基于单片机的多功能乒乓球颠球计数器的设计

汤宇

摘要：目前在乒乓球颠球趣味体育比赛中均采用的是人工计数方式，由于人的视觉和听觉分辨率有限，这样参赛者的成绩不仅受计数裁判人为因素影响较大，而且每一名参赛者都需要一名裁判来为之计数，还浪费了大量的人力资源。本文提出了利用压电传感器来检测颠球信号，并通过单片机处理后由数码管输出显示，计数测量快速准确，保证比赛的公平和公正，大大提高了工作效率。

关键词：压电传感器；单片机；颠球计数器

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0005-02

1 系统结构

如图1所示，该系统主要包括单片机最小系统、直流电源电路、振动传感器检测电路、数码管显示电路、工作通道指示电路、按键设置电路和声光报警电路。

2 控制电路的设计

2.1 颠球时振动信号的采集

颠球运动时乒乓球撞击球拍的振动信号很微弱，检测难道较大，经过多次测试和实验，本系统选用了压电陶瓷蜂鸣片作为振动传感器，将压电蜂鸣片检测到的振动信号转化为微弱电压信号，然后经过放大、比较电路处理后传输给单片机。

2.2 电路板的设计

如图2所示，该计数器的控制核心采用的是LQFP44封装形式的STC89C52RC单片机，是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。

（1）振动传感器检测电路设有两个，即两个通道，均由压电蜂鸣片、PJ-313直插式耳机插座、MM3Z5V1稳压管、LM393電压比较器和A1SHB场效应管等元件构成。

（2）数码管显示电路设有两个，一个是0.36英寸4位一体共阳数码管，另一个是0.36英寸4位一体带时钟共阳数码管，数码管的段选端与单片机的P0口相连，数码管的位选端由74HC573锁存器驱动与单片机的P1口相连。

（3）按键设置电路设有4个按键，分别是模式键、高2位键、低2位键、开始/暂停键，依次与单片机的P2.0口、P2.1口、P2.2口、P2.3口连接。

（4）声光报警电路设有两个，一个是LED灯光报警电路，另一个是有源蜂鸣器报警电路。LED和蜂鸣器均由S9012小功率三极管驱动，分别与单片机的 P2.4口、P2.5口连接。

3 控制程序的设计

如图3所示，根据计数器的控制要求，单片机上电首先执行数码管和中断的初始化程序，主程序包括有键盘扫描程序和数码管显示程序。如图4所示，中断程序包括有外部中断0、外部中断1和定时器T0的服务程序。通过“模式”按键选择双通道工作模式还是单通道工作模式，分别执行不同的分支程序。

4 系统运行及操作

首先将压电传感器紧贴并固定于乒乓球拍的背面胶皮上，以便稳定可靠地检测到乒乓球撞击球拍时的振动信号。接通直流5伏工作电源，4位数码管分别运行自检程序后显示“00”，计数器默认进入双通道工作模式。

（1）按下“开始/暂停”键，单片机同时检测来自两个通道输入的振动时产生的电脉冲信号，经过数据处理后分别显示当前两个通道的颠球个数。重新按下“开始/暂停”键，关闭两个通道的输入信号，暂停计数，再次按下“开始/暂停”键，重新开始连续计数。

（2）按下“模式”键，切换到单通道工作模式，通过“高2位”键和“低2位”键，在左4位数码管上设置每次颠球训练时预达到的目标个数。设置完预置计数值后，继续按下“模式”键，通过“高2位”键和“低2位”键，在右4位数码管上设置定时（倒计时）时间。

（3）继续按下“模式”键，确认设置数据完毕。此时按下“开始/暂停”键，单片机只检测来自通道一输入的振动时产生的电脉冲信号，并将计数值显示在左4位数码管上，倒计时的时钟显示在右4位数码管上。当目前的颠球个数超过预置的目标个数时，计数LED指示灯亮。当倒计时时间到（为零时），蜂鸣器报警输出，暂停通道一的计数。再次按下“模式”键，回到双通道工作模式。

5 结语

该计数器能够根据乒乓球颠球运动时的实际需要选择不同工作模式：一是双通道比赛模式，二是单通道测验模式。既可作为乒乓球颠球比赛时的专业计量工具，又可用于平时选手的科学训练。

参考文献

[1]王静霞.单片机应用技术：C语言版[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]刘建和.乒乓球教学与训练[M].人民体育出版社，2004.endprint