一种篮球训练器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102847287 A (43)申请公布日 2013.01.02 CN 102847287 A *CN102847287A* (21)申请号 201210350212.3 (22)申请日 2012.09.05 A63B 69/00(2006.01) G01B 17/00(2006.01) (71)申请人 河南理工大学 地址 454003 河南省焦作市高新区世纪大道 2001 号河南理工大学 (72)发明人 张涛 闫俊锋 任彦昭 余令艺 张永奎 夏东方 郭江龙 郝腾飞 (54) 发明名称 一种篮球训练器 (57) 摘要 一种篮球训练器， 包括用于产生超声波的超 声波模块。

2、、 用于提供投篮加速度信息的加速度模 块、 用于根据超声波与加速度信息获取投篮时大 臂和小臂之间的角度、 跳跃高度的主控模块、 用于 转发大臂和小臂之间的角度、 跳跃高度的无线传 输模块以及存储并显示历史的大臂和小臂之间的 角度、 跳跃高度与实时的大臂和小臂之间的角度、 跳跃高度的上位机。本发明具有精度高、 使用方 便、 可靠性高的特点， 可广泛应用于业余运动员以 及专业运动员的日常训练之中。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/2 页 2 1。

3、. 一种篮球训练器， 其特征在于， 所述篮球训练器包括超声波模块、 加速度模块、 主控 模块、 无线传输模块、 上位机 ； 其中， 超声波模块， 用于根据主控模块发送的超声波生成控制指令， 产生初始超声波 ； 同时， 对检测到的初始超声波进行放大处理， 并将得到放大超声波发送至主控模块 ； 加速度模块， 用于根据主控模块发送的加速度检测控制指令， 将测量得到的投篮加速 度信息发送至主控模块 ； 主控模块， 用于预先记录大臂长度与小臂长度 ； 向超声波模块发送超声波生成控制指 令 ； 将向超声波模块发送超声波生成控制指令的超声波生成时间、 接收到来自超声波模块 的放大超声波接收时间之间的时间差转。

4、换为投篮时肩部和腕部之间的距离， 并进一步将投 篮时肩部和腕部之间的距离转换为大臂和小臂之间的角度 ； 还用于向加速度模块发送加速 度检测控制指令， 将从加速度模块接收的加速度信息转换为跳跃高度 ； 将大臂与小臂之间 的角度、 跳跃高度发送至无线传输模块 ； 无线传输模块， 用于将主控模块发送的大臂与小臂之间的角度、 跳跃高度转发至上位 机 ； 上位机， 用于存储并显示无线传输模块发送的大臂与小臂之间的角度、 跳跃高度。 2. 根 据 权 利 要 求 1 所 述 的 一 种 篮 球 训 练 器， 其 特 征 在 于， 所 述 主 控 模 块 为 STC12C2052AD 单片机。 3. 根据权。

5、利要求 1 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述超声波模块包括超声波 发射模块、 超声波接收模块 ； 超声波发射模块接于所述主控模块第一输出端， 超声波接收模 块接于所述主控模块第二输入端 ； 其中， 超声波发射模块， 用于根据所述主控模块传送来的超声波生成控制信号， 将产生的初 始超声波发送至超声波接收模块 ； 超声波接收模块， 用于将检测到的来自超声波发射模块的初始超声波进行放大处理， 并将得到的放大超声波发送给所述主控模块。 4. 根据权利要求 3 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述超声波发射模块包括逻 辑处理器单元、 超声波发射头 ； 逻辑处理单元输入端连接所述主控模块第。

6、一输出端， 逻辑处 理单元输出端连接超声波发射头 ； 其中， 逻辑处理器单元， 用于根据所述主控模块传来的超声波生成控制信号产生频率为 40KHz 的高电平信号与低电平信号， 且高电平信号与低电平信号的持续时间均相等， 并将该 高电平信号与低电平信号发送至超声波发射头 ； 超声波发射头， 用于对来自逻辑处理器单元的高电平信号与低电平信号进行共振处 理， 产生初始超声波， 并将初始超声波发送至超声波接收模块。 5. 根据权利要求 4 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述逻辑处理器单元包括五 个非门与第三电阻、 第十电阻 ； 其中， 第一非门、 第二非门和第三非门的输入端均接于所述 主控模块。

7、第一输出端， 第二非门和第三非门的输出端、 第三电阻一端均接入超声波发射头 的一个输入端， 第三电阻另一端接外部电源 ； 第一非门的输出端连接至第四非门和第五非 门的输入端， 第四非门和第五非门的输出端、 第十电阻一端均连接至超声波发射头另一输 入端， 第十电阻另一端接外部电源。 6. 根据权利要求 3 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述超声波接收模块包括超 权 利 要 求 书 CN 102847287 A 2 2/2 页 3 声波接收头、 信号放大单元、 电压转换单元， 其中， 超声波接收头， 用于将从所述超声波发射模块接收的初始超声波转化为初始电信号， 并将该初始电信号发送至信号放。

8、大单元 ； 信号放大单元， 用于将超声波接收头发送来的初始电信号进行放大后， 得到放大电信 号 ； 并将放大电信号发送至电压转换单元 ； 电压转换单元， 用于获取外部给定的预设信号 ； 对信号放大单元发送来的放大电信号 与预设信号进行比较， 得到放大超声波， 将根据该放大超声波发送给所述主控模块。 7. 根据权利要求 6 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述信号放大单元包括第一 运算放大器、 第二运算放大器、 第一反馈电阻、 第二反馈电阻、 第一耦合电容， 第二耦合电 容、 滤波电容、 第六分压电阻、 第九分压电阻、 第三输入电阻， 第五输入电阻 ； 其中， 第三输入 电阻一端、 第一耦。

9、合电容一端均连接所述超声波接收头的一端， 第三输入电阻另一端、 超声 波接收头的另一端均接地， 第一耦合电容的另一端连接第一运算放大器正向输入端 ； 第一 反馈电阻一端连接第一运算放大器的输出端， 第一反馈电阻另一端连接第一运算放大器的 同向输入端 ； 第六分压电阻的一端、 第九分压电阻的一端、 滤波电容的一端均连接至第二运 算放大器的反向输入端， 第六分压电阻的另一端、 滤波电容的另一端均接地， 第九分压电阻 的另一端接外部电源 ； 第一运算放大器的输出端依次通过第二耦合电容、 第五输入电阻串 联接入第二运算放大器的正向输入端， 第二反馈电阻的一端接 U2 的正向输入端， 第二反馈 电阻 R。

10、2 的另一端和第二运算放大器的输出端均连接至所述电压转换单元。 8. 根据权利要求 6 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述电压转换单元包括第三 运算放大器、 第七分压电阻、 第八分压电阻， 第三运算放大器同向输入端接所述信号放大单 元的输出端， 第七分压电阻一端、 第八分压电阻一端均连接至第三运算放大器的反向输入 端， 第八分压电阻另一端接外部电源， 第七分压电阻另一端接地。 9. 根据权利要求 1 所述的一种篮球训练器， 其特征在于， 所述无线传输模块为蓝牙透 传模块。 权 利 要 求 书 CN 102847287 A 3 1/4 页 4 一种篮球训练器 技术领域 0001 本发明涉。

11、及一种篮球训练器， 特别是一种篮球训练器。 背景技术 0002 篮球是一项十分受欢迎的体育运动， 从事篮球运动的人群广泛， 但由于缺乏专业 的知识和系统的训练， 人们投篮动作千奇百怪， 错误百出， 错误的动作不仅影响了篮球的观 赏性， 还影响了命中率， 削弱了人们从事篮球运动的积极性。 我们知道投篮时投球的两臂之 间的角度和跳跃的高度是两项重要的指标。而市面上并没有专门针对此的篮球训练器， 大 部分人只能靠自我体会与领悟， 这种情况导致了投篮训练的效率极其低下， 造成了大多数 人投篮动作的不规范。 发明内容 0003 有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种精度高、 使用方便、 可靠性高的篮球。

12、训 练器。 0004 为了达到上述目的， 本发明提出的技术方案为 ： 0005 一种篮球训练器包括超声波模块、 加速度模块、 主控模块、 无线传输模块、 上位机 ； 其中， 0006 超声波模块， 用于根据主控模块发送的超声波生成控制指令， 产生初始超声波 ； 同 时， 对检测到的初始超声波进行放大处理， 并将得到放大超声波发送至主控模块。 0007 加速度模块， 用于根据主控模块发送的加速度检测控制指令， 将测量得到的投篮 加速度信息发送至主控模块。 0008 主控模块， 用于预先记录大臂长度与小臂长度 ； 向超声波模块发送超声波 生成控 制指令 ； 将向超声波模块发送超声波生成控制指令的超。

13、声波生成时间、 接收到来自超声波 模块的放大超声波接收时间之间的时间差转换为投篮时肩部和腕部之间的距离， 并进一步 将投篮时肩部和腕部之间的距离转换为大臂和小臂之间的角度 ； 还用于向加速度模块发送 加速度检测控制指令， 将从加速度模块接收的加速度信息转换为跳跃高度 ； 将大臂与小臂 之间的角度、 跳跃高度发送至无线传输模块。 0009 无线传输模块， 用于将主控模块发送的大臂与小臂之间的角度、 跳跃高度转发至 上位机。 0010 上位机， 用于存储并显示无线传输模块发送的大臂与小臂之间的角度、 跳跃高度。 0011 综上所述， 本发明所述一种篮球训练器， 主控模块根据超声波模块提供的超声波 。

14、传播时差、 加速度模块提供的投篮加速度信息， 实时获取投篮者投篮时大臂和小臂之间的 角度和跳跃高度， 并将大臂和小臂之间的角度、 跳跃高度发送至上位机， 上位机存储各个时 间内的大臂和小臂之间的角度、 跳跃高度 ； 根据上位机存储的历史大臂和小臂之间的角度 与跳跃高度、 实时大臂和小臂之间的角度与跳跃高度， 分析投篮者的动作是否规范， 从而根 据分析结果规范投篮者的投篮动作 ； 因此， 本发明具有规范精度较高、 使用方便的特点 ； 另 说 明 书 CN 102847287 A 4 2/4 页 5 外， 本发明采用的超声波模块、 加速度模块、 主控模块、 无线传输模块的可靠性均较高， 故本 发明。

15、具有较高的可靠性。 附图说明 0012 图 1 为本发明所述篮球训练器的总体组成结构示意图。 0013 图 2 为本发明所述超声波模块的组成结构示意图。 0014 图 3 为本发明所述超声波发射模块的组成结构示意图。 0015 图 4 为本发明所述逻辑处理单元的组成结构示意图。 0016 图 5 为本发明所述超声波接收模块的组成结构示意图。 0017 图 6 为本发明所述信号放大单元的组成结构示意图。 0018 图 7 为本发明所述电压转换单元的组成结构示意图。 0019 图 8 为本发明所述加速度模块的组成结构示意图。 具体实施方式 0020 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下。

16、面将结合附图及具体实施例对 本发明作进一步地详细描述。 0021 图 1 为本发明所述篮球训练器的总体组成结构示意图。如图 1 所示， 本发明所述 篮球训练器包括超声波模块 2、 加速度模块 3、 主控模块 1、 无线传输模块 4、 上位机 5 ； 其中， 0022 超声波模块 2， 用于根据主控模块 1 发送的超声波生成控制指令， 产生初始超声 波 ； 同时， 对检测到的初始超声波进行放大处理， 并将得到放大超声波发送至主控模块 1。 0023 加速度模块 3， 用于根据主控模块 1 发送的加速度检测控制指令， 将测量得到的投 篮加速度信息发送至主控模块 1。 0024 主控模块 1， 用于。

17、预先记录大臂长度与小臂长度 ； 向超声波模块 2 发送超声波生成 控制指令 ； 将向超声波模块 1 发送超声波生成控制指令的超声波生成时间、 接收到来自超 声波模块 1 的放大超声波接收时间之间的时间差转换为投篮时肩部和腕部之间的距离， 并 进一步将投篮时肩部和腕部之间的距离转换为大臂和小臂之间的角度 ； 还用于向加速度模 块3发送加速度检测控制指令， 将从加速度模块3接收的加速度信息转换为跳跃高度 ； 将大 臂与小臂之间的角度、 跳跃高度发送至无线传输模块 4。 0025 本发明中， 采用余弦定理， 根据大臂长度、 小臂长度、 测得的投篮时肩部和腕部之 间的距离， 可以获得大臂和小臂之间的角。

18、度。 0026 本发明中， 加速度信息包括投篮时人体离开地面前的加速度、 人体的空中加速度、 人体落地后的加速度 ； 由于人体离开地面前的加速度与人体的空中加速度不同， 人体落地 后的加速度与人体的空中加速度也不同， 故由人体离开地面前的加速度变化至人体落地后 的加速度之间的时间差即为人体腾空时间 ； 根据人体腾空时间与重力加速度， 即可获得跳 跃高度。 0027 本发明中， 主控模块1为STC12C2052AD单片机。 STC12C2052AD单片机是中国宏晶 公司生产的单时钟 / 机器周期的单片机， 是具有高速、 低功耗、 抗干扰超强的新一代增强型 8051 单片机。 0028 无线传输模。

19、块 4， 用于将主控模块 1 发送的大臂与小臂之间的角度、 跳跃高度转发 说 明 书 CN 102847287 A 5 3/4 页 6 至上位机 5。 0029 本发明中， 无线传输模块 4 为蓝牙透传模块。 0030 上位机， 用于存储并显示无线传输模块 4 发送的大臂与小臂之间的角度、 跳跃高 度。 0031 总之， 本发明所述一种篮球训练器中， 主控模块根据超声波时差、 加速度信息， 实 时获取投篮者投篮时大臂和小臂之间的角度、 跳跃高度， ， 使得本发明具有精度较高、 使用 方便、 可靠性高的特点 ； 另外， 本发明还可以通过上位机显示结果分析投篮者的动作规范与 否， 用于规范投篮动作。

20、。 0032 图 2 为本发明所述超声波模块 2 的组成结构示意图。如图 2 所示， 超声波模块 2 包括超声波发射模块21、 超声波接收模块22 ； 超声波发射模块21接于主控模块1第一输出 端， 超声波接收模块 22 接于主控模块 1 第二输入端 ； 其中， 0033 超声波发射模块 21， 用于根据主控模块 1 传送来的超声波生成控制信号， 将产生 的初始超声波发送至超声波接收模块 22。 0034 超声波接收模块 22， 用于将检测到的来自超声波发射模块 21 的初始超声波进行 放大处理， 并将得到的放大超声波发送给主控模块 1。 0035 图 3 为本发明所述超声波发射模块 21 的。

21、组成结构示意图。如图 3 所示， 超声波发 射模块21包括逻辑处理单元211、 超声波发射头212 ； 逻辑处理单元211输入端连接主控模 块 1 第一输出端， 逻辑处理单元 211 输出端连接超声波发射头 21 ； 其中， 0036 逻辑处理单元 211， 用于根据主控模块 1 传来的超声波生成控制信号产生频率为 40KHz 的高电平信号与低电平信号， 且高电平信号与低电平信号的持续时间均相等， 并将该 高电平信号与低电平信号发送至超声波发射头 212。 0037 超声波发射头 212， 用于对来自逻辑处理器单元 211 的高电平信号与低电平信号 进行共振处理， 产生初始超声波， 并将初始超。

22、声波发送至超声波接收模块 22。 0038 实际应用中， 超声波发射头 211 为 TCT40-16T 压电陶瓷超声波传感器。 0039 图 4 为本发明所述逻辑处理单元的组成结构示意图。如图 4 所示， 逻辑处理器单 元211包括五个非门与第三电阻、 第十电阻 ； 其中， 第一非门U1、 第二非门U2和第三非门U3 的输入端均接于主控模块1第一输出端， 第二非门U2和第三非门U3的输出端、 第三电阻R3 一端均接入超声波发射头的一个输入端， 第三电阻R3另一端接外部电源 ； 第一非门U1的输 出端连接至第四非门 U4 和第五非门 U5 的输入端， 第四非门 U4 和第五非门 U5 的输出端、。

23、 第 十电阻 R10 一端均连接至超声波发射头另一输入端， 第十电阻 R10 另一端接外部电源。 0040 图 5 为本发明所述超声波接收模块的组成结构示意图。如图 5 所示， 超声波接收 模块 22 包括超声波接收头 221、 信号放大单元 222、 电压转换单元 223， 其中， 0041 超声波接收头 221， 用于将从超声波发射模块 21 接收的初始超声波转化为初始电 信号， 并将该初始电信号发送至信号放大单元 222。 0042 实际应用中， 超声波接收头 221 为 TCT40-16R1 压电陶瓷超声波传感器。 0043 信号放大单元 222， 用于将超声波接收头发送来的初始电信号。

24、进行放大后， 得到放 大电信号 ； 并将放大电信号发送至电压转换单元 223。 0044 电压转换单元 223， 用于获取外部给定的预设信号 ； 对信号放大单元 222 发送来的 放大电信号与预设信号进行比较， 得到放大超声波， 将根据该放大超声波发送给主控模块 说 明 书 CN 102847287 A 6 4/4 页 7 1。 0045 图 6 为本发明所述信号放大单元的组成结构示意图。如图 6 所示， 信号放大单元 222 包括第一运算放大器 U1、 第二运算放大器 U2、 第一反馈电阻 R1、 第二反馈电阻 R2、 第一 耦合电容 C1， 第二耦合电容 C2、 滤波电容 C3、 第六分压。

25、电阻 R6、 第九分压电阻 R9、 第三输入 电阻 R3， 第五输入电阻 R5 ； 其中， 第三输入电阻 R3 一端、 第一耦合电容 C1 一端均连接超声 波接收头的一端， 第三输入电阻 R3 另一端、 超声波接收头的另一端均接地， 第一耦合电容 C1 的另一端连接第一运算放大器 U1 正向输入端 ； 第一反馈电阻 R1 一端连接第一运算放大 器 U1 的输出端， 第一反馈电阻 R1 另一端连接第一运算放大器 U1 的同向输入端 ； 第六分压 电阻 R6 的一端、 第九分压电阻 R9 的一端、 滤波电容 C3 的一端均连接至第二运算放大器 U2 的反向输入端， 第六分压电阻 R6 的另一端、 。

26、滤波电容 C3 的另一端均接地， 第九分压电阻 R9 的另一端接外部电源 ； 第一运算放大器 U1 的输出端依次通过第二耦合电容 C2、 第五输入电 阻 R5 串联接入第二运算放大器 U1 的正向输入端， 第二反馈电阻 R2 的一端接第二运算放大 器U2的正向输入端， 第二反馈电阻R2的另一端和第二运算放大器的输出端均连接至 电压 转换单元 223。 0046 图 7 为本发明所述电压转换单元 223 的组成结构示意图。如图 7 所示， 电压转换 单元 223 包括第三运算放大器 U3、 第七分压电阻 R7、 第八分压电阻 R8， 第三运算放大器 U3 同向输入端接信号放大单元 222 的输出。

27、端， 第七分压电阻 R7 一端、 第八分压电阻 R8 一端均 连接至第三运算放大器U3的反向输入端， 第八分压电阻R8另一端接外部电源， 第七分压电 阻 R7 另一端接地。 0047 实际应用中， 主控模块1、 超声波发射模块21、 超声波接收模块22中的信号放大单 元222、 电压转换单元223、 加速度模块3、 无线传输模块4均固定于运动员肩部， 超声波接收 模块 22 中的超声波接收头 221 固定于运动员腕部。 0048 图 8 为本发明所述加速度模块 3 的组成结构示意图。如图 8 所示， 加速度模块 3 包括加速度传感器， 第十一电阻 R11， 第十二电阻 R12 ； 其中第十一电。

28、阻 R11 一端接外部电 源， 另一端接加速度传感器数据端， 第十二电阻 R12 一端接外部电源， 另一端接加速度传感 器时钟端， 加速度传感器电源断接外部电源， 地端接地， 中断输出端、 空置端均空置。 0049 综上所述， 以上仅为本发明较佳实施例而已， 并非限于本发明的保护范围。 凡在本 发明精神和方案基础上所做的任何修改和改进等， 都应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 102847287 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102847287 A 8 2/4 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102847287 A 9 3/4 页 10 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 102847287 A 10 4/4 页 11 图 8 说 明 书 附 图 CN 102847287 A 11 。