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自动乒乓球发球机设计摘要本设计提出了一种全自动控制的乒乓球发球机该发球机应用单片机C8051为软控芯片实现通过远程控制来改变发球快慢、发球力度、发球高度及角度等的功能并可模拟进行人工发球实现随机发球的效果本设计实现简单使用方便可满足乒乓球运动员对不同强度专业训练的要求关键词:发球机;单片机;远程控制前言:我国是乒乓球强国随着乒乓球运动的开展,尤其是对高质量的乒乓球专业训练要求的提高,设计一种高度自动化的乒乓球发球机具有积极重要的时代意义国内现有的乒乓球发球机的类型有两种,一种是半自动式发球机它需要通过人工对机头旋转角度进行手动调整从而实现各种发出各种角度的旋转球的目的;同时需要通过抬高或降低机头以对球的射程弧度进行手动调整这种发球机操作麻烦,功能基本越来越不能满足专业训练对发球机的要求另一种发球机是半自动式发球机通过电脑编程进行操作调节它的操作系统需要设置参数来实现各种发球意图这种半自动式发球机虽然可发出各种变化的球但由于设备体积大使用不方便,因此局限性较大本设计提出一种由红外遥控器控制的智能型乒乓球发球机它的体积小控制方便并可实现随机发球
1. 发球机的结构设计发球机模拟人工发球原理产生连续的多角度、多速度的球路变化由遥控器选择某一功能模式后从储球斗落入输送机构的球由输送轮送入送球通道进入发射机构后由摩擦轮将球发射出去发球机的结构如图1所示储球机构中拨杆的作用是搅动储球斗中的乒乓球防止入球口堵塞它通过输送机构中的直流电机带动一组锥齿轮来转动球靠自身重力落入输送机构输送机构中的直流电机以遥控器选择的速度模式带动输送轮运动输送轮上设有半圆形卡球槽将球送入送球通道球在通道内依次排成一列后面的球将前面的球顶入发射机构发射机构中的直流电机也以设定的速度模式带动摩擦轮转动当球进入时在摩擦力的作用下将球发射出去图1自动发球机结构图调整机构可使发球机发射不同高度的球其工作过程为:步进电机带动丝杠转动与丝杠配合的螺母实现上、下运动则与螺母固定在一起的托盘带动发射机构调整发射高度角度摆动装置可连续摆动发球也可定角度发球由步进电机带动转动齿盘在某角度内摆动齿盘上的托板带动发射机构摆动当按下遥控器的暂停键时可固定在该角度发射球其功能组成如图2所示图2自动发球机功能组成框图
2. 发球机的控制系统设计
2.1硬件结构整个系统以单片机C8051作为其控制核心其功能主要包括:根据解码单片机获得的按键信号发出相应的控制信号驱动各个电动机做执行动作;控制电动机实现随机发球;将各种数据在显示器上显示等本装置的供球快慢和发球力度由直流电动机来控制实现;而发射装置在一定角度内摆动以及在一定距离内上、下移动由步进电动机来控制实现电动机驱动选用专用功率集成芯片L298用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等元件其驱动电压可达46V直流电流总和可达4A内部有2个完全相同的PWM功率放大器电动机驱动电路图如图3所示图3专用功率集成芯片L298电动机硬件电路图
2.2软件系统设计软件主程序主要包括实现初始化、辨别接收红外信号、执行按键操作和调用显示子程序等功能初始化程序为系统上电后做准备工作当接收到遥控器发送的信号后引起解码单片机的中断使单片机判断键值然后将键值传给核心单片机核心单片机根据所得键值执行对应的操作动作同时显示正执行的功能状态其模块结构如图4所示图4自动发球机软件总控模块电动机的调速方式都采用脉宽调制PWMPWM脉冲控制信号的产生方法有多种本系统采用软件模拟法即利用单片机的一个I/O引脚通过软件使该引脚不断输出高低电平来实现PWM波形输出为减少对CPU的占用时间采用计数器定时的方法其程序如图5所示图5直流电动机程序流程图控制步进电动机摆动、转动的脉冲控制信号仍采用定时中断的方式产生改变定时时间即可改变脉冲频率从而改变电动机的转速角度摆动机构要求步进电动机在某角度内摆动根据摆动角度和步距角得出所需的脉冲数N取偶数先左旋N/2个步距角再右旋N个步距角左旋N个步距角以此反复实现左右摆动功能左转时绕组通电顺序为:A-AB-B-BC-C-CD-D-DA右转时通电顺序为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA将8路相序分别设定为表格形式由单片机I/O口通过查表依次输出控制脉冲信号上、下调整机构实现上、下运动的原理同上根据运动距离、丝杠螺距得出电动机转动角度则同样可以求得所需脉冲数本装置采用两相步进电动机用半步励磁法实现
0.9°的步距角其脉冲分配由软件方法实现程序流程图如图6所示需调速时通过查表改变进入中断的定时时间即可图6步进电动机程序流程图参考文献Reference:
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