网球击球点记录仪的制作方法
网球击球点记录仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种记录仪，尤其是涉及一种网球击球点记录仪。
【背景技术】
[0002] 在大家所熟知的网球比赛中，接球方通常处于被动位置，因此需要在好的接发球 战术基础上变被动为主动，从而赢得关键球的胜利。在实战中对于球的线路、落点、击球 点等方面均有很高的要求，所以一套通过判断网球落点以便判断网球击球点的仪器应运而 生，这就是鹰眼系统（正式名为即时回放系统）。
[0003]鹰眼系统的技术原理并不复杂，但定位精度较高，整个系统由8或10个分辨率极 高的高速摄像机、4台电脑和若干大屏幕组成。该系统的工作原理是：在电脑的辅助下把整 个比赛场地的立体空间分隔成多个以毫米为测量单位的区域，通过高速摄像机从不同角度 捕捉球场上网球飞行轨迹的基本数据，然后经过电脑计算，将分析得出的数据进行三维重 建，最后利用即时成像技术将网球的运动线路和落点显示在大屏幕上。
[0004] 但是鹰眼系统作为现阶段国内外判断网球击球点唯一的技术方式却具有较大的 局限性。鹰眼是一套模拟系统，它的制作技术目前在我国还没有一家公司能够掌握。国际 上仅有几家著名的字幕制作公司，如欧米茄等公司共同垄断了这项技术。技术垄断造成了 价格垄断。据悉，安装鹰眼的费用高达10万美元以上，而且每个球场每周的使用费用高达4 万美元，这还不包括用来显示慢动作的大屏幕的费用。如此高昂的使用维护费用使得普通 选手在日常的训练中通过技术手段精确地判断、记录网球的击球点变得十分困难，在战术 上的提高也受到了较大的限制。
[0005] 因此，研制一套可在战术分析上替代鹰眼系统并且安装、运行成本低廉的网球击 球点定位系统显得至关重要。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一款基于声音定位原理的网球击球点记录仪，能在训练过程 中记录双方运动员每次击球的击球点所在位置。
[0007]本发明所采用的技术方案是：
[0008] 本发明包括五个部分：电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片机处理部分 以及液晶显示部分。电源部分包括1个电源模块；信号采集部分包括4个电路完全相同的信 号采集模块1、信号采集模块2、信号采集模块3和信号采集模块4 ;信号处理部分包括4个 电路完全相同的信号处理模块1、信号处理模块2、信号处理模块3和信号处理模块4 ;单片 机处理部分包括1个单片机处理模块；液晶显示部分包括1个液晶显示模块。信号采集模 块的拾音传感器采集网球拍击球的声音，并将声音信号转化为电信号输入信号处理模块； 信号处理模块对声音转化出的电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的信号输入单 片机模块；信号经单片机处理后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模块可为信号 采集部分和单片机处理部分提供+3. 3V电源，为信号处理部分同时提供+3. 3V电源和-3. 3V 电源。
[0009] 所述电源模块包括第一接插口P1，第一整流桥D3、第二电容C2、第三电容C3、第四 电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8、第^-一电容C11、第十二电容C12、第十三 电容C13、第十四电容C14、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5、 第二电阻R2、第六电阻R6、第三电位器R3、第五电位器R5、第一稳压芯片W1、第二稳压芯片 W2 ;第一稳压芯片Wl的3管脚（输入脚）与第一整流桥D3的长脚（IN)、第三电容C3的一 端，第二电容C2的正极，第一二极管Dl的负极相连；第二电容C2的负极、第三电容C3的另 一端均接地；第一稳压芯片Wl的1管脚（ADJ)与第三电位器R3的其中一个固定端、调节端 相连，第三电位器R3的另一固定端接地；第一稳压芯片Wl的2管脚（OUT)与第一二极管 Dl的正极、第二电阻R2的一端、第二二极管D2的负极、第五电容C5的其中一端、第四电容 C4的正极相连；第二电阻R2的另一端与第三电位器R3的调节端、第二二极管D2的正极、 第六电容C6的正极相连；第四电容C4的负极、第五电容C5的另一端、第六电容C6的负极 均接地；第二稳压芯片W2的2管脚（IN)与整流桥的短脚（负极输出）、第十二电容C12的 一端、第^ 电容Cll的负极、第五二极管换D5的正极相连；第十二电容C12的另一端、第 i^一电容Cll的正极均接地；第二稳压芯片W2的1管脚（ADJ)与第五电位器R5的其中一 个固定端相连，同时W2的1管脚（ADJ)还与第五电位器R5的调节端相连；第五电位器R5 的另一固定端接地；第二稳压芯片W2的3管脚（OUT)与第五二极管D5的负极、第四二极管 D4的正极、第六电阻R6的一端、第十四电容C14的一端、第十三电容C12的负极相连；第六 电容R6的另一端与第五电位器R5的调节端相连；第四二极管D4的负极与第八电容C8的 负极相连；第八电容C8的正极、第十四电容C14的另一端、第十三电容C13的正极均接地； 第一稳压芯片Wl型号是LM317 ;第二稳压芯片W2型号是LM337。
[0010] 所述的信号采集模块包括第十九电容C19、第^^一电阻Rll、第一驻极体话筒MKl; 第一驻极体话筒MKl的正极分别与第^^一电阻Rl1和第十九电容C19相连，第^^一电阻Rl1 的另一端与+3. 3V电源相连，第十九电容C19与放大滤波的输入端第十三电阻R13相连，驻 极体话筒MKl的负极与地相连。
[0011] 所述的信号处理模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第二十电容C20、第 二i^一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第九电阻R9、第十电阻R10、第十二 电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电阻 R18、第十九电阻R19、第一滤波放大芯片Ul、第一比较芯片U2A部分；第一滤波放大芯片Ul 的二脚与第九电阻R9、第二十电容C20相连，第九电阻R9的另一端与滤波放大芯片Ul的 1脚、第十七电容C17相连，第二十电容C20的另一端与第十七电阻R17、第十三电阻R13、 第十七电容C17相连，第十三电阻R13与信号采集模块的输出端C19相连，第十七电阻R17 的另一端接地，第一滤波放大芯片Ul的3脚和5脚接地，第一滤波放大芯片Ul的1脚接第 十四电阻R14,第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十八电容C18、第二十一电容 C21相连，第十八电容C18与第十电阻R10、第一滤波放大芯片Ul的7脚相连，第二^^一电容 C21的另一端与第十电阻R10、滤波放大芯片的六脚相连，第十五电阻R15的另一端接地，滤 波放大芯片的输出端七脚与信号整形输入端第二十二电容C22相连，第二十二电容C22的 另一端与第一比较芯片U2A的三脚相连，第一比较芯片U2A的二脚与第十九电位器R19的 调节端相连，第十九电位器R19的两个固定端一个接地，另一个接+3. 3V，第一比较芯片U2A 的八脚接电源+3.3V、四脚接电源地，第一比较芯片U2A的输出端一脚与第十二电阻R12、 第二十三电容C23相连，第十二电阻R12的另一端接电源+3. 3V，第二十三电容C23与第三 接插口P3、第十八电位器R18的调节端相连，第十八电位器R18的两个固定端分别于电源 +3. 3V和电源地相连，第三接插口接单片机PAO管脚。
[0012] 所述的单片机处理模块包括：第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第十六电 阻R16、第一电阻R1、第七 电容C7、第九电容C9、第十电容C10、第十四电容C14、第十五电 容C15、第十六电容C16、第一晶振XI、第二晶振X2、第一按键K1、单片机芯片Ul;单片机芯 片Ul的6管脚接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的8管脚引出两个分支，一支与第七电容C7 的一端相连，第七电容C7的另一端接地，另一支与第一晶振Xl的一端相连，第一晶振Xl的 另一端引出两个分支，一支与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与单片机芯片 Ul的9管脚相连，另一支与第九电容C9的一端相连，第九电容C9的另一端接地；单片机芯 片Ul的23管脚引出两个分支，一支与第十电容ClO的一端相连，第十电容ClO的另一端接 地，另一支与第二晶振X2的一端相连，第二晶振X2的另一端引出两个分支，一支与第七电 阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端与单片机芯片Ul的24管脚相连，另一支与第十五 电容C15的一端相连，第十五电容C15的另一端接地；单片机芯片Ul的25管脚引出三个 分支，第一支与第十六电容C16的一端相连，第十六电容C16的另一端接地，第二支与第一 按键Kl的一端相连，第一按键Kl的另一端接地，第三支与第八电阻R8的一端相连，第八电 阻R8的另一端接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的48管脚与第十六电阻R16的一端相连，第 十六电阻R16的另一端接地；单片机芯片Ul的138管脚与第一电阻Rl的一端相连，第一电 阻Rl的另一端接地，单片机芯片Ul的电源地全都与稳压电源的地相接；所述的单片机芯片 Ul的型号为STM32F103ZET6。
[0013] 所述的液晶显示模块包括第四十四电阻R44、第四十九电阻R49、液晶Jl;液晶Jl 的1管脚接+3. 3V电源；液晶Jl的2管脚接地；液晶Jl的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14、15、16、17、18管脚依次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的141、142、1、2、3、4、5、58、 59、60、63、64、65、66、67、68管脚相连；液晶Jl的19管脚的一端与第四十四电阻R44的一 端相连，第四十四电阻R44的另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的20、21、22管脚依次与单片机 处理模块中单片机芯片Cl的82、85、86管脚相连；液晶Jl的23管脚与单片机处理模块中 单片机芯片Cl的25管脚相连；液晶Jl的24管脚悬空不接；液晶Jl的25、26、27管脚依 次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的42、44、43管脚相连；液晶Jl的28管脚悬空不接； 液晶Jl的29管脚与单片机处理模块中单片机芯片Cl的41管脚相连；液晶Jl的30管脚 悬空不接；液晶Jl的31管脚的一端与第四十九电阻R49的一端相连，第四十九电阻R49的 另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的32管脚悬空不接；所述的液晶Jl为TFT3. 2寸彩屏。
[0014] 本发明具有的有益效果是：实现了仪器的直观性、高精度、简易性、低成本。直观性 指的是能在液晶屏上直观地显示出击球的所在位置，可以直接反映出运动员的击球习惯； 高精度指的是本发明采用全方位声音定位方案以及时间差计算击球位置的算法，利用单片 机的定时器中断获得高精度的时间差，得到的击球位置数据精度较高；简易性指的是本发 明结构简单，便于安装；低成本指的是本发明相较鹰眼系统成本很低，对场地要求很小，适 用于小型训练。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明电路结构图；
[0016] 图2是电源模块的硬件电路图；
[0017]图3是信号采集模块的硬件电路图；
[0018] 图4是信号处理模块的硬件电路图；
[0019] 图5是单片机处理模块的硬件电路图；
[0020] 图6是液晶显示模块的硬件电路图。
[0021] 图7是单片机处理程序流程图
[0022] 图8是击球点位置计算示意图
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图对本发明作进一步描述。
[0024] 如图1所示，本发明包括五个部分：电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片 机处理部分以及液晶显示部分。电源部分包括1个电源模块；信号采集部分包括4个电路完 全相同的信号采集模块1、信号采集模块2、信号采集模块3和信号采集模块4 ;信号处理部 分包括4个电路完全相同的信号处理模块1、信号处理模块2、信号处理模块3和信号处理 模块4 ;单片机处理部分包括1个单片机处理模块；液晶显示部分包括1个液晶显示模块。 信号采集模块的拾音传感器采集网球拍击球的声音，并将声音信号转化为电信号输入信号 处理模块；信号处理模块对声音转化出的电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的 信号输入单片机模块；信号经单片机处理后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模 块可为信号采集部分和单片机处理部分提供+3. 3V电源，为信号处理部分同时提供+3. 3V 电源和-3. 3V电源。
[0025] 如图2所示，所述电源模块包括提供+3. 3V的第一电源模块和提供-3. 3V的第二 电源模块；所述电源模块包括第一接插口P1，第一整流桥D3、第二电容C2、第三电容C3、 第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8、第^^一电容C11、第十二电容C12、第 十三电容C13、第十四电容C14、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管 D5、第二电阻R2、第六电阻R6、第三电位器R3、第五电位器R5、第一稳压芯片W1、第二稳压芯 片W2 ;第一稳压芯片Wl的3管脚（输入脚）与第一整流桥D3的长脚（IN)、第三电容C3的 一端，第二电容C2的正极，第一二极管Dl的负极相连；第二电容C2的负极、第三电容C3的 另一端均接地；第一稳压芯片Wl的1管脚（ADJ)与第三电位器R3的其中一个固定端、调节 端相连，第三电位器R3的另一固定端接地；第一稳压芯片Wl的2管脚（OUT)与第一二极管 Dl的正极、第二电阻R2的一端、第二二极管D2的负极、第五电容C5的其中一端、第四电容 C4的正极相连；第二电阻R2的另一端与第三电位器R3的调节端、第二二极管D2的正极、 第六电容C6的正极相连；第四电容C4的负极、第五电容C5的另一端、第六电容C6的负极 均接地；第二稳压芯片W2的2管脚（IN)与整流桥的短脚（负极输出）、第十二电容C12的 一端、第^ 电容Cll的负极、第五二极管换D5的正极相连；第十二电容C12的另一端、第 i^一电容Cll的正极均接地；第二稳压芯片W2的1管脚（ADJ)与第五电位器R5的其中一 个固定端相连，同时W2的1管脚（ADJ)还与第五电位器R5的调节端相连；第五电位器R5 的另一固定端接地；第二稳压芯片W2的3管脚（OUT)与第五二极管D5的负极、第四二极管 D4的正极、第六电阻R6的一端、第十四电容C14的一端、第十三电容C12的负极相连；第六 电容R6的另一端与第五电位器R5的调节端相连；第四二极管D4的负极与第八电容C8的 负极相连；第八电容C8的正极、第十四电容C14的另一端、第十三电容C13的正极均接地； 第一稳压芯片Wl型号是LM317 ;第二稳压芯片W2型号是LM337。
[0026] 如图3所示，信号采集模块包括第十九电容C19、第十一电阻R11、第一驻极体话筒 MKl;第一驻极体话筒MKl的正极分别与第^^一电阻Rll和第十九电容C19相连，第^^一电 阻Rll的另一端与+3. 3V电源相连，第十九电容C19与放大滤波的输入端第十三电阻R1 3 相连，驻极体话筒MKl的负极与地相连。
[0027] 如图4所示，信号处理模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第二十电容C20、 第二i^一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第九电阻R9、第十电阻R10、第 十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电 阻R18、第十九电阻R19、第一滤波放大芯片Ul、第一比较芯片U2A部分；第一滤波放大芯片 Ul的二脚与第九电阻R9、第二十电容C20相连，第九电阻R9的另一端与滤波放大芯片Ul的 1脚、第十七电容C17相连，第二十电容C20的另一端与第十七电阻R17、第十三电阻R13、 第十七电容C17相连，第十三电阻R13与信号采集模块的输出端C19相连，第十七电阻R17 的另一端接地，第一滤波放大芯片Ul的3脚和5脚接地，第一滤波放大芯片Ul的1脚接第 十四电阻R14,第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十八电容C18、第二十一电容 C21相连，第十八电容C18与第十电阻R10、第一滤波放大芯片Ul的7脚相连，第二^^一电容 C21的另一端与第十电阻R10、滤波放大芯片的六脚相连，第十五电阻R15的另一端接地，滤 波放大芯片的输出端七脚与信号整形输入端第二十二电容C22相连，第二十二电容C22的 另一端与第一比较芯片U2A的三脚相连，第一比较芯片U2A的二脚与第十九电位器R19的 调节端相连，第十九电位器R19的两个固定端一个接地，另一个接+3. 3V，第一比较芯片U2A 的八脚接电源+3. 3V、四脚接电源地，第一比较芯片U2A的输出端一脚与第十二电阻R12、 第二十三电容C23相连，第十二电阻R12的另一端接电源+3. 3V，第二十三电容C23与第三 接插口P3、第十八电位器R18的调节端相连，第十八电位器R18的两个固定端分别于电源 +3. 3V和电源地相连，第三接插口接单片机PAO管脚。
[0028] 如图5所示，单片机处理模块包括单片机芯片Ul的23管脚引出两个分支，一支与 第十电容ClO的一端相连，第十电容ClO的另一端接地，另一支与第二晶振X2的一端相连， 第二晶振X2的另一端引出两个分支，一支与第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一 端与单片机芯片Ul的24管脚相连，另一支与第十五电容C15的一端相连，第十五电容C15 的另一端接地；单片机芯片Ul的25管脚引出三个分支，第一支与第十六电容C16的一端相 连，第十六电容C16的另一端接地，第二支与第一按键Kl的一端相连，第一按键Kl的另一 端接地，第三支与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端接+3. 3V电源；单片机芯 片Ul的48管脚与第十六电阻R16的一端相连，第十六电阻R16的另一端接地；单片机芯片 Ul的138管脚与第一电阻Rl的一端相连，第一电阻Rl的另一端接地，单片机芯片Ul的电 源地全都与稳压电源的地相接；所述的单片机芯片Ul的型号为STM32F103ZET6。
[0029] 如图6所示，液晶显示模块包括第四十四电阻R44、第四十九电阻R49、液晶Jl;液 晶Jl的1管脚接+3. 3V电源；液晶Jl的2管脚接地；液晶Jl的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、 13、14、15、16、17、18管脚依次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的141、142、1、2、3、4、5、 58、59、60、63、64、65、66、67、68管脚相连；液晶Jl的19管脚的一端与第四十四电阻R44的 一端相连，第四十四电阻R44的另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的20、21、22管脚依次与单片 机处理模块中单片机芯片Cl的82、85、86管脚相连；液晶Jl的23管脚与单片机处理模块 中单片机芯片Cl的25管脚相连；液晶Jl的24管脚悬空不接；液晶Jl的25、26、27管脚依 次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的42、44、43管脚相连；液晶Jl的28管脚悬空不接； 液晶Jl的29管脚与单片机处理模块中单片机芯片Cl的41管脚相连；液晶Jl的30管脚 悬空不接；液晶Jl的31管脚的一端与第四十九电阻R49的一端相连，第四十九电阻R49的 另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的32管脚悬空不接；所述的液晶Jl为TFT3. 2寸彩屏；
[0030] 如图7所示，程序先对单片机进行管脚初始化、外部中断初始化、系统时钟初始 化、定时器初始化、液晶初始化，判断是否接收到上升沿信号，当接收到上升沿信号时，判断 信号的序列，当信号为第一个上升沿时，启动定时器开始计时，当信号为第二个上升沿时， 读取并记录定时器值Hl1，当信号为第三个上升沿时，读取并记录定时器值Hl2，当信号为第四 个上升沿时，读取并记录定时器值％;判断是否接收完四个信号，若接收完，则对定时器值 m2、m3进行换算，将mi与定时器定时周期T相乘、1112与m亦差值绝对值与定时器定时周 期T相乘、!113与mi的差值绝对值与定时器定时周期T相乘得到击球点声音传播至第二个、 第三个、第四个信号采集点时间参量tpt2、t3;然后对时间参量tpt2、t3进行换算，将时间 参量t2、13分别与声音在空气重传播速度Vtl相乘得到击球点与第二个、第三个、第四个 信号采集点的距离参量U、L2、L3;然后将距离参量Li、L2、L3代入模型函数运算，得到坐标值 (X，Y);最后，对坐标值（X，Y)进行记录，并显示在液晶屏上；
[0031] 如图8所示，单片机首先通过设置的相应中断口的序号判断出第一个接收到击球 声音的信号采集点的序号，假设为1号先收到，开始计时，得到时间参量h、t2、t3;V(l为声 速，那么L1=v山，L2=vQt2,L3=vQt3。已知标准网球场为10. 97mX23. 77m，因此边1-2长 为m= 10. 97m，边2-3长为n= 23. 77m。则该击球点的坐标计算公式如下：
【主权项】
1.网球击球点记录仪，包括电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片机处理部分 以及液晶显示部分，其特征在于： 电源部分包括一个电源模块；信号采集部分包括四个电路完全相同的信号采集模块； 信号处理部分包括四个电路完全相同的信号处理模块；单片机处理部分包括一个单片机处 理模块；液晶显示部分包括一个液晶显示模块；信号采集模块的拾音传感器采集网球拍击 球的声音，并将声音信号转化为电信号输入信号处理模块；信号处理模块对声音转化出的 电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的信号输入单片机模块；信号经单片机处理 后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模块可为信号采集部分和单片机处理部分提 供+3. 3V电源，为信号处理部分同时提供+3. 3V电源和-3. 3V电源；所述信号采集模块设置 在球场的四周，实时对击球点声音进行采集，依据声差时间确定击球点与各自的位置，从而 确定击球点在整个球场中的位置； 所述电源模块包括第一接插口P1，第一整流桥D3、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8、第^-一电容C11、第十二电容C12、第十三电容 C13、第十四电容C14、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5、第二 电阻R2、第六电阻R6、第三电位器R3、第五电位器R5、第一稳压芯片W1、第二稳压芯片W2 ; 第一稳压芯片Wl的3管脚与第一整流桥D3的长脚、第三电容C3的一端，第二电容C2的正 极，第一二极管Dl的负极相连；第二电容C2的负极、第三电容C3的另一端均接地... ；第一稳 压芯片Wl的1管脚与第三电位器R3的其中一个固定端、调节端相连，第三电位器R3的另 一固定端接地；第一稳压芯片Wl的2管脚与第一二极管Dl的正极、第二电阻R2的一端、第 二二极管D2的负极、第五电容C5的其中一端、第四电容C4的正极相连；第二电阻R2的另 一端与第三电位器R3的调节端、第二二极管D2的正极、第六电容C6的正极相连；第四电容 C4的负极、第五电容C5的另一端、第六电容C6的负极均接地；第二稳压芯片W2的2管脚 与整流桥的短脚、第十二电容C12的一端、第^^一电容Cll的负极、第五二极管换D5的正极 相连；第十二电容C12的另一端、第^^一电容Cll的正极均接地；第二稳压芯片W2的1管 脚与第五电位器R5的其中一个固定端相连，同时W2的1管脚还与第五电位器R5的调节端 相连；第五电位器R5的另一固定端接地；第二稳压芯片W2的3管脚与第五二极管D5的负 极、第四二极管D4的正极、第六电阻R6的一端、第十四电容C14的一端、第十三电容C12的 负极相连；第六电容R6的另一端与第五电位器R5的调节端相连；第四二极管D4的负极与 第八电容C8的负极相连；第八电容C8的正极、第十四电容C14的另一端、第十三电容C13 的正极均接地；第一稳压芯片Wl型号是LM317 ;第二稳压芯片W2型号是LM337 ; 所述的信号采集模块包括第十九电容C19、第十一电阻R11、第一驻极体话筒MKl;第一 驻极体话筒MKl的正极分别与第^^一电阻Rll和第十九电容C19相连，第^^一电阻Rll的 另一端与+3. 3V电源相连，第十九电容C19与放大滤波的输入端第十三电阻R13相连，驻极 体话筒MKl的负极与地相连； 所述的信号处理模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第二十电容C20、第二^^一 电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第九电阻R9、第十电阻R10、第十二电阻 R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第 十九电阻R19、第一滤波放大芯片Ul、第一比较芯片U2A部分；第一滤波放大芯片Ul的二脚 与第九电阻R9、第二十电容C20相连，第九电阻R9的另一端与滤波放大芯片Ul的1脚、第 十七电容C17相连，第二十电容C20的另一端与第十七电阻R17、第十三电阻R13、第十七电 容C17相连，第十三电阻R13与信号采集模块的输出端C19相连，第十七电阻R17的另一端 接地，第一滤波放大芯片Ul的3脚和5脚接地，第一滤波放大芯片Ul的1脚接第十四电阻 R14,第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十八电容C18、第二^^一电容C21相连， 第十八电容C18与第十电阻R10、第一滤波放大芯片Ul的7脚相连，第二^^一电容C21的另 一端与第十电阻R10、滤波放大芯片的六脚相连，第十五电阻R15的另一端接地，滤波放大 芯片的输出端七脚与信号整形输入端第二十二电容C22相连，第二十二电容C22的另一端 与第一比较芯片U2A的三脚相连，第一比较芯片U2A的二脚与第十九电位器R19的调节端 相连，第十九电位器R19的两个固定端一个接地，另一个接+3. 3V，第一比较芯片U2A的八脚 接电源+3. 3V、四脚接电源地，第一比较芯片U2A的输出端一脚与第十二电阻R12、第二十三 电容C23相连，第十二电阻R12的另一端接电源+3. 3V，第二十三电容C23与第三接插口P3、 第十八电位器R18的调节端相连，第十八电位器R18的两个固定端分别于电源+3. 3V和电 源地相连，第三接插口接单片机PAO管脚； 所述的单片机处理模块包括第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第十六电阻R16、 第一电阻R1、第七电容C7、第九电容C9、第十电容C10、第十四电容C14、第十五电容C15、第 十六电容C16、第一晶振XI、第二晶振X2、第一按键K1、单片机芯片Ul;单片机芯片Ul的6 管脚接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的8管脚引出两个分支，一支与第七电容C7的一端相连， 第七电容C7的另一端接地，另一支与第一晶振Xl的一端相连，第一晶振Xl的另一端引出 两个分支，一支与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与单片机芯片Ul的9管 脚相连，另一支与第九电容C9的一端相连，第九电容C9的另一端接地；单片机芯片Ul的23 管脚引出两个分支，一支与第十电容ClO的一端相连，第十电容ClO的另一端接地，另一支 与第二晶振X2的一端相连，第二晶振X2的另一端引出两个分支，一支与第七电阻R7的一 端相连，第七电阻R7的另一端与单片机芯片Ul的24管脚相连，另一支与第十五电容C15的 一端相连，第十五电容C15的另一端接地；单片机芯片Ul的25管脚引出三个分支，第一支 与第十六电容C16的一端相连，第十六电容C16的另一端接地，第二支与第一按键Kl的一 端相连，第一按键Kl的另一端接地，第三支与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一 端接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的48管脚与第十六电阻R16的一端相连，第十六电阻R16 的另一端接地；单片机芯片Ul的138管脚与第一电阻Rl的一端相连，第一电阻Rl的另一 端接地，单片机芯片Ul的电源地全都与稳压电源的地相接；所述的单片机芯片Ul的型号为 STM32F103ZET6 ； 所述的液晶显示模块包括第四十四电阻R44、第四十九电阻R49、液晶Jl;液晶Jl的1 管脚接+3. 3V电源；液晶Jl的2管脚接地；液晶Jl的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、 16、17、18管脚依次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的141、142、1、2、3、4、5、58、59、60、 63、64、65、66、67、68管脚相连；液晶Jl的19管脚的一端与第四十四电阻R44的一端相连， 第四十四电阻R44的另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的20、21、22管脚依次与单片机处理模 块中单片机芯片Cl的82、85、86管脚相连；液晶Jl的23管脚与单片机处理模块中单片机 芯片Cl的25管脚相连；液晶Jl的24管脚悬空不接；液晶Jl的25、26、27管脚依次与单 片机处理模块中单片机芯片Cl的42、44、43管脚相连；液晶Jl的28管脚悬空不接；液晶 Jl的29管脚与单片机处理模块中单片机芯片Cl的41管脚相连；液晶Jl的30管脚悬空
【专利摘要】本发明公开了一种网球击球点记录仪。本发明包括电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片机处理部分以及液晶显示部分。电源部分、单片机处理部分和液晶显示部分均包括1个模块；信号采集部分包括4个电路完全相同的信号采集模块；信号处理部分包括4个电路完全相同的信号处理模块。信号采集模块的拾音传感器采集网球拍击球声，并将声音信号转化为电信号输入信号处理模块；信号处理模块对声音转化出的电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的信号输入单片机模块；信号经单片机处理后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模块为信号采集部分、信号处理部分和单片机处理部分供电。本发明具有高精度、高稳定性、低成本和易于安装等优点。
【IPC分类】A63B69/38, A63B71/06
【公开号】CN104888442
【申请号】CN201510316499
【发明人】陈爱军, 王众星, 杨赞杰, 王锐, 李晶, 姜鸿鹏, 敬正尧
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月10日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种记录仪，尤其是涉及一种网球击球点记录仪。
【背景技术】
[0002] 在大家所熟知的网球比赛中，接球方通常处于被动位置，因此需要在好的接发球 战术基础上变被动为主动，从而赢得关键球的胜利。在实战中对于球的线路、落点、击球 点等方面均有很高的要求，所以一套通过判断网球落点以便判断网球击球点的仪器应运而 生，这就是鹰眼系统（正式名为即时回放系统）。
[0003]鹰眼系统的技术原理并不复杂，但定位精度较高，整个系统由8或10个分辨率极 高的高速摄像机、4台电脑和若干大屏幕组成。该系统的工作原理是：在电脑的辅助下把整 个比赛场地的立体空间分隔成多个以毫米为测量单位的区域，通过高速摄像机从不同角度 捕捉球场上网球飞行轨迹的基本数据，然后经过电脑计算，将分析得出的数据进行三维重 建，最后利用即时成像技术将网球的运动线路和落点显示在大屏幕上。
[0004] 但是鹰眼系统作为现阶段国内外判断网球击球点唯一的技术方式却具有较大的 局限性。鹰眼是一套模拟系统，它的制作技术目前在我国还没有一家公司能够掌握。国际 上仅有几家著名的字幕制作公司，如欧米茄等公司共同垄断了这项技术。技术垄断造成了 价格垄断。据悉，安装鹰眼的费用高达10万美元以上，而且每个球场每周的使用费用高达4 万美元，这还不包括用来显示慢动作的大屏幕的费用。如此高昂的使用维护费用使得普通 选手在日常的训练中通过技术手段精确地判断、记录网球的击球点变得十分困难，在战术 上的提高也受到了较大的限制。
[0005] 因此，研制一套可在战术分析上替代鹰眼系统并且安装、运行成本低廉的网球击 球点定位系统显得至关重要。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一款基于声音定位原理的网球击球点记录仪，能在训练过程 中记录双方运动员每次击球的击球点所在位置。
[0007]本发明所采用的技术方案是：
[0008] 本发明包括五个部分：电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片机处理部分 以及液晶显示部分。电源部分包括1个电源模块；信号采集部分包括4个电路完全相同的信 号采集模块1、信号采集模块2、信号采集模块3和信号采集模块4 ;信号处理部分包括4个 电路完全相同的信号处理模块1、信号处理模块2、信号处理模块3和信号处理模块4 ;单片 机处理部分包括1个单片机处理模块；液晶显示部分包括1个液晶显示模块。信号采集模 块的拾音传感器采集网球拍击球的声音，并将声音信号转化为电信号输入信号处理模块； 信号处理模块对声音转化出的电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的信号输入单 片机模块；信号经单片机处理后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模块可为信号 采集部分和单片机处理部分提供+3. 3V电源，为信号处理部分同时提供+3. 3V电源和-3. 3V 电源。
[0009] 所述电源模块包括第一接插口P1，第一整流桥D3、第二电容C2、第三电容C3、第四 电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8、第^-一电容C11、第十二电容C12、第十三 电容C13、第十四电容C14、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5、 第二电阻R2、第六电阻R6、第三电位器R3、第五电位器R5、第一稳压芯片W1、第二稳压芯片 W2 ;第一稳压芯片Wl的3管脚（输入脚）与第一整流桥D3的长脚（IN)、第三电容C3的一 端，第二电容C2的正极，第一二极管Dl的负极相连；第二电容C2的负极、第三电容C3的另 一端均接地；第一稳压芯片Wl的1管脚（ADJ)与第三电位器R3的其中一个固定端、调节端 相连，第三电位器R3的另一固定端接地；第一稳压芯片Wl的2管脚（OUT)与第一二极管 Dl的正极、第二电阻R2的一端、第二二极管D2的负极、第五电容C5的其中一端、第四电容 C4的正极相连；第二电阻R2的另一端与第三电位器R3的调节端、第二二极管D2的正极、 第六电容C6的正极相连；第四电容C4的负极、第五电容C5的另一端、第六电容C6的负极 均接地；第二稳压芯片W2的2管脚（IN)与整流桥的短脚（负极输出）、第十二电容C12的 一端、第^ 电容Cll的负极、第五二极管换D5的正极相连；第十二电容C12的另一端、第 i^一电容Cll的正极均接地；第二稳压芯片W2的1管脚（ADJ)与第五电位器R5的其中一 个固定端相连，同时W2的1管脚（ADJ)还与第五电位器R5的调节端相连；第五电位器R5 的另一固定端接地；第二稳压芯片W2的3管脚（OUT)与第五二极管D5的负极、第四二极管 D4的正极、第六电阻R6的一端、第十四电容C14的一端、第十三电容C12的负极相连；第六 电容R6的另一端与第五电位器R5的调节端相连；第四二极管D4的负极与第八电容C8的 负极相连；第八电容C8的正极、第十四电容C14的另一端、第十三电容C13的正极均接地； 第一稳压芯片Wl型号是LM317 ;第二稳压芯片W2型号是LM337。
[0010] 所述的信号采集模块包括第十九电容C19、第^^一电阻Rll、第一驻极体话筒MKl; 第一驻极体话筒MKl的正极分别与第^^一电阻Rl1和第十九电容C19相连，第^^一电阻Rl1 的另一端与+3. 3V电源相连，第十九电容C19与放大滤波的输入端第十三电阻R13相连，驻 极体话筒MKl的负极与地相连。
[0011] 所述的信号处理模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第二十电容C20、第 二i^一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第九电阻R9、第十电阻R10、第十二 电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电阻 R18、第十九电阻R19、第一滤波放大芯片Ul、第一比较芯片U2A部分；第一滤波放大芯片Ul 的二脚与第九电阻R9、第二十电容C20相连，第九电阻R9的另一端与滤波放大芯片Ul的 1脚、第十七电容C17相连，第二十电容C20的另一端与第十七电阻R17、第十三电阻R13、 第十七电容C17相连，第十三电阻R13与信号采集模块的输出端C19相连，第十七电阻R17 的另一端接地，第一滤波放大芯片Ul的3脚和5脚接地，第一滤波放大芯片Ul的1脚接第 十四电阻R14,第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十八电容C18、第二十一电容 C21相连，第十八电容C18与第十电阻R10、第一滤波放大芯片Ul的7脚相连，第二^^一电容 C21的另一端与第十电阻R10、滤波放大芯片的六脚相连，第十五电阻R15的另一端接地，滤 波放大芯片的输出端七脚与信号整形输入端第二十二电容C22相连，第二十二电容C22的 另一端与第一比较芯片U2A的三脚相连，第一比较芯片U2A的二脚与第十九电位器R19的 调节端相连，第十九电位器R19的两个固定端一个接地，另一个接+3. 3V，第一比较芯片U2A 的八脚接电源+3.3V、四脚接电源地，第一比较芯片U2A的输出端一脚与第十二电阻R12、 第二十三电容C23相连，第十二电阻R12的另一端接电源+3. 3V，第二十三电容C23与第三 接插口P3、第十八电位器R18的调节端相连，第十八电位器R18的两个固定端分别于电源 +3. 3V和电源地相连，第三接插口接单片机PAO管脚。
[0012] 所述的单片机处理模块包括：第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第十六电 阻R16、第一电阻R1、第七 电容C7、第九电容C9、第十电容C10、第十四电容C14、第十五电 容C15、第十六电容C16、第一晶振XI、第二晶振X2、第一按键K1、单片机芯片Ul;单片机芯 片Ul的6管脚接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的8管脚引出两个分支，一支与第七电容C7 的一端相连，第七电容C7的另一端接地，另一支与第一晶振Xl的一端相连，第一晶振Xl的 另一端引出两个分支，一支与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与单片机芯片 Ul的9管脚相连，另一支与第九电容C9的一端相连，第九电容C9的另一端接地；单片机芯 片Ul的23管脚引出两个分支，一支与第十电容ClO的一端相连，第十电容ClO的另一端接 地，另一支与第二晶振X2的一端相连，第二晶振X2的另一端引出两个分支，一支与第七电 阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端与单片机芯片Ul的24管脚相连，另一支与第十五 电容C15的一端相连，第十五电容C15的另一端接地；单片机芯片Ul的25管脚引出三个 分支，第一支与第十六电容C16的一端相连，第十六电容C16的另一端接地，第二支与第一 按键Kl的一端相连，第一按键Kl的另一端接地，第三支与第八电阻R8的一端相连，第八电 阻R8的另一端接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的48管脚与第十六电阻R16的一端相连，第 十六电阻R16的另一端接地；单片机芯片Ul的138管脚与第一电阻Rl的一端相连，第一电 阻Rl的另一端接地，单片机芯片Ul的电源地全都与稳压电源的地相接；所述的单片机芯片 Ul的型号为STM32F103ZET6。
[0013] 所述的液晶显示模块包括第四十四电阻R44、第四十九电阻R49、液晶Jl;液晶Jl 的1管脚接+3. 3V电源；液晶Jl的2管脚接地；液晶Jl的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14、15、16、17、18管脚依次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的141、142、1、2、3、4、5、58、 59、60、63、64、65、66、67、68管脚相连；液晶Jl的19管脚的一端与第四十四电阻R44的一 端相连，第四十四电阻R44的另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的20、21、22管脚依次与单片机 处理模块中单片机芯片Cl的82、85、86管脚相连；液晶Jl的23管脚与单片机处理模块中 单片机芯片Cl的25管脚相连；液晶Jl的24管脚悬空不接；液晶Jl的25、26、27管脚依 次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的42、44、43管脚相连；液晶Jl的28管脚悬空不接； 液晶Jl的29管脚与单片机处理模块中单片机芯片Cl的41管脚相连；液晶Jl的30管脚 悬空不接；液晶Jl的31管脚的一端与第四十九电阻R49的一端相连，第四十九电阻R49的 另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的32管脚悬空不接；所述的液晶Jl为TFT3. 2寸彩屏。
[0014] 本发明具有的有益效果是：实现了仪器的直观性、高精度、简易性、低成本。直观性 指的是能在液晶屏上直观地显示出击球的所在位置，可以直接反映出运动员的击球习惯； 高精度指的是本发明采用全方位声音定位方案以及时间差计算击球位置的算法，利用单片 机的定时器中断获得高精度的时间差，得到的击球位置数据精度较高；简易性指的是本发 明结构简单，便于安装；低成本指的是本发明相较鹰眼系统成本很低，对场地要求很小，适 用于小型训练。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明电路结构图；
[0016] 图2是电源模块的硬件电路图；
[0017]图3是信号采集模块的硬件电路图；
[0018] 图4是信号处理模块的硬件电路图；
[0019] 图5是单片机处理模块的硬件电路图；
[0020] 图6是液晶显示模块的硬件电路图。
[0021] 图7是单片机处理程序流程图
[0022] 图8是击球点位置计算示意图
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图对本发明作进一步描述。
[0024] 如图1所示，本发明包括五个部分：电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片 机处理部分以及液晶显示部分。电源部分包括1个电源模块；信号采集部分包括4个电路完 全相同的信号采集模块1、信号采集模块2、信号采集模块3和信号采集模块4 ;信号处理部 分包括4个电路完全相同的信号处理模块1、信号处理模块2、信号处理模块3和信号处理 模块4 ;单片机处理部分包括1个单片机处理模块；液晶显示部分包括1个液晶显示模块。 信号采集模块的拾音传感器采集网球拍击球的声音，并将声音信号转化为电信号输入信号 处理模块；信号处理模块对声音转化出的电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的 信号输入单片机模块；信号经单片机处理后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模 块可为信号采集部分和单片机处理部分提供+3. 3V电源，为信号处理部分同时提供+3. 3V 电源和-3. 3V电源。
[0025] 如图2所示，所述电源模块包括提供+3. 3V的第一电源模块和提供-3. 3V的第二 电源模块；所述电源模块包括第一接插口P1，第一整流桥D3、第二电容C2、第三电容C3、 第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8、第^^一电容C11、第十二电容C12、第 十三电容C13、第十四电容C14、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管 D5、第二电阻R2、第六电阻R6、第三电位器R3、第五电位器R5、第一稳压芯片W1、第二稳压芯 片W2 ;第一稳压芯片Wl的3管脚（输入脚）与第一整流桥D3的长脚（IN)、第三电容C3的 一端，第二电容C2的正极，第一二极管Dl的负极相连；第二电容C2的负极、第三电容C3的 另一端均接地；第一稳压芯片Wl的1管脚（ADJ)与第三电位器R3的其中一个固定端、调节 端相连，第三电位器R3的另一固定端接地；第一稳压芯片Wl的2管脚（OUT)与第一二极管 Dl的正极、第二电阻R2的一端、第二二极管D2的负极、第五电容C5的其中一端、第四电容 C4的正极相连；第二电阻R2的另一端与第三电位器R3的调节端、第二二极管D2的正极、 第六电容C6的正极相连；第四电容C4的负极、第五电容C5的另一端、第六电容C6的负极 均接地；第二稳压芯片W2的2管脚（IN)与整流桥的短脚（负极输出）、第十二电容C12的 一端、第^ 电容Cll的负极、第五二极管换D5的正极相连；第十二电容C12的另一端、第 i^一电容Cll的正极均接地；第二稳压芯片W2的1管脚（ADJ)与第五电位器R5的其中一 个固定端相连，同时W2的1管脚（ADJ)还与第五电位器R5的调节端相连；第五电位器R5 的另一固定端接地；第二稳压芯片W2的3管脚（OUT)与第五二极管D5的负极、第四二极管 D4的正极、第六电阻R6的一端、第十四电容C14的一端、第十三电容C12的负极相连；第六 电容R6的另一端与第五电位器R5的调节端相连；第四二极管D4的负极与第八电容C8的 负极相连；第八电容C8的正极、第十四电容C14的另一端、第十三电容C13的正极均接地； 第一稳压芯片Wl型号是LM317 ;第二稳压芯片W2型号是LM337。
[0026] 如图3所示，信号采集模块包括第十九电容C19、第十一电阻R11、第一驻极体话筒 MKl;第一驻极体话筒MKl的正极分别与第^^一电阻Rll和第十九电容C19相连，第^^一电 阻Rll的另一端与+3. 3V电源相连，第十九电容C19与放大滤波的输入端第十三电阻R1 3 相连，驻极体话筒MKl的负极与地相连。
[0027] 如图4所示，信号处理模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第二十电容C20、 第二i^一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第九电阻R9、第十电阻R10、第 十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电 阻R18、第十九电阻R19、第一滤波放大芯片Ul、第一比较芯片U2A部分；第一滤波放大芯片 Ul的二脚与第九电阻R9、第二十电容C20相连，第九电阻R9的另一端与滤波放大芯片Ul的 1脚、第十七电容C17相连，第二十电容C20的另一端与第十七电阻R17、第十三电阻R13、 第十七电容C17相连，第十三电阻R13与信号采集模块的输出端C19相连，第十七电阻R17 的另一端接地，第一滤波放大芯片Ul的3脚和5脚接地，第一滤波放大芯片Ul的1脚接第 十四电阻R14,第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十八电容C18、第二十一电容 C21相连，第十八电容C18与第十电阻R10、第一滤波放大芯片Ul的7脚相连，第二^^一电容 C21的另一端与第十电阻R10、滤波放大芯片的六脚相连，第十五电阻R15的另一端接地，滤 波放大芯片的输出端七脚与信号整形输入端第二十二电容C22相连，第二十二电容C22的 另一端与第一比较芯片U2A的三脚相连，第一比较芯片U2A的二脚与第十九电位器R19的 调节端相连，第十九电位器R19的两个固定端一个接地，另一个接+3. 3V，第一比较芯片U2A 的八脚接电源+3. 3V、四脚接电源地，第一比较芯片U2A的输出端一脚与第十二电阻R12、 第二十三电容C23相连，第十二电阻R12的另一端接电源+3. 3V，第二十三电容C23与第三 接插口P3、第十八电位器R18的调节端相连，第十八电位器R18的两个固定端分别于电源 +3. 3V和电源地相连，第三接插口接单片机PAO管脚。
[0028] 如图5所示，单片机处理模块包括单片机芯片Ul的23管脚引出两个分支，一支与 第十电容ClO的一端相连，第十电容ClO的另一端接地，另一支与第二晶振X2的一端相连， 第二晶振X2的另一端引出两个分支，一支与第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一 端与单片机芯片Ul的24管脚相连，另一支与第十五电容C15的一端相连，第十五电容C15 的另一端接地；单片机芯片Ul的25管脚引出三个分支，第一支与第十六电容C16的一端相 连，第十六电容C16的另一端接地，第二支与第一按键Kl的一端相连，第一按键Kl的另一 端接地，第三支与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端接+3. 3V电源；单片机芯 片Ul的48管脚与第十六电阻R16的一端相连，第十六电阻R16的另一端接地；单片机芯片 Ul的138管脚与第一电阻Rl的一端相连，第一电阻Rl的另一端接地，单片机芯片Ul的电 源地全都与稳压电源的地相接；所述的单片机芯片Ul的型号为STM32F103ZET6。
[0029] 如图6所示，液晶显示模块包括第四十四电阻R44、第四十九电阻R49、液晶Jl;液 晶Jl的1管脚接+3. 3V电源；液晶Jl的2管脚接地；液晶Jl的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、 13、14、15、16、17、18管脚依次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的141、142、1、2、3、4、5、 58、59、60、63、64、65、66、67、68管脚相连；液晶Jl的19管脚的一端与第四十四电阻R44的 一端相连，第四十四电阻R44的另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的20、21、22管脚依次与单片 机处理模块中单片机芯片Cl的82、85、86管脚相连；液晶Jl的23管脚与单片机处理模块 中单片机芯片Cl的25管脚相连；液晶Jl的24管脚悬空不接；液晶Jl的25、26、27管脚依 次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的42、44、43管脚相连；液晶Jl的28管脚悬空不接； 液晶Jl的29管脚与单片机处理模块中单片机芯片Cl的41管脚相连；液晶Jl的30管脚 悬空不接；液晶Jl的31管脚的一端与第四十九电阻R49的一端相连，第四十九电阻R49的 另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的32管脚悬空不接；所述的液晶Jl为TFT3. 2寸彩屏；
[0030] 如图7所示，程序先对单片机进行管脚初始化、外部中断初始化、系统时钟初始 化、定时器初始化、液晶初始化，判断是否接收到上升沿信号，当接收到上升沿信号时，判断 信号的序列，当信号为第一个上升沿时，启动定时器开始计时，当信号为第二个上升沿时， 读取并记录定时器值Hl1，当信号为第三个上升沿时，读取并记录定时器值Hl2，当信号为第四 个上升沿时，读取并记录定时器值％;判断是否接收完四个信号，若接收完，则对定时器值 m2、m3进行换算，将mi与定时器定时周期T相乘、1112与m亦差值绝对值与定时器定时周 期T相乘、!113与mi的差值绝对值与定时器定时周期T相乘得到击球点声音传播至第二个、 第三个、第四个信号采集点时间参量tpt2、t3;然后对时间参量tpt2、t3进行换算，将时间 参量t2、13分别与声音在空气重传播速度Vtl相乘得到击球点与第二个、第三个、第四个 信号采集点的距离参量U、L2、L3;然后将距离参量Li、L2、L3代入模型函数运算，得到坐标值 (X，Y);最后，对坐标值（X，Y)进行记录，并显示在液晶屏上；
[0031] 如图8所示，单片机首先通过设置的相应中断口的序号判断出第一个接收到击球 声音的信号采集点的序号，假设为1号先收到，开始计时，得到时间参量h、t2、t3;V(l为声 速，那么L1=v山，L2=vQt2,L3=vQt3。已知标准网球场为10. 97mX23. 77m，因此边1-2长 为m= 10. 97m，边2-3长为n= 23. 77m。则该击球点的坐标计算公式如下：
【主权项】
1.网球击球点记录仪，包括电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片机处理部分 以及液晶显示部分，其特征在于： 电源部分包括一个电源模块；信号采集部分包括四个电路完全相同的信号采集模块； 信号处理部分包括四个电路完全相同的信号处理模块；单片机处理部分包括一个单片机处 理模块；液晶显示部分包括一个液晶显示模块；信号采集模块的拾音传感器采集网球拍击 球的声音，并将声音信号转化为电信号输入信号处理模块；信号处理模块对声音转化出的 电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的信号输入单片机模块；信号经单片机处理 后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模块可为信号采集部分和单片机处理部分提 供+3. 3V电源，为信号处理部分同时提供+3. 3V电源和-3. 3V电源；所述信号采集模块设置 在球场的四周，实时对击球点声音进行采集，依据声差时间确定击球点与各自的位置，从而 确定击球点在整个球场中的位置； 所述电源模块包括第一接插口P1，第一整流桥D3、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8、第^-一电容C11、第十二电容C12、第十三电容 C13、第十四电容C14、第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4、第五二极管D5、第二 电阻R2、第六电阻R6、第三电位器R3、第五电位器R5、第一稳压芯片W1、第二稳压芯片W2 ; 第一稳压芯片Wl的3管脚与第一整流桥D3的长脚、第三电容C3的一端，第二电容C2的正 极，第一二极管Dl的负极相连；第二电容C2的负极、第三电容C3的另一端均接地... ；第一稳 压芯片Wl的1管脚与第三电位器R3的其中一个固定端、调节端相连，第三电位器R3的另 一固定端接地；第一稳压芯片Wl的2管脚与第一二极管Dl的正极、第二电阻R2的一端、第 二二极管D2的负极、第五电容C5的其中一端、第四电容C4的正极相连；第二电阻R2的另 一端与第三电位器R3的调节端、第二二极管D2的正极、第六电容C6的正极相连；第四电容 C4的负极、第五电容C5的另一端、第六电容C6的负极均接地；第二稳压芯片W2的2管脚 与整流桥的短脚、第十二电容C12的一端、第^^一电容Cll的负极、第五二极管换D5的正极 相连；第十二电容C12的另一端、第^^一电容Cll的正极均接地；第二稳压芯片W2的1管 脚与第五电位器R5的其中一个固定端相连，同时W2的1管脚还与第五电位器R5的调节端 相连；第五电位器R5的另一固定端接地；第二稳压芯片W2的3管脚与第五二极管D5的负 极、第四二极管D4的正极、第六电阻R6的一端、第十四电容C14的一端、第十三电容C12的 负极相连；第六电容R6的另一端与第五电位器R5的调节端相连；第四二极管D4的负极与 第八电容C8的负极相连；第八电容C8的正极、第十四电容C14的另一端、第十三电容C13 的正极均接地；第一稳压芯片Wl型号是LM317 ;第二稳压芯片W2型号是LM337 ; 所述的信号采集模块包括第十九电容C19、第十一电阻R11、第一驻极体话筒MKl;第一 驻极体话筒MKl的正极分别与第^^一电阻Rll和第十九电容C19相连，第^^一电阻Rll的 另一端与+3. 3V电源相连，第十九电容C19与放大滤波的输入端第十三电阻R13相连，驻极 体话筒MKl的负极与地相连； 所述的信号处理模块包括第十七电容C17、第十八电容C18、第二十电容C20、第二^^一 电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第九电阻R9、第十电阻R10、第十二电阻 R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第 十九电阻R19、第一滤波放大芯片Ul、第一比较芯片U2A部分；第一滤波放大芯片Ul的二脚 与第九电阻R9、第二十电容C20相连，第九电阻R9的另一端与滤波放大芯片Ul的1脚、第 十七电容C17相连，第二十电容C20的另一端与第十七电阻R17、第十三电阻R13、第十七电 容C17相连，第十三电阻R13与信号采集模块的输出端C19相连，第十七电阻R17的另一端 接地，第一滤波放大芯片Ul的3脚和5脚接地，第一滤波放大芯片Ul的1脚接第十四电阻 R14,第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十八电容C18、第二^^一电容C21相连， 第十八电容C18与第十电阻R10、第一滤波放大芯片Ul的7脚相连，第二^^一电容C21的另 一端与第十电阻R10、滤波放大芯片的六脚相连，第十五电阻R15的另一端接地，滤波放大 芯片的输出端七脚与信号整形输入端第二十二电容C22相连，第二十二电容C22的另一端 与第一比较芯片U2A的三脚相连，第一比较芯片U2A的二脚与第十九电位器R19的调节端 相连，第十九电位器R19的两个固定端一个接地，另一个接+3. 3V，第一比较芯片U2A的八脚 接电源+3. 3V、四脚接电源地，第一比较芯片U2A的输出端一脚与第十二电阻R12、第二十三 电容C23相连，第十二电阻R12的另一端接电源+3. 3V，第二十三电容C23与第三接插口P3、 第十八电位器R18的调节端相连，第十八电位器R18的两个固定端分别于电源+3. 3V和电 源地相连，第三接插口接单片机PAO管脚； 所述的单片机处理模块包括第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第十六电阻R16、 第一电阻R1、第七电容C7、第九电容C9、第十电容C10、第十四电容C14、第十五电容C15、第 十六电容C16、第一晶振XI、第二晶振X2、第一按键K1、单片机芯片Ul;单片机芯片Ul的6 管脚接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的8管脚引出两个分支，一支与第七电容C7的一端相连， 第七电容C7的另一端接地，另一支与第一晶振Xl的一端相连，第一晶振Xl的另一端引出 两个分支，一支与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与单片机芯片Ul的9管 脚相连，另一支与第九电容C9的一端相连，第九电容C9的另一端接地；单片机芯片Ul的23 管脚引出两个分支，一支与第十电容ClO的一端相连，第十电容ClO的另一端接地，另一支 与第二晶振X2的一端相连，第二晶振X2的另一端引出两个分支，一支与第七电阻R7的一 端相连，第七电阻R7的另一端与单片机芯片Ul的24管脚相连，另一支与第十五电容C15的 一端相连，第十五电容C15的另一端接地；单片机芯片Ul的25管脚引出三个分支，第一支 与第十六电容C16的一端相连，第十六电容C16的另一端接地，第二支与第一按键Kl的一 端相连，第一按键Kl的另一端接地，第三支与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一 端接+3. 3V电源；单片机芯片Ul的48管脚与第十六电阻R16的一端相连，第十六电阻R16 的另一端接地；单片机芯片Ul的138管脚与第一电阻Rl的一端相连，第一电阻Rl的另一 端接地，单片机芯片Ul的电源地全都与稳压电源的地相接；所述的单片机芯片Ul的型号为 STM32F103ZET6 ； 所述的液晶显示模块包括第四十四电阻R44、第四十九电阻R49、液晶Jl;液晶Jl的1 管脚接+3. 3V电源；液晶Jl的2管脚接地；液晶Jl的3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、 16、17、18管脚依次与单片机处理模块中单片机芯片Cl的141、142、1、2、3、4、5、58、59、60、 63、64、65、66、67、68管脚相连；液晶Jl的19管脚的一端与第四十四电阻R44的一端相连， 第四十四电阻R44的另一端接+3. 3V电源；液晶Jl的20、21、22管脚依次与单片机处理模 块中单片机芯片Cl的82、85、86管脚相连；液晶Jl的23管脚与单片机处理模块中单片机 芯片Cl的25管脚相连；液晶Jl的24管脚悬空不接；液晶Jl的25、26、27管脚依次与单 片机处理模块中单片机芯片Cl的42、44、43管脚相连；液晶Jl的28管脚悬空不接；液晶 Jl的29管脚与单片机处理模块中单片机芯片Cl的41管脚相连；液晶Jl的30管脚悬空
【专利摘要】本发明公开了一种网球击球点记录仪。本发明包括电源部分、信号采集部分、信号处理部分、单片机处理部分以及液晶显示部分。电源部分、单片机处理部分和液晶显示部分均包括1个模块；信号采集部分包括4个电路完全相同的信号采集模块；信号处理部分包括4个电路完全相同的信号处理模块。信号采集模块的拾音传感器采集网球拍击球声，并将声音信号转化为电信号输入信号处理模块；信号处理模块对声音转化出的电信号进行放大、滤波、整形处理，并将处理后的信号输入单片机模块；信号经单片机处理后输入液晶显示模块并在液晶屏上显示；电源模块为信号采集部分、信号处理部分和单片机处理部分供电。本发明具有高精度、高稳定性、低成本和易于安装等优点。
【IPC分类】A63B69/38, A63B71/06
【公开号】CN104888442
【申请号】CN201510316499
【发明人】陈爱军, 王众星, 杨赞杰, 王锐, 李晶, 姜鸿鹏, 敬正尧
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月10日
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