专利名称：家庭健身的智能乒乓壁及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于家庭健身的智能乒乓壁及其操作方法，属于机械电子工程技术领域。
背景技术：
随着生活水平的提高，越来越多的人开始认识到健身的重要性，而且希望足小出户就能进行自己的健身计划。但是由于室内空间狭小，健身人数只有单个人等客观因素的限制，无法进行一些对抗性强的运动。乒乓球运动就是属于这种难以单个人运动品种，一般至少需要两个一起运动，而且要有足够的空间和乒乓桌，因而人大限制了其作为家用的健身运动。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的问题，提供一种家用健身智能乒乓球壁及其操作方法，使单个人也能进行乒乓球运动，从而使乒乓球运动成为家庭健身运动。
为了达到上述目的，本发明的构思是本发明提供的智能乒乓壁就是一种可以在室内相对狭小的空间内让单人进行体育锻炼的一种健身器材，它可以模仿人的动作，进行削球、反弹等多种动作，且具有占用室内空间少，通常可安装在餐桌一端或悬挂在墙壁上，实现了单人进行乒乓球健身运动，还具有自动计分和自动调节难度的功能，既是一台健身器，又是一台游戏机，使得人们在健身的同时不乏游戏性和趣味性，非常适于喜欢在室内健身的人群。本发明的乒乓壁制作成能模仿乒乓球手多种动作的乒乓壁，可以将打到乒乓壁上的球弹回到多个随机方向，并改变球本身的旋转方向，增加了击球的难度，同时根据接球的情况自动记录分数。可使用键盘输入难度值，或令系统根据打球者的成绩自动调节难度。这种体育器材设计成本低，灵活性好且占用室内空间非常少，特别适合室内健身，并且实现了单人运动，为乒乓球爱好者解决了一个人无法打乒乓球的问题。该乒乓壁运动变化多样，具有较为完善的计分和难度调整功能，兼具了健身性和趣味性，既是一种健身器材，又可当作一台游戏机，增加了健身者的兴趣。
根据上述的发明构思，本发明采下述技术方案一种家用健身智能乒乓壁，包括一块固定在桌端的板壁，其特征在于所述的板壁上分布着活动的挡球板和削球板，挡球板在其驱动机构的驱动下作摆动运动，前球板在其驱动机构的驱动下作平面移动或旋转运动。
上述的板壁上，所述的挡球板共有三块，为长方形形状，分别位于板壁的左下部、中上部和右上部；所述的削球板共有三块，其中一块为圆形形状，位于板壁的中下部，其余两块为长方形形状，分别位于板壁的左上部和右下部。
上述的挡球板及其驱动机构的结是一块挡球板的中部背面与一个固定铰链铰连，挡球板一端通过一根连杆与一个圆盘曲柄铰连，圆盘曲柄由一个电机驱动转动。
上述的削球板及其驱动机构的结是一块带有橡胶板面的长方形削球板，两端滑动插配在板壁的滑槽，削球板的中部通过两根连杆铰连一个圆盘柄，圆盘曲柄由一个电机驱动转动。
上述的削球板及其驱动机构的结构是一块带有橡胶板面的圆形削球板的背面圆心处与一个电机的输出轴固定连接。
上述的板壁上面安装一块操作与显示板，板壁的壁面左右两侧各安装一条计分检测光电模块；所述的操作与显示板上装有操作按键和显示数码管；计分检测光电模块中央处装有激光发射器，而整条计分检测光电模块沿上下方向均布光敏三极管；在桌的桌面两侧亦各安装一条计分检测光电模块。
上述的操作按键、显示数码管、计分检测光电模块和驱动挡球板和削球板的电机均连接到一个微处理器，微处理器通过一个通讯接口与上位机连接；操作按键给出练球难度信号输入微处理器；计分检测光电模块将测得乒乓球运动信号输入微处理器；微处理器根据输入的练球难度信号，经处理后输出控制信号去调整驱动挡球板和削球板的电机，而调整挡球板，经处理后输出计分信号控制显示数码管。
一种用于上述家用健身智能乒乓壁的操作方法，其特征在于具体步骤如下(1)打开电源；(2)系统初始化；(3)由微处理器构成的控制器按照初始参数开始转动；(4)挡球板和削球板在电机的带动下开始运动，数码管显示数值为0；(5)当乒乓球落入计分区域时，计分检测光电模块获得光信号，通过光敏三极管转换成电信号，作为微处理器的输入信号，微处理器进行处理，并向数码管输出信号，数码管开始显示计分；计分规则当使用者将乒乓球打到板壁计分检测区域内，并且乒乓球反弹到桌面上的计分检测区内，数码管显示数值加一；(6)当按下按键，产生一个信号，给微处理器一个中断信号，微处理器执行中断程序，使电机的转速发生变化；同时，使电机转向发生变化；从而使挡球板和削球板工作状况发生相应改变；(7)当得分超过预先设定值时，微处理器内部计数器溢出，执行中断程序，提高电机的转速；(8)当桌面上的计分检测光电模块和板壁上计分检测电模块反馈给微处理器的信号变化的时间差大于1秒时，数码管的数值不再增加，所显示的数值为使用者的最终分数，5秒后重新初始化系统，开始新的一局游戏；(9)停止使用时，关闭电源。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明采用固定在桌端的板壁上分布着活动的挡球板和削球板，能模仿乒乓球手多种击球运动，从而使单个人可以进行乒乓球运动，使乒乓球运动成为家庭健身活动。本发明中有可调带击球难度和自动计分系统，使其运动增加趣味性。本发明的乒乓壁成本低、室内占用空间小，适于室内健身用。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1示例的板壁正面视图。
图3是图1示例中的挡球板及其驱动机构的结构示意图。
图4是图1示例中的一种削球板及其驱动机构的结构示意图。
图5是图1示例中的另一种削球板及其运动机构的结构示意图。
图6是图1示例中的计分检测光电模块的结构示意图。
图7是图1示例中两块计分检测光电模块的光路图。
图8是图1示例的电路系统框图。
图9是主程序流程框图。
图10是中断子程序流程框图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实例结合附图详述如下参见图1和图2，本家用健身智能乒乓壁包括一块固定在桌3端的板壁2，其特征在于所述的板壁2上分布着活动的挡球板6和削球板8，挡球板6在其驱动机构的驱动下作摆动运动，前球板8在其驱动机构的驱动下作平面移动或旋转运动。
上述的板壁2上，所述的挡球板6共有三块，为长方形形状，分别位于板壁2的左下部、中上部和右上部；所述的削球板8共有三块，其中一块为圆形形状，位于板壁2的中下部，其余两块为长方形形状，分别位于板壁2的左上部和右下部。
参见图3，上述的挡球板6及其驱动机构的结是一块挡球板6的中部背面与一个固定铰链9铰连，挡球板6一端通过一根连杆12与一个圆盘曲柄10铰连，圆盘曲柄10由一个电机11驱动转动。
参见图4，上述两块长方形削球板8及其驱动机构的结是一块带有橡胶板面的长方形削球板8，两端滑动插配在板壁2的滑槽13、14，削球板8的中部通过两根连杆18、17铰连一个圆盘柄15，圆盘曲柄15由一个电机16驱动转动。
参见图5，上述的圆形削球板8及其驱动机构的结构是一块带有橡胶板面的圆形削球板8的背面圆心处与一个电机19的输出轴20固定连接。
参见图1、图2和图6，上述的板壁2上面安装一块操作与显示板1，板壁2的壁面左右两侧各安装一条计分检测光电模块7；所述的操作与显示板1上装有操作按键5和显示数码管4；计分检测光电模块7中央处装有激光发射器21，而整条计分检测光电模块7沿上下方向均布光敏三极管22；在桌3的桌面两侧亦各安装一条计分检测光电模块7。
在图7中示出上述的有分检测光电模块7的光路。
参见图9，本家用健身智能乒乓壁的系统电路结构是上述的操作按键5、显示数码管4、计分检测光电模块7和驱动挡球板和削球板的电机11、16、19均连接到一个微处理器23，微处理器23通过一个通讯接口24与上位机连接；操作按键5给出练球难度信号输入微处理器23；计分检测光电模块7将测得乒乓球运动信号输入微处理器23；微处理器23根据输入的练球难度信号，经处理后输出控制信号去调整驱动挡球板和削球板的电机11、16、19，而调整挡球板6，经处理后输出计分信号控制显示数码管4。
上述的微处理器23采用EASYARM2131型芯片，其引脚动配如下●计分检测模块使用2个GPIO引脚●OLED显示屏使用8个GPIO引脚●数码管使用5个GPIO引脚●4个按键使用4个GPIO引脚
●3个削球板电动机使用有PWM功能的3个引脚●3个挡球板电动机使用3个GPIO引脚●2个串口通讯引脚与PC机通讯系统原理(1)削球功能方案一由曲柄滑块机构演化而来的运动机构(图4)。
由圆盘15作为曲柄，滑块与削球板8相连。当导轨13、14横向放置时，削球板8的移动便能产生横向削球的效果。导轨13、14亦可竖直放置从而产生竖直削球的效果。经实验测得当削球板8的移动速度达到4m/s以上时，便能产生明显的削球效果。而由削球板8则具有足够的刚度使击球者能连续击球。
方案二转盘机构(图5)。
此机构为由电机19带动圆形削球板8。转盘机构结构更为简单，而且对于击球者来说，且球击中转盘后产生的削球效果是变化的，能随机地产生侧削和竖直削的效果。
(2)挡球功能四连杆机构(图3)。
此机构是曲柄摇杆机构的演化。圆盘10为曲柄，挡球板6充当着摇杆的角色。挡球板6上下两端的中间固定在框架上，一端与连杆12相连，当曲柄转动时，挡球板6便绕着中间轴做往复摆动，对来球产生推挡的效果。经设计，挡球板6的摆动角度为±10°，使得与槽之间的最大间隙为5mm，不会使乒乓球卡住，且易于设计制造。
(3)计分检测功能(图6)利用光敏三极管22对光的感应功能。光源发射端为两个线型光源激光发射器21，在桌面和乒乓壁上方分别构成一个平面光路(图7)，接收端是间距为10mm的光敏三极管组。光敏三极管组是由3个光敏三极管22并联组成的，直径也为10mm。(乒乓壁面的计分检测模块中有52组光敏三极管，桌面的计分检测光电模块7中有64组光敏三极管)每一组光敏三极管22有独立的信号输出。正常情况时输出为低电平，当乒乓球落在计分区域中时，被遮挡住光的光敏三极管22输出高电平。这些输出信号再经过逻辑门电路，作为处理器的输入信号。在实际制作中把这些光敏三极管组做在一块电路板上，并安装在一腔体中，有效的避免了外界光源的干扰。
(4)智能控制功能通过编写一定的程序，使系统根据打球者的得分情况，自动增加难度。例如可分别提高挡球板、削球板的转动速度和改变方向。
软件完成各部分硬件的控制和协调。程序流程见图9。
本家用健身智能乒乓壁的操作步骤如下1.打开电源2.系统初始化3.微处理器控制电机按照初始参数开始转动4.挡球板和削球板在电机的带动下开始运动，数码管显示数值为0。
5.当乒乓球落入计分区域时，计分检测模块获得光信号，通过光敏三极管转换成电信号，再通过比较器和门电路，作为微处理器的输入信号，根据编制的程序，微处理器进行处理，并向数码管输出信号，数码管开始显示计分。
计分规则当使用者将乒乓球打到乒乓球的计分检测区域内，并且乒乓球反弹到桌面上的计分检测区域内，数码管显示的数值加一，6.当按下按键，产生一个电信号，给处理器一个中断信号，处理器执行中断程序，使PWM的输出占空比发生变化，PWM占空比的改变可以使电机的转速发生变化。同时，中段程序可以控制H桥电路，使得电动机的转向发生改变。随着电机工作状况改变，通过机械传动，挡球板和削球板工作状况发生相应的改变。
7.当得分超过预先设定的数值时，处理器内部计数器溢出，执行中断程序，提高电机的转速。
8.当桌面上的计分检测模块和乒乓壁上计分检测模块反馈给处理器的信号变化的时间差大于1秒时，数码管的数值不再增加，所显示的数值为使用者的最终分数，5秒后重新初始化系统，开始新的一局游戏。
9.停止使用时，关闭电源。
权利要求
1.一种家用健身智能乒乓壁，包括一块固定在桌(3)端的板壁(2)，其特征在于所述的板壁(2)上分布着活动的挡球板(6)和削球板(8)，挡球板(6)在其驱动机构的驱动下作摆动运动，削球板(8)在其驱动机构的驱动下作平面移动或旋转运动。
2.根据权利要求1所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的板壁(2)上，所述的挡球板(6)共有三块，为长方形形状，分别位于板壁(2)的左下部、中上部和右上部；所述的削球板(8)共有三块，其中一块为圆形形状，位于板壁(2)的中下部，其余两块为长方形形状，分别位于板壁(2)的左上部和右下部。
3.根据权利要求1或2所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的挡球板(6)及其驱动机构的结是一块挡球板(6)的中部背面与一个固定铰链(9)铰连，挡球板(6)一端通过一根连杆(12)与一个圆盘曲柄(10)铰连，圆盘曲柄(10)由一个电机(11)驱动转动。
4.根据权利要求1或2所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的削球板(8)及其驱动机构的结是一块带有橡胶板面的长方形削球板(8)，两端滑动插配在板壁(2)的滑槽(13、14)，削球板(8)的中部通过两根连杆(18、17)铰连一个圆盘柄(15)，圆盘曲柄(15)由一个电机(16)驱动转动。
5.根据权利要求1或2所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的削球板(8)及其驱动机构的结构是一块带有橡胶板面的圆形削球板(8)的背面圆心处与一个电机(19)的输出轴(20)固定连接。
6.根据权利要求1所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的板壁(2)上面安装一块操作与显示板(1)，板壁(2)的壁面左右两侧各安装一条计分检测光电模块(7)；所述的操作与显示板(1)上装有操作按键(5)和显示数码管(4)；计分检测光电模块(7)中央处装有激光发射器(21)，而整条计分检测光电模块(7)沿上下方向均布光敏三极管(22)；在桌(3)的桌面两侧亦各安装一条计分检测光电模块(7)。
7.根据权利要求6所述的家用健身智能乒乓壁，其特征在于所述的操作按键(5)、显示数码管(4)、计分检测光电模块(7)和驱动挡球板和削球板的电机(11、16、19)均连接到一个微处理器(23)，微处理器(23)通过一个通讯接口(24)与上位机连接；操作按键(5)给出练球难度信号输入微处理器(23)；计分检测光电模块(7)将测得乒乓球运动信号输入微处理器(23)；微处理器(23)根据输入的练球难度信号，经处理后输出控制信号去调整驱动挡球板和削球板的电机(11、16、19)，而调整挡球板(6)，经处理后输出计分信号控制显示数码管(4)。
8.一种用于权利要求1所述的家用健身智能乒乓壁的操作方法，其特征在于具体步骤如下(1)打开电源；(2)系统初始化；(3)微处理器控制器按照初始参数开始转动；(4)挡球板和削球板在电机的带动下开始运动，数码管显示数值为0；(5)当乒乓球落入计分区域时，计分检测光电模块获得光信号，通过光敏三极管转换成电信号，作为微处理器的输入信号，微处理器进行处理，并向数码管输出信号，数码管开始显示计分；计分规则当使用者将乒乓球打到板壁计分检测区域内，并且乒乓球反弹到桌面上的计分检测区内，数码管显示数值加一；(6)当按下按键，产生一个信号，给微处理器一个中断信号，微处理器执行中断程序，使电机的转速发生变化；同时，使电机转向发生变化；从而使挡球板和削球板工作状况发生相应改变；(7)当得分超过预先设定值时，微处理器内部计数器溢出，执行中断程序，提高电机的转速；(8)当桌面上的计分检测光电模块和板壁上计分检测电模块反馈给微处理器的信号变化的时间差大于1秒时，数码管的数值不再增加，所显示的数值为使用者的最终分数，5秒后重新初始化系统，开始新的一局游戏；(9)停止使用时，关闭电源。
全文摘要
本发明涉及一种家用健身智能乒乓壁及其操作方法。本乒乓包括一块固定在桌端的板壁，该板壁上分布着活动的挡球板和削球板，挡球板在其驱动机构的驱动下作摆动运动，前球板在其驱动机构的驱动下作平面移动或旋转运动。还设有可调击球难度和自动计分系统。本发明的乒乓壁能模仿乒乓球手多种击球动作，从而使单个人可以进行乒乓球运动，其成本低，室内占用空间小，适于室内健身用。
文档编号A63B71/06GK101049536SQ200610116370
公开日2007年10月10日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者沈林勇, 李亚旻, 张炜, 龚佳伟, 杨辉 申请人:上海大学