一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀和方法，屬于運動地 板質量檢測設備。
【背景技術】
[0002] 隨著中國競技體育與全民健身運動的迅猛發展，目前在全國各地，體育場館的建 設數量與日倶增，檔次也越來越高，而運動地板作為體育場館的一個最基本的功能單元，對 體育場館的建設起著至關重要的作用。目前，中國一些體育基礎設施與世界先進水準相比 還存在不小的差距，運動地板就是其中之一。運動地板在中國尚處于初級發展階段。其表現 在以下幾個主要方面：中國至今尚未制訂和頒布運動地板國家標準，這就意味著國內的運 動地板生產制造廠家在產品的設計開發、生產制造、質量控制和質量檢驗等重要方面均無 標準可依；即使暫時參照或借鑒運動地板的國際標準（如德國DIN18032標準），生產企業也 因缺少十分完善的檢測設備和手段，從而會直接影響到運動地板的生產、檢驗和質量控制。
[0003] 為了使運動員達到最佳競技狀態，促進體育成績的提高，運動地板要求具有運動、 保護及技術三大基本功能，其檢測標準主要包括:球體反彈、能量吸收、振動變形、滾動負 荷、摩擦系數、球體反彈等六項指標。上述測試指標中，球體反彈指標涉及到運球時的姿勢 和力度掌握，以圖滿足運動的快節奏需要。室內球類運動比賽規則要求:借助地面進行體育 比賽或訓練，如籃球等球類運動，要求球體在比賽場地地面上的反彈比較系數應大于或等 于90%。球體反彈以正確充氣的標準籃球在水泥地上回彈的高度為對比標準。即將籃球從 6.6英尺(2.012米）的高度落到運動地板或堅硬水泥地上，測試籃球的回彈高度比，并以百 分數表示，以反映回彈高度差。因此迫切需要一種運動地板球體反彈系數測試儀。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測 試儀和方法。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：
[0006] -種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀，其特征在于:包括球體反彈測 試機架、測距裝置，球體反彈測試機架包括測試基座，測試基座上安裝有豎向設置的立桿， 立桿豎直設置在基座兩側并且立桿下端固定在基座之上，橫桿水平設置并且兩端固定在立 桿上端，超聲傳感器固定在橫桿中間，固定托架和活動托架相對設置在超聲傳感器下方并 且固定托架和活動托架固定在兩側的立桿上，活動托架通過電動推桿驅動能夠沿著水平方 向伸縮。
[0007] 進一步地，所述測距裝置包含LCD操作顯示面板、主控單片機、超聲波激勵及回波 檢測模塊、測溫元件、24V開關電源、電源隔離變換模塊、電源變換模塊和JTAG下載器模塊， 主控單片機構成測控系統的控制核心，連接超聲波激勵及回波檢測模塊、測溫元件、JTAG下 載器模塊以及測試機架中的24V電動推桿，超聲波激勵及回波檢測模塊與測試機架中的超 聲傳感器連接，24V開關電源分別與電動推桿和電源隔離變換模塊連接，電源隔離變換模塊 與3.3V電源變換模塊連接，并為超聲波檢測模塊供電，3.3V電源變換模塊為msp430fl49單 片機系統供電，所述測距裝置前面板安裝有LCD操作顯示面板，包含320X64點陣LCD顯示 屏、操作按鍵組以及工作狀態指示燈組，為測試儀提供用戶人機操控界面。
[0008]進一步地，所述超聲波激勵及回波檢測模塊包含超聲波發送電路和超聲波接收電 路，超聲波發送電路包含六反相緩沖器U1和超聲發送換能器U2,超聲波接收電路包含超聲 接收換能器U3、NE5532高倍放大器U4,比較器U5的3腳與可調電阻R1連接，可用于調整超聲 波激勵及回波檢測模塊的工作靈敏度。
[0009] 進一步地，所述主控單片機采用msp430fl49芯片。
[0010]進一步地，所述電源隔離變換模塊包含A2405S DC-DC轉換模塊U9,用于將由開關 電源提供的24V直流電源隔離變換成+ 5V直流電源，從而提高系統的抗干擾能力，再經 AM1117 LD0電源變換模塊產生+3.3V直流電源，以便為主控單片機等元件提供工作電源。
[0011] 進一步地，包含以下測試步驟:電動推桿控制活動托架釋放被測標準籃球，該籃球 將自由落體到下方的運動地板試件或堅硬水泥地面上，隨即產生反彈;超聲波傳感器基于 回波測距原理監測被測球體的高度，所得數據經過固定回波抑制并通過Kalman濾波算法修 正距離測試結果;再經過溫度補償校正溫度影響計算確定最大反彈高度值;將在運動地板 上測得的最大高度值與堅硬水泥地面上測得的最大高度值對比計算即可求得球體反彈系 數。
[0012] 進一步地，所述固定回波抑制是指測試前首先不使用球體，控制超聲波模塊進行 10次預測試，并對其中至少7次以上的固定回波位置進行記錄，判定為這些屬于測試機架部 分的固定回波造成的干擾，以便在正式測試過程中予以消除。
[0013]進一步地，所述Kalman濾波過程為:對于作自由反彈運動的被須彳球體，根據運動方 程可確定其狀態空間模型，利用Kalman算法進行濾波處理，可大大減少測量誤差，并降低因 超聲波測距采用離散采樣對測量過程造成的影響。
[0014] 進一步地，所述溫度補償校正的方法為:依據超聲波速度與溫度的對應關系，通過 測試環境溫度，經過查表內插方法可對超聲波速度進行修正，以提高超聲波測距精度。
[0015] 本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果：
[0016] 1、本發明利用精心設計的小型測試機架，借助單片機控制啟動測試過程，并采集 測試過程中標準球體在被測地板與水泥地面反彈高度的變化，從而可實現對運動地板球體 反彈系數的測試；
[0017] 2、本發明通過固定回波抑制、溫度補償和Kalman濾波處理，從而保證了球體反彈 高度測量的準確性，進而保證了最終球體反彈系數測量的精度；
[0018] 3、本發明結構簡單，成本較低，為相關運動地板的生產、測試及使用企業提供了一 種方便有效的測試工具。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明的一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀的測試機架結構 示意圖。
[0020] 圖2為本發明的一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀的電路結構示意 圖。
[0021] 圖3為本發明的一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀的測試控制電路 示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發 明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。
[0023] 1)測試儀系統組成
[0024]如圖1、圖2所示，本發明的一種基于單片機的運動地板球體反彈系數測試儀，包括 球體反彈測試機架（1)、測距裝置(2)。所述的球體反彈測試機架（1)包括測試基座（11)，測 試基座（11)上安裝有豎向設置的立桿（12)，立桿（12)豎直設置在基座兩側并且立桿下端固 定在基座（11)之上，橫桿（13)水平設置并且兩端固定在立桿（12)上端，超聲傳感器（16)固 定在橫桿（13)中間，固定托架（14)和活動托架（15)相對設置在超聲傳感器（16)下方并且固 定托架（14)和活動托架（15)固定在兩側的立桿（12)上，活動托架（15)通過電動推桿（17)驅 動能夠沿著水平方向伸縮。
[0025]測距裝置(2)包含LCD操作顯示面板(3)、主控單片機(21)、超聲波激勵及回波檢測 模塊(22)、測溫元件(23)、24V開關電源(24)、電源隔離變換模塊(25)、電源變換模塊(26)和 JTAG下載器模塊(27)。主控單片機(21)構成測控系統的控制核心，連接超聲波激勵及回波 檢測模塊（22)、測溫元件（23)、JTAG下載器模塊（27)以及測試機架（1)中的24V電動推桿 (17 )，超聲波激勵及回波檢測模塊(22)與測試機架（1)中的超聲傳感器（16)連接，24V開關 電源（24)分別與電動推桿（17)和電源隔離變換模塊(25)連接，電源隔離變換模塊(25)與 3.3V電源變換模塊（26)連接，并為超聲波檢測模塊（22)供電，3.3V電源變換模塊（26)為 msp43〇n49單片機系統供電，所述測距裝置（2)前面板安裝有LCD操作顯示面板(3)，包含 320X64點陣LCD顯示屏（31)、操作按鍵組(