一种超声波游泳多参数显示器的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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,速度显不窗3、单次时间和距尚显不窗口 4、计次窗口 5、总时间显不窗口 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 本实用新型的工作原理是：
[0008] 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。
[0009] 超声波测距原理为：
[0010] 发射器发出的超声波以速度U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°C，水中声速大约增大4. 6米/秒。一般认为，在20°C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。
[0011] 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。
[0012] LM1812超声波测距电路的工作原理如下：
[0013] 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：
[0014] 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IA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）。
[0015] 其极限参数如表1所示：
[0016] 表 1
[0018] 其引脚图2所示。
[0019] 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。
[0020] 超声波测距仪的设计原理如下：
[0021] 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=(cXt)/ ;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INTO或INTl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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 本实用新型的有益效果是：
[0025] 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