乒乓球发球机控制器软件设计.docx

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乒乓球发球机控制器软件设计

摘要

本文针对乒乓球发球地特点，模拟设计了一种乒乓球发球机控制器.该发球机控制器由8位单片机STC89C51为核心地硬件电路和相关软件编程组合而成.实现改变发球速度、发球高度及角度等地功能，以满足练习者地不同技术需求，同时设置了随机发球模式，实现落球点地随机变化.

本课题地软件设计采用了主函数调用各状态子程序地方法，完成了按键控制、液晶显示、驱动电机调速地功能.配合本组同学地硬件设计完成了单片机外围硬件电路地设计，其中包括电动机驱动模块、键盘模块及液晶显示模块.最后我们在完成硬件电路地分析和软件模块调试地基础上，进行了联机调试，对各模块电路实行软硬件检测，有效地将两者结合起来，完成了系统地整体控制.

关键词：

乒乓球发球机，控制器，发球模式，单片机

ABSTRACT

Consideringthecharacteristicsofthetabletennisserved，thethesisdesignsakindoftabletennisservingcontroller.Itisconsistoftraditional8monolithicintegratedcircuits

STC89C51forthehardwarecircuitdesignandrelatedsoftwareC51forprogrammingdesign.Itcanaccomplishthefunctionofchangingtheball'sspeed，altitudeandangle，inordertosatisfytheneedsofpeople.Meanwhiletherandomservingpattenwasdesignedandthefallpointsofthetabletennisbecomerandomly.

Thesoftwareinthisessayisdesignedusingtheformthatthemainfunctioncallsasubroutine，andfinishingthefunctionofbuttoncontrol，liquidcrystaldisplay，drivemotorspeedregulation.Thehardwaredesignproducedaperipheralcircuitofmonolithicintegratedcircuitsincludingthedrivemotormodule，keyboardmoduleandLCDdisplaymodule.Finally，onthebasisoffinishinghardwarecircuitanalysisandsoftwaremoduledebug,wematchthesoftandhardwareandtestallmodulescarefully,thenthebasicfunctionofthesystemachievesthedesiredeffect.

KEYWORDS:

thetabletennisservingmachine，controller，servingpattern，singlechipmicrocomputer

第一章绪论

本章从该课题地研究背景出发，提出了本设计地必要性.其次，介绍了国内外地研究现状.最后，对该课题地研究内容和设计流程进行了简单地描述.从整体上把握了基于51单片机控制地乒乓球发球机控制器地设计原则和内容，为完成本次设计做出预备工作.

1.1本课题地研究背景和意义

随着中国在世界上地地位越来越举足轻重，我国地体育事业也正在蓬勃发展.从第一届奥林匹克运动会没有亚洲人地身影，到2008年我们中国作为东道主，自己举办奥运会，很多工程都取得了零

随着我国运动员在奥运会中连续取得佳绩，让人们在为体育健儿加油喝彩地同时，也极大地调动了全国人民投入体育运动地热情.

乒乓球作为我国地国球，更是得到很多人地喜爱.它集健身、竞技、娱乐于一体，不仅可以锻炼身体，还可以练习头脑地灵活性、眼睛地反应力以及全身地协调性.但是对于初学者，捡球地时间却比真正在台上打球地时间多，这样要提高技术水平就很慢，也会削弱人们对乒乓球地兴趣.对于一些高水平地选手，由于人手发球速度和频率比较慢，而且陪练员长时间发球也不太可能，因此要进行变化多、强度大地多球练习比较困难，而且从经济观点或科研方面考虑，乒乓球发球机地开发、研究与应用都能极大地推动体育运动事业地发展.正是在这种情况下，研究乒乓球发球机是极其必要地.

1.2国内外乒乓球发球机地研究现状

对于乒乓球发球机地研究可以追溯至六十年代末和七十年代初，当时欧洲出现了乒乓球发球机.它通过一定地机械装置，按乒乓球技术训练地不同要求，将球不断发射出来.发球机发出地球，比人速度更快，力量大，且旋转更强，所以，它对提高乒乓球运动员地训练水平有一定地作用.

目前市场上销售地乒乓球发球机，按控制类型可以分为两类:

一类是半自动，简单操作系列。

另一类是全自动，电脑程控系列.半自动式，无论是安装还是使用都比较麻烦，而且发球地方式、力量、速度都是固定地，如果要改变各项技术参数，就必须停下来，人工来校准调整机头旋转角度，来实现各种旋转球，手动抬高或降低机头，来调整球地射程弧度，而且机械性能比较差，经常卡球，但这类产品还是受到很多人地青睐，因为它地价格低，符合大多数人地需求.全自动式，是由全电脑程控地，能模拟运动员常用地技术，可发出很多高性能地球，可以模拟真人发球，还能发多种速度不同地球，人性化地设计能够满足不同技术水平地人地需要，技术好地可以选择多速度和角度发球；技术不好地可以选择基本发球.而且其电脑记忆功能还能记录球员打球地路数，能起到专业陪练效果.这种机器虽然性能很高，但价格也比较贵，令很多人望而止步.

按出球方式可以分为三类:

一类是轮式发球机，一类是压气式发球机，另一类是捶击式发球机.其中轮式发球机地原理是由于装有轮子地通道空间很小，当球从滑轨滚入通道时，轮子就将球喷出.这种情况和小石头被打滑地车轮喷出是一样地.这种发球方式有两种，一种是单轮驱动，另一种是双轮驱动.单轮驱动发球机地弊端是:

发出来地球如果速度快，那么同时旋转也强。

如果速度慢，那么同时旋转也弱.这和人们实战打球是完全不同地，实际上球速和旋转并不是完全成正比地，比如攻球地速度最快，但是旋转并不强。

而弧圈球虽然旋转极强，但是速度未必很快.双轮驱动地发球机完全解决了单轮驱动速度和旋转地矛盾，可发出各种旋转地球，同时也可以发出不转球.压缩式发球机是利用空气压缩机来发射球地，球被装入长桶地底部由一个窄口固定住，这个窄口地直径比球地直径略小一些.当压缩空气推挤乒乓球穿过窄口地时候，球就被发射出去了.这种发球机地缺点是噪音极大而且不能提供高地性能，同时，空气压缩消耗地功率很大，难以使用电池来供电。

它地优点是价格比较便宜.捶击式发球机有多种设计方案，最常见地是通过凸轮带动摆杆，将落入发球口地乒乓球击出去，这种方式性能单一，而且不方便控制，已经逐渐被淘汰.

1．2．1国外乒乓球发球机地研究现状

国外地乒乓球发球机发展比较快，其功能比较齐全，自动性能也比较高，既可以满足普通练习者地需求，也可以满足专业运动员地要求.目前，世界上生产乒乓球发球机地厂家比较多，具有代表意义地厂家是美国地LNEWGY公司和日本地Butterfly公司.

1LNEWGY公司之乐吉发球机:

其发球原理是由电动机带动地位置可调旋转轮和一固定地摩擦块组成发射机构，当球进入发球通道，由旋转轮将球旋出发球口来，旋转轮地位置不同，则可得到不同旋向地球.

该系列乒乓球发球机一般可分为三个等级，初级发球机是为初学者和娱乐者设计地，中级发球机是为中级和比赛级球员设计地，而高级发球机是专为专业运动员和爱好乒乓球地行家设计.该系列发球机地特点之一是使用者可以根据自己地水平状况选择合适地发球机等级，当水平提高时，该发球机可以通过升级包，快速方便地达到高地等级.通过控制球桌旁地控制盒可以调节发球速度、发球频率、旋转速度以及出球口角度:

通过手动调节出球口上地旋钮可以发射出上旋、逆旋、侧旋甚至混合旋转等各种旋向地球。

通过手动调节发球机后地两个控制杆可以实现发球角度摆动范围地变化，利用两杆地不同组合可有八种摆动范围选择，还可实现定点发球。

通过设置球型号开关调节旋转轮与摩擦块之间距离，可以选择适合所使用球型地发射轨道。

通过将发球机安装在不同地位置可以实现不同地发球角度和发射弧度.

2.Butterfly公司之Amicus发球机:

其发球原理是采用两个高速旋转地轮子（旋转方向相反），由于轮子地空间小于球地直径，当球从滚道滚入两轮之间地时候，轮子将球旋出，但它只能形成45°地侧旋球.其旋转速度和球发射速度没有关联，可以发射慢旋地短球和快速地突发球，这是同类发球机无法做到地.

该发球机有三个不同地发球模式可选择，一种是规则模式，发射固定落点地球。

一种是自动模式，发射随机球或组合球。

另外一种是自定义模式，根据需求自己编写发球模式地程序.同时它具有记忆功能，能够保存使用者输入地程序以及记录前一使用者地选择模式和命令.在使用者一端装有控制界面，实现对发球机地远程控制.该发球机结构紧凑，底座下有轮子，使用者可方便调整发球机位置，但其高度不能调节.

1．2．2国内乒乓球发球机地研究现状

相对国外而言，国内地乒乓球发球机起步比较晚，但发展很快，从最初地全手动发球机到现在地全自动发球机，甚至有些产品性能超过了国外地同类产品.主要有以下几个典型方面:

1.半自动式乒乓球发球机:

该发球机是福建省地林清云所设计地，其机械结构包括机身壳体、基座、储球斗、发球机构、弧度调节机构、角度摆动机构及电机调速电路.其工作原理是:

由于储球斗装于机器上方，乒乓球可通过自身重力落入发球机构，发球机构中地拨叉在电动机地带动下击打落入球道地乒乓球，乒乓球经球道前端地摩擦辊高速切搓后成旋转状飞出球道.

其发球机构由拨叉、电动机和凸轮组成，拨叉由L形臂和直臂两部分组成，与机身底盘间有一弹簧相连，L形臂可摆动到球道地入球端，直臂与双扇结构地凸轮面相接触.通过电动机带动凸轮转动，在弹簧地作用下，拨叉即可做出打击动作，将乒乓球击出.其弧度调节机构可以调节出球地弧线，而角度摆动机构完成出球角度地左右摆动变化，形成丰富地出球线路。

电机调速电路即可控制出球频度和旋转强度.该发球机地特点是结构简单，发球速度快，经济实惠。

缺点是故障率高，质量差、发球变化少，调节不方便.

2.双蛇牌乒乓球发球机:

该发球机是双蛇公司研发生产地全自动电脑控制操作系列地发球机，它是在研究总结众多发球机地优缺点地基础上，专为乒乓球运动爱好者开发出地具有突破性地创意产品.其主要特点是通过电脑编成实现“一键一功能”，即使用者通过遥控器或者控制面板上地按键来改变发球特性，只要按一下按键，就可以自动发出攻球、前冲弧圈球、削球、长胶球、高吊球性能地球。

还可以自动发出上旋球、下旋球、不转球、右侧上、右侧下、左侧上、左侧下、右侧旋、左侧旋九种基本旋转发球方式地球.

该发球装置设计有云台旋转机构，并安装有旋转角度极限装置，可以左右各旋转20度，在训练时，使用者可根据自己地需求进行任意调整，通过细调可以派生出多种多样性能地球，从而使发出地球更接近人工发球，也更具有人性化.发球装置主球道地滑轨设计为三根可更换式地滑轨，从而解决了球在此段摩擦大，运行中阻力大地缺点.其机头摩擦轮设计为组装式，由轮毅、压圈和橡胶组成，其优点是更换橡胶圈方便，成本低，保证射点准确.其电脑控