一步地，所述主控单片机采用msp430f149芯片。进一步地，所述电源隔离变换模块包含A2405SDC-DC转换模块U9，用于将由开关电源提供的24V直流电源隔离变换成+5V直流电源，从而提高系统的抗干扰能力，再经AM1117LDO电源变换模块产生+3.3V直流电源，以便为主控单片机等元件提供工作电源。进一步地，包含以下测试步骤：电动推杆控制活动托架释放被测标准篮球，该篮球将自由落体到下方的运动地板试件或坚硬水泥地面上，随即产生反弹；超声波传感器基于回波测距原理监测被测球体的高度，所得数据经过固定回波抑制并通过Kalman滤波算法修正距离测试结果；再经过温度补偿校正温度影响计算确定最大反弹高度值；将在运动地板上测得的最大高度值与坚硬水泥地面上测得的最大高度值对比计算即可求得球体反弹系数。进一步地，所述固定回波抑制是指测试前首先不使用球体，控制超声波模块进行10次预测试，并对其中至少7次以上的固定回波位置进行记录，判定为这些属于测试机架部分的固定回波造成的干扰，以便在正式测试过程中予以消除。进一步地，所述Kalman滤波过程为：对于作自由反弹运动的被测球体，根据运动方程可确定其状态空间模型，利用Kalman算法进行滤波处理，可大大减少测量误差，并降低因超声波测距采用离散采样对测量过程造成的影响。进一步地，所述温度补偿校正的方法为：依据超声波速度与温度的对应关系，通过测试环境温度，经过查表内插方法可对超声波速度进行修正，以提高超声波测距精度。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本专利技术利用精心设计的小型测试机架，借助单片机控制启动测试过程，并采集测试过程中标准球体在被测地板与水泥地面反弹高度的变化，从而可实现对运动地板球体反弹系数的测试；2、本专利技术通过固定回波抑制、温度补偿和Kalman滤波处理，从而保证了球体反弹高度测量的准确性，进而保证了最终球体反弹系数测量的精度；3、本专利技术结构简单，成本较低，为相关运动地板的生产、测试及使用企业提供了一种方便有效的测试工具。附图说明图1是本专利技术的一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪的测试机架结构示意图。图2为本专利技术的一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪的电路结构示意图。图3为本专利技术的一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪的测试控制电路示意图。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。1)测试仪系统组成如图1、图2所示，本专利技术的一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪，包括球体反弹测试机架(1)、测距装置(2)。所述的球体反弹测试机架(1)包括测试基座(11)，测试基座(11)上安装有竖向设置的立杆(12)，立杆(12)竖直设置在基座两侧并且立杆下端固定在基座(11)之上，横杆(13)水平设置并且两端固定在立杆(12)上端，超声传感器(16)固定在横杆(13)中间，固<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪，其特征在于：包括球体反弹测试机架(1)、测距装置(2)，所述球体反弹测试机架(1)包括测试基座(11)，测试基座(11)上安装有竖向设置的立杆(12)，立杆(12)竖直设置在基座两侧并且立杆下端固定在基座(11)之上，横杆(13)水平设置并且两端固定在立杆(12)上端，超声传感器(16)固定在横杆(13)中间，固定托架(14)和活动托架(15)相对设置在超声传感器(16)下方并且固定托架(14)和活动托架(15)固定在两侧的立杆(12)上，活动托架(15)通过电动推杆(17)驱动能够沿着水平方向伸缩。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪，其特征在于：包括球体反
弹测试机架(1)、测距装置(2)，所述球体反弹测试机架(1)包括测试基座
(11)，测试基座(11)上安装有竖向设置的立杆(12)，立杆(12)竖直设
置在基座两侧并且立杆下端固定在基座(11)之上，横杆(13)水平设置并
且两端固定在立杆(12)上端，超声传感器(16)固定在横杆(13)中间，
固定托架(14)和活动托架(15)相对设置在超声传感器(16)下方并且固
定托架(14)和活动托架(15)固定在两侧的立杆(12)上，活动托架(15)
通过电动推杆(17)驱动能够沿着水平方向伸缩。
2.按照权利要求1所述的一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪，其
特征在于：所述测距装置(2)包含LCD操作显示面板(3)、主控单片机(21)、
超声波激励及回波检测模块(22)、测温元件(23)、24V开关电源(24)、电
源隔离变换模块(25)、电源变换模块(26)和JTAG下载器模块(27)，主控
单片机(21)构成测控系统的控制核心，连接超声波激励及回波检测模块(22)、
测温元件(23)、JTAG下载器模块(27)以及测试机架(1)中的24V电动推
杆(17)，超声波激励及回波检测模块(22)与测试机架(1)中的超声传感
器(16)连接，24V开关电源(24)分别与电动推杆(17)和电源隔离变换
模块(25)连接，电源隔离变换模块(25)与3.3V电源变换模块(26)连接，
并为超声波检测模块(22)供电，3.3V电源变换模块(26)为msp430f149
单片机系统供电，所述测距装置(2)前面板安装有LCD操作显示面板(3)，
包含320×64点阵LCD显示屏(31)、操作按键组(32)以及工作状态指示
灯组(33)，为测试仪提供用户人机操控界面。
3.按照权利要求1，2所述的一种基于单片机的运动地板球体反弹系数测试仪，
其特征在于：所述超声波激励及回波检测模块(22)包含超声波发送电路和
超声波接收电路，超声波发送电路包含六反相缓冲器U1和超声发送换能器
U2，超声波接收电路包含超声接收换能器U3、NE5532高倍放大器U4，比...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹益民，顾海珍，张利民，何治斌，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32