智能乒乓球发球机控制系统

李爱锋

摘  要：我国乒乓球技术在无论国际任何赛场上可谓一枝独秀，中国更是独步兵坛的常青藤。乒乓球的主要参数主要有力度、转速、弧度、落点等。如今伴随我国科技的突飞猛进，手机智能时代已经悄悄走进我们生活。然而，在我国智能技术在体育领域的应用却很少，仍然处于刚起步的阶段。虽然乒乓球发球机已在部分体育训练，但为使乒乓球运动更专业更智能和普及，我公司设计此款智能乒乓球发球机控制系统，该系统在普通发球机设定的工作模式下由加速度传感器采集运动员回球落点区域的信号，经放大、滤波、编码等处理后，单片机采集相关数据并存储，同时相关数据可由显示器显示出来，并通过串口能够把数据传输给使用者手机。通过手机实现随心调试、数据分析处理、历史影像存储、趋势分析等功能，以表格、曲线等方式显示和打印相关数据。智能系统和乒乓球发球机的结合优势就呼之欲出了，即通过智能系统与手机APP调试的便捷性吸引更多的乒乓球爱好者的使用，智能系统与手机APP的存储又可以作为教练员和学员可以参考的客观数据去完善训练过程、提高运动技能。

关键词：乒乓球发球机;智能系统;优势

中图分类号：G846 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）30-0059-03

Abstract： China's table tennis skill is outstanding in any international field， and China is the only "ivy" in the field of infantry. The main parameters of table tennis are strength， rotational speed， radian， landing point and so on. Nowadays， with the rapid development of science and technology in our country， the Era of Mobile Phone Intelligence has crept into our lives. However， in our country， the application of intelligent technology in the field of sports is very few， and it is still in its infancy. Although table tennis service machine has been in some sports training， in order to make table tennis more professional， intelligent and popular， our company designed this intelligent table tennis service machine control system. In this system， under the working mode set by the ordinary serve machine， the acceleration sensor collects the signal of the player's return ball landing area， and after amplification， filtering， coding and other processing， the single-chip microcomputer collects the relevant data and stores it. At the same time， the relevant data can be displayed by the display， and the data can be transmitted to the user's mobile phone through the serial port. Through the mobile phone to achieve random debugging， data analysis and processing， historical image storage， trend analysis and other functions， tables， curves and other ways to display and print relevant data. The advantage of the combination of intelligent system and table tennis service machine is coming out， i.e.， the convenience of intelligent system and mobile phone APP debugging attracts more table tennis enthusiasts to use， and the storage of intelligent system and mobile phone APP can be used as objective data that coaches and students can refer to to improve the training process and improve sports skills.

Keywords： table tennis service machine; intelligent system; advantage

1 乒乓球發球机的现状分析

乒乓球发球机是部分球馆和球友家庭生活的必备娱乐和训练工具。乒乓球发球机适用于社会、学校、家庭、专业训练场馆使用。发球机可发各种性质的球，既可用于娱乐健身，又适合于专业训练，性价比特别高。虽然乒乓球发球机具有很宽阔的使用和需求场景，但是因为出球力度、转速、回球的弧线、落点等相对单一且不利于调试，由于普通乒乓球发球机操作不便，致使部分观望姿态的消费者望而却步丧失对发球机购买使用的决定同时也丧失了对乒乓球的喜爱和兴趣。从而也导致乒乓球发球机销量年增长率由2015年的7.14%降至2019年的6.76%。

2 智能发球机研发的必要性

传统老式乒乓球发球机由于出球力度、转速、回球的弧线、落点等相对单一，如需对下次出球上述参数进行调整，需派调解师操作控制器进行调试，调试过程相对繁琐。因为使用频率大，调整繁琐，导致整体体验效果差。因此我单位研发的智能发球机控制系统就尤为必要了，在传统发球机上搭载我公司研发的智能系统，只需要简单操作即可解决上述问题，智能系统与当今手机APP相匹配，从而实现“傻瓜式”控制，更可以根据使用者自身的要求，“随心所欲”的调试（合理范围内）。从而吸引更多乒乓球观望者成为使用客户，成为乒乓球运动的爱好者，痴迷者。

3 发球机发球原理

乒乓球发球机是集电子设计、机械工程和计算机技术为一体的综合技术产品，它具有自动化程度高、灵敏度高、稳定性可靠等多种性质。发球机发球的工作原理是利用转轮摩擦来实现。待发射的乒乓球由于受到旋转摩擦轮的作用，在发射口就获得一定的初速度（力度）。这时如果电机带动驱动轮转动，会摩擦乒乓球使球获得一定的动能，乒乓球就得以发射出去。

3.1 对控制发球速度的研究

若想控制和改变发球的速度，则应当先掌握其原理，在发球中乒乓球和轮盘进行摩擦，而决定球速的重点则轮盘作用到球中的力度与直流电二次输出脉冲的转化功率，从而影响到乒乓球的球速。控制二次脉冲瞬时输出的效率是能否以发球者的身份去完成发球的关键，如表1所示：

3.2 对控制发球旋转的研究

日前旋转大多分成以下几种：上旋球，下旋球，左侧旋弧线向右和右侧旋弧线向左，顺、逆旋转球等，旋转发球需要在第一次轮盘和球发生角度偏离后产生瞬时摩擦，之后微调发球口的水平初速度得到偏向力从而得到旋转目的，二次脉冲之后乒乓球即可飞出，接触到乒乓球桌面后，保持旋转的球与球面发生摩擦，从而完成旋转。

3.3 对控制落球点的研究

调控好乒乓球的落点方位对发球机而言极为关键，若想调控好发球的落点，则应当掌控好发球的初速度与距离，发球机通过对上述速度、旋转的多次实验，分析后将球台分设为9个不同的区域，即①左小三角;②网前区;③右小三角;④左边三角;⑤中央区;⑥右边三角;⑦左大三角;⑧端线区（追身区）;⑨右大三角。进行编码，如图1所示：

经过对力度和距离的反复实验把握精准的落球点。

3.4 智能系统对三者的操控

我公司研发的智能控制系统则是通过手机APP对三者可控性发球因素进行实时控制，手机APP中只需根据提示首先输入发球速度、旋转模式、落点位置，即可完成下次发球的设置。如发球速度选择特快，发球旋转选择左侧旋弧线向右，落球点选择①左小三角即可轻松完成。

4 智能发球机控制系统原理

与传统对转双轮基本原理相同，接通电源后的直流电带动摩擦轮反向旋转，结合摩擦轮反向旋转的基本过程，从而获得一定量的初速度，并实现发球的过程。基本原理的应用，对乒乓球发出的实际稳定性进行保证，并对乒乓球发出的方向以及速度进行控制，将练球者的基本练球方式逐步满足。智能系统芯片是乒乓球发球机控制器的内脏，如图2所示：

连接到我们的控制器上，手机APP上可操作控制任一个出球的速度力量和旋转了，且可任意组合。

利用手机智能存储功能，将每一次发球和使用者接球全都储存起来，为使提升运动员训练技巧，吸引更多用户使用智能发球，我公司设计的智能发球记在每完成一次如图3所示：

每一次完整操作后智能系统都会记录发球力度，转速和运动员接球的数据，根据大数据处理，实现日后发球的多变性。这样就可以实现日后使用过程中根据数据存储，结合自身实际通过手机APP调试符合使用者自己的出球方案。

5 智能发球机数据处理原理

乒乓球发球机主要功能可以根据使用者需要发出各种旋转，包括上旋、下旋、侧旋等;可以调整出球的力度及出球旋转的强弱;可以调整出球的弧线高低及可以调整出球的快慢频率，出球频率在25球每分钟致85球每分钟之间不间断调整，可以改变球的落点。发球机使用辅助了人与人之间的训练，它对乒乓球训练有不可替代的优势，我公司推出的智能乒乓球发球机控制系统利用压电加速度传感器获取乒乓球落点信号，根据设计落点信号调理电路，对从加速度传感器获取的乒乓球落点信号进行整理，从而保证所获取的乒乓球落点信号的质量及幅度。实现乒乓球落点检测奠定理论基础，对相同强度不同落点、不同激励强度相同落点时乒乓球台的响应特点及球台振动等干扰进行实验研究。采集并处理的乒乓球落点信号进行模数转换，并将乒乓球落点信息数据传送给使用者手机，通过手机智能APP对全部过程的影像记录，形成数据分析。

6 智能发球机优势

我公司研发的智能发球机能实现手机端对发球力度、弧度、转速等多方位一键调节，手机端简单操作，高效、便捷避免了专业调试浪费的时间和人员，为广大用户带来便捷体验。

智能发球机庞大的数据处理和分析能力，又给使用者提供准确的参考信息，致使即便不用去专业的运动场馆接受专业的训练也能通过AI智能实现科学的提升技巧的训练。

智能乒乓球的发球机的功能是多方面的，它的产生不仅只是为了提高使用的乒乓球技术水平，在健身娱乐方面也体现了很大的作用。乒乓球能作为中国的国球，说明中国大部分人喜欢这项运动。如果能把自己喜爱的运动和健身结合起来，既提高了技术水平又达到了健身目的，这便是最好的运动方式，智能乒乓球发球机就很好地提供了这种途径。

智能发球机适合于不同年龄的人群，它的出球力度自行控制，年龄小可以设置速度中快，锻炼小朋友反应能力，动作技术复杂，运动量大的节奏。而老年人可以根据自己的体质放缓节奏，达到合理的运动量。因为打球时大脑神经处于集中状态，而这种状态就可以延缓老年痴呆症的发生。

7 結束语

我公司研发的智能乒乓球发球机控制系统，通过手机智能解决了传统发球机使用不便调节，操作繁杂等问题，进一步提高智能乒乓球发球机的使用，推动部分观望人群变成行动派，推动实现普及乒乓球发球机进入老百姓生活的现状。

参考文献：

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