一种具有运动数据记录功能的智能网球拍

1.本实用新型涉及体育器械技术领域，更具体地说，涉及一种具有运动数据记录功能的智能网球拍。


背景技术：

2.体育器械又叫体育器材，是竞技体育比赛和健身锻炼所使用的各种器械、装备及用品的总称，体育器材与体育运动相互依存，相互促进，体育运动的普及和运动项目的多样化使体育器材的种类、规格等都得到发展。
3.而在网球运动中网球拍是必不可少的体育器材，大多数的网球新手在网球训练时需要持握网球的拍柄进行挥拍训练，用以加强人们的手部力量以及击打网球的稳定性，在进行科学训练时，需要对训练挥拍的次数进行控制，不同的阶段进行不同次数的挥拍练习，现有的网球拍不能在使用人员进行挥拍训练的过程中对使用人员的击球数据、击球方式以及运动轨迹进行记录，常常需要专业人员在旁边观察和指导，无法在单人训练的情况下对自身的挥拍动作进行记录和分析，为此，我们提供了一种具有运动数据记录功能的智能网球拍。


技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有运动数据记录功能的智能网球拍，可以实现在使用人员进行持拍击球的过程中，对使用人员的击球数据、击球方式以及运动轨迹进行监测并记录存储，有利于提高使用人员的击球水平和锻炼效果，且在壳体损坏时，能够对壳体进行快速安装和拆卸，不影响使用人员的正常锻炼，使用方便。
6.2.技术方案
7.为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
8.1.一种具有运动数据记录功能的智能网球拍，包括网球拍主体，所述网球拍主体的底部固定有拍柄，所述拍柄的底部开设有插接槽，所述拍柄的底部安装有壳体，所述壳体的顶部设有于插接槽向匹配的插接头，所述插接头上设有插接组件，所述壳体的内部底端开设有安装槽，所述安装槽内部安装有陀螺仪传感器，所述壳体的内部位于陀螺仪传感器的底部设有电源盒，所述电源盒内设有电源组件，所述壳体的底部开设有卡槽，所述卡槽内安装有端盖，所述端盖上开设有充电口和开关槽，所述开关槽内设有控制开关，所述网球拍主体的拍柄上和壳体上均绕接有绑带，其中；
9.所述插接组件包括按压块、连接杆、卡块，所述壳体的上下两侧靠近与其顶端处开设有活动槽，所述按压块滑动安装于活动槽内，所述按压块的底部与活动槽的内部底端通过拉伸弹簧固定连接，所述连接头的上下两侧开设有导向槽，所述卡块滑动安装于导向槽的内部，所述活动槽与导向槽的底部连通，且所述连接杆的两端分别与按压块和卡块的底
部固定连接。
10.进一步的，所述壳体为八边形，所述壳体与拍柄的形状相同，所述壳体的顶部为大倒角结构。
11.进一步的，所述电源组件包括pcb板、锂电池、单片机，所述pcb板安装于电源盒的内部底端，所述锂电池安装于电源盒的内部靠近与其一侧边缘处，所述单片机安装于pcb板的上方且异于锂电池的一侧。
12.进一步的，所述陀螺仪传感器与电源盒之间设有降压模块，所述陀螺仪传感器与锂电池和降压模块电性连接。
13.进一步的，所述pcb板上设有数据存储模块、蓝牙传输模块、stm32系列芯片。
14.进一步的，所述pcb板上还设有惯性测量单元。
15.进一步的，所述壳体的顶部与拍柄的底部内嵌有磁性相反的磁块，所述插接槽内部开设有与卡块相匹配的限位槽。
16.3.有益效果
17.相比于现有技术，本实用新型的有益效果如下：
18.(1)本方案在使用时，使用人员在持拍进行击球过程中，通过陀螺仪传感器、惯性测量单元以及stm32系列芯片的相互配合作用下，可以对使用人员击球的数据进行监测并记录存储，有利于使用人员在锻炼完成后根据自身的击球数据进行专项锻炼，提高使用人员的锻炼水平和效果。
19.(2)本方案在使用时，通过将壳体卡装与拍柄的底部，在使用人员进行击球的过程中，当壳体破碎损坏时，可通过将新的壳体安装于拍柄底部，且壳体便于安装和更换，不影响使用人员的正常锻炼，使用方便。
附图说明
20.图1为本实用新型的整体结构示意图；
21.图2为本实用新型的壳体剖面结构示意图；
22.图3为本实用新型的壳体安装平面示意图；
23.图4为本实用新型的端盖结构示意图；
24.图5为本实用新型的电源盒内部结构示意图；
25.图6为本实用新型的pcb板结构示意图；
26.图7为本实用新型的系统总体框架示意图；
27.图8为本实用新型的降压模块电路示意图；
28.图9为本实用新型的惯性测量单元主要电路示意图；
29.图10为本实用新型的控制设备流程图。
30.图中标号说明：
31.1、网球拍主体；2、拍柄；201、插接槽；202、限位槽；3、壳体；301、安装槽；302、卡槽；303、活动槽；4、插接头；5、陀螺仪传感器；6、电源盒；7、端盖；701、充电口；702、开关槽；8、控制开关；9、绑带；10、按压块；11、连接杆；12、卡块；13、拉伸弹簧；14、pcb板；1401、数据存储模块；1402、蓝牙传输模块；1403、stm32系列芯片；15、锂电池；16、stm单片机；17、降压模块；18、磁块。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.实施例：
34.请参阅图1-10，一种具有运动数据记录功能的智能网球拍，包括网球拍主体1，网球拍主体1的底部固定有拍柄2，拍柄2的底部开设有插接槽201，拍柄2的底部安装有壳体3，壳体3的顶部设有于插接槽201向匹配的插接头4，插接头4上设有插接组件，壳体3的内部底端开设有安装槽301，安装槽301内部安装有陀螺仪传感器5，壳体3的内部位于陀螺仪传感器5的底部设有电源盒6，电源盒6内设有电源组件，壳体3的底部开设有卡槽302，卡槽302内安装有端盖7，端盖7上开设有充电口701和开关槽702，开关槽702内设有控制开关8，网球拍主体1的拍柄2上和壳体3上均绕接有绑带9，其中；
35.插接组件包括按压块10、连接杆11、卡块12，壳体3的上下两侧靠近与其顶端处开设有活动槽303，按压块10滑动安装于活动槽303内，按压块10的底部与活动槽303的内部底端通过拉伸弹簧13固定连接，插接头4的上下两侧开设有导向槽401，卡块12滑动安装于导向槽401的内部，活动槽303与导向槽401的底部连通，且连接杆11的两端分别与按压块10和卡块12的底部固定连接。
36.本方案在使用时，可以实现在使用人员进行持拍击球的过程中，对使用人员的击球数据、击球方式以及运动轨迹进行监测并记录存储，有利于提高使用人员的击球水平和锻炼效果，且在壳体3损坏时，能够对壳体3进行快速安装和拆卸，不影响使用人员的正常锻炼，使用方便；
37.此外，本方案以单片机stm32可编程逻辑控制器为主控单元，设计并制作一套基于qt上位机的智能网球训练系统的app，该app通过蓝牙与球拍上的传感器相连接，采用“测量、发送、接受、分析”的混合方式，实现对一种或几种运动过程、速度测量、位置获取、类型分析，可以较为真实的展示实际使用者运动的全过程，便于使用人员通过app上查看自身锻炼的方式，有利于使用人员对自身的锻炼方式进行完善，提高击球水平和锻炼效果。
38.请参阅图1，壳体3为八边形，壳体3与拍柄2的形状相同，壳体3的顶部为大倒角结构。
39.本方案在使用时，使用人员将壳体3安装于拍柄2的底部手，通过壳体3与拍柄2的形状相同，可以保持壳体3与拍柄2之间的流畅性，且壳体3的顶部为大倒角结构，便于使用人员在握持壳体3时具有较高的舒适度，有利于使用人员进行使用。
40.请参阅图5，电源组件包括pcb板14、锂电池15、stm32单片机16，pcb板14安装于电源盒6的内部底端，锂电池15安装于电源盒6的内部靠近与其一侧边缘处，stm32单片机16安装于pcb板14的上方且异于锂电池15的一侧。
41.本方案在使用时，通过锂电池15对pcb板14进行供电，而pcb板14上设有通孔，使得电源层上需要刻蚀开口以留出空间给通孔通过，共用一段回路，公共阻抗将引发串扰，且在布线上，在相邻的信号线间插入一根地线，可以有效减小容性串扰，同时，电源线上和在信号线上都采取滤波来减小emi，其方法有三种：去耦电容、emi滤波器、磁性元件，并且通过增
加pcb板14的介电常数，可防止靠近板的传输线等高频部分向外辐射；增加pcb板14的厚度，尽量减小微带线的厚度，可以防止电磁线的外溢，同样可以防止辐射，使得pcb板14在使用过程中受到外界的干扰降到最低，大大的提高pcb板14的使用稳定性。
42.请参阅图2，陀螺仪传感器5与电源盒6之间设有降压模块17，陀螺仪传感器5与锂电池15和降压模块17电性连接。
43.本方案在使用时，通过电源内的锂电池15进行供电时，利用降压模块17将电源转换芯片提供的5v电压转换为3.3v，使整个系统采用3.3v供电，满足便携式射频和无线设计的性能和空间要求高的应用要求，且通过陀螺仪传感器5可以将使用人员在击球过程中对击球人员的击球操作和方式进行实时监测，并将监测的数据传输给stm32单片机16，通过stm32单片机16对数据进行处理和分析。
44.请参阅图6，pcb板14上设有数据存储模块1401、蓝牙传输模块1402、stm32系列芯片1403。
45.本方案在使用过程中，stm32系列芯片1403，低成本、低功耗，稳定性高，程序易于移植，并且stm32单片机16是一款性价比超高的系列stm32单片机16，功能强大；数据存储模块1401可以在使用人员在击球锻炼的过程中将惯性测量单元监测的数据进行记录存储，便于使用人员后期对数据进行查看，且通过蓝牙传输模块1402可以在蓝牙连接的方式下将数据存储模块1401内存储的数据信息传输到手机上，便于使用人员通过手机上的专用app对数据进行查看，有利于使用人员提高自身的锻炼水平和效果；
46.同时，本方案中蓝牙传输模块1402优先选用hc-05模块，该模块与stm32单片机16接口简单，指令简洁，焊接方便，功耗低，收发灵敏度高，且支持非常宽的波特率范围，方便进行连接，通过蓝牙实现网球传感器与手机端的连接，使得网球运动数据准确高效地实时传输到手机端。
47.请参阅图6，pcb板14上还设有惯性测量单元。
48.本方案在使用过程中，惯性测量单元优先选用jy61串口陀螺仪，其为六轴系列传感器，能够读取传感器的三轴加速度、三轴角速度等原始数据，解算出实时的三轴姿态角，且其加速度量程为
±
16g，分辨率为0.0005g，由于陀螺仪对加速度参数较为敏感，外加重力加速度作用，在实际网球运动的过程中难以保证陀螺仪不受到冲击和振动的影响，因此其对加速度敏感程度指标就非常重要，jy61的敏感度为0.01g；x、z轴角度量程为
±
180
°
，y轴角度量程为
±
90
°
，基本参数均能满足网球运动中球拍角度、速度、加速度的实时测量要求；惯性测量单元在使用过程中与stm32单片机16之间可采用串口通信和iic通信，便于将数据传输到stm32单片机16进行后续数据分析和处理。
49.请参阅图3，壳体3的顶部与拍柄2的底部内嵌有磁性相反的磁块18，插接槽201内部开设有与卡块12相匹配的限位槽202。
50.本方案在使用过程中，当使用人员将壳体3安装于拍柄2的底部时，通过壳体3与拍柄2底部的磁块相互吸引的作用下将壳体3吸附在拍柄2的底部，使得壳体3可以更加稳定的安装于拍柄2底部，避免在使用过程中壳体3从拍柄2的底部脱离。
51.本方案在使用时，使用人员需要先按压按压块10，使其在连接杆11的传动作用下带动卡块12向插接头4内部移动，以便于将插接头4安装于拍柄2上的插接槽201内，然后松开按压块10，拉伸弹簧13受到的外力消失后，在其自身的弹性作用下向上移动复原，带动按
压块10向上移动，同时，在连接杆11的传动作用下，带动卡块12向限位槽内部移动，使得卡块12与限位槽内壁抵接，将插接头4卡装于插接槽201的内部，然后使用人员利用绑带9将拍柄2和壳体3进行绑定，提高壳体3在拍柄2底部的稳定性，并按动控制开关8进行启动，在传感器系统通电之后，首先进行整个系统的初始化，主要包括系统时钟初始化、串口初始化、定时器初始化、陀螺仪配置初始化。将陀螺仪此时的角度设置为0
°
，随后使用人员双手握持拍柄2和壳体3进行击球锻炼，在击球锻炼的过程中，通过惯性测量单元基于陀螺仪传感器5的作用下，会获取到使用人员击球时球拍的三轴姿态角和加速度，利用stm32系列芯片1403的微处理对获取到的数据进行处理，并采用最小均方算法减少干扰数据和误差，识别出人们在击球时的不同动作和速度并将其进行记录，记录过程中由于陀螺仪自身容易受温度、摩擦等因素的影响，存在零点漂移的现象，陀螺仪的加速度数据在短时间内的可靠性较高，且在将原始数据返回到单片机后，会通过算法对原始数据进行修正，提高数据的准确度，在锻炼完成后，打开手机端打开app中的蓝牙开关，连接传感器装置对应的蓝牙传输模块1402，在未完成连接时，系统暂停工作，而在确认蓝牙连接成功以后，可通过蓝牙传输的方式将运动时记录的数据传输到手机app上，便于使用人员根据自身的运动数据进行相应的更改和提高，达到锻炼身体，保持身体健康的目的，若在使用过程中，当壳体3出现损坏时，使用人员可通过安装的方式将损坏的壳体3从拍柄2的底部取出，并更换新的壳体3即可进行使用，操作简单，使用方便。
52.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。