智能乒乓球發球機控制系統

李愛鋒

摘? 要：我國乒乓球技術在無論國際任何賽場上可謂一枝獨秀，中國更是獨步兵壇的常青藤。乒乓球的主要參數主要有力度、轉速、弧度、落點等。如今伴隨我國科技的突飛猛進，手機智能時代已經悄悄走進我們生活。然而，在我國智能技術在體育領域的應用卻很少，仍然處于剛起步的階段。雖然乒乓球發球機已在部分體育訓練，但為使乒乓球運動更專業更智能和普及，我公司設計此款智能乒乓球發球機控制系統，該系統在普通發球機設定的工作模式下由加速度傳感器采集運動員回球落點區域的信號，經放大、濾波、編碼等處理后，單片機采集相關數據并存儲，同時相關數據可由顯示器顯示出來，并通過串口能夠把數據傳輸給使用者手機。通過手機實現隨心調試、數據分析處理、歷史影像存儲、趨勢分析等功能，以表格、曲線等方式顯示和打印相關數據。智能系統和乒乓球發球機的結合優勢就呼之欲出了，即通過智能系統與手機APP調試的便捷性吸引更多的乒乓球愛好者的使用，智能系統與手機APP的存儲又可以作為教練員和學員可以參考的客觀數據去完善訓練過程、提高運動技能。

關鍵詞：乒乓球發球機;智能系統;優勢

中圖分類號：G846 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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 乒乓球發球機的現狀分析

乒乓球發球機是部分球館和球友家庭生活的必備娛樂和訓練工具。乒乓球發球機適用于社會、學校、家庭、專業訓練場館使用。發球機可發各種性質的球，既可用于娛樂健身，又適合于專業訓練，性價比特別高。雖然乒乓球發球機具有很寬闊的使用和需求場景，但是因為出球力度、轉速、回球的弧線、落點等相對單一且不利于調試，由于普通乒乓球發球機操作不便，致使部分觀望姿態的消費者望而卻步喪失對發球機購買使用的決定同時也喪失了對乒乓球的喜愛和興趣。從而也導致乒乓球發球機銷量年增長率由2015年的7.14%降至2019年的6.76%。

2 智能發球機研發的必要性

傳統老式乒乓球發球機由于出球力度、轉速、回球的弧線、落點等相對單一，如需對下次出球上述參數進行調整，需派調解師操作控制器進行調試，調試過程相對繁瑣。因為使用頻率大，調整繁瑣，導致整體體驗效果差。因此我單位研發的智能發球機控制系統就尤為必要了，在傳統發球機上搭載我公司研發的智能系統，只需要簡單操作即可解決上述問題，智能系統與當今手機APP相匹配，從而實現“傻瓜式”控制，更可以根據使用者自身的要求，“隨心所欲”的調試（合理范圍內）。從而吸引更多乒乓球觀望者成為使用客戶，成為乒乓球運動的愛好者，癡迷者。

3 發球機發球原理

乒乓球發球機是集電子設計、機械工程和計算機技術為一體的綜合技術產品，它具有自動化程度高、靈敏度高、穩定性可靠等多種性質。發球機發球的工作原理是利用轉輪摩擦來實現。待發射的乒乓球由于受到旋轉摩擦輪的作用，在發射口就獲得一定的初速度（力度）。這時如果電機帶動驅動輪轉動，會摩擦乒乓球使球獲得一定的動能，乒乓球就得以發射出去。

3.1 對控制發球速度的研究

若想控制和改變發球的速度，則應當先掌握其原理，在發球中乒乓球和輪盤進行摩擦，而決定球速的重點則輪盤作用到球中的力度與直流電二次輸出脈沖的轉化功率，從而影響到乒乓球的球速。控制二次脈沖瞬時輸出的效率是能否以發球者的身份去完成發球的關鍵，如表1所示：

3.2 對控制發球旋轉的研究

日前旋轉大多分成以下幾種：上旋球，下旋球，左側旋弧線向右和右側旋弧線向左，順、逆旋轉球等，旋轉發球需要在第一次輪盤和球發生角度偏離后產生瞬時摩擦，之后微調發球口的水平初速度得到偏向力從而得到旋轉目的，二次脈沖之后乒乓球即可飛出，接觸到乒乓球桌面后，保持旋轉的球與球面發生摩擦，從而完成旋轉。

3.3 對控制落球點的研究

調控好乒乓球的落點方位對發球機而言極為關鍵，若想調控好發球的落點，則應當掌控好發球的初速度與距離，發球機通過對上述速度、旋轉的多次實驗，分析后將球臺分設為9個不同的區域，即①左小三角;②網前區;③右小三角;④左邊三角;⑤中央區;⑥右邊三角;⑦左大三角;⑧端線區（追身區）;⑨右大三角。進行編碼，如圖1所示：

經過對力度和距離的反復實驗把握精準的落球點。

3.4 智能系統對三者的操控

我公司研發的智能控制系統則是通過手機APP對三者可控性發球因素進行實時控制，手機APP中只需根據提示首先輸入發球速度、旋轉模式、落點位置，即可完成下次發球的設置。如發球速度選擇特快，發球旋轉選擇左側旋弧線向右，落球點選擇①左小三角即可輕松完成。

4 智能發球機控制系統原理

與傳統對轉雙輪基本原理相同，接通電源后的直流電帶動摩擦輪反向旋轉，結合摩擦輪反向旋轉的基本過程，從而獲得一定量的初速度，并實現發球的過程。基本原理的應用，對乒乓球發出的實際穩定性進行保證，并對乒乓球發出的方向以及速度進行控制，將練球者的基本練球方式逐步滿足。智能系統芯片是乒乓球發球機控制器的內臟，如圖2所示：

連接到我們的控制器上，手機APP上可操作控制任一個出球的速度力量和旋轉了，且可任意組合。

利用手機智能存儲功能，將每一次發球和使用者接球全都儲存起來，為使提升運動員訓練技巧，吸引更多用戶使用智能發球，我公司設計的智能發球記在每完成一次如圖3所示：

每一次完整操作后智能系統都會記錄發球力度，轉速和運動員接球的數據，根據大數據處理，實現日后發球的多變性。這樣就可以實現日后使用過程中根據數據存儲，結合自身實際通過手機APP調試符合使用者自己的出球方案。

5 智能發球機數據處理原理

乒乓球發球機主要功能可以根據使用者需要發出各種旋轉，包括上旋、下旋、側旋等;可以調整出球的力度及出球旋轉的強弱;可以調整出球的弧線高低及可以調整出球的快慢頻率，出球頻率在25球每分鐘致85球每分鐘之間不間斷調整，可以改變球的落點。發球機使用輔助了人與人之間的訓練，它對乒乓球訓練有不可替代的優勢，我公司推出的智能乒乓球發球機控制系統利用壓電加速度傳感器獲取乒乓球落點信號，根據設計落點信號調理電路，對從加速度傳感器獲取的乒乓球落點信號進行整理，從而保證所獲取的乒乓球落點信號的質量及幅度。實現乒乓球落點檢測奠定理論基礎，對相同強度不同落點、不同激勵強度相同落點時乒乓球臺的響應特點及球臺振動等干擾進行實驗研究。采集并處理的乒乓球落點信號進行模數轉換，并將乒乓球落點信息數據傳送給使用者手機，通過手機智能APP對全部過程的影像記錄，形成數據分析。

6 智能發球機優勢

我公司研發的智能發球機能實現手機端對發球力度、弧度、轉速等多方位一鍵調節，手機端簡單操作，高效、便捷避免了專業調試浪費的時間和人員，為廣大用戶帶來便捷體驗。

智能發球機龐大的數據處理和分析能力，又給使用者提供準確的參考信息，致使即便不用去專業的運動場館接受專業的訓練也能通過AI智能實現科學的提升技巧的訓練。

智能乒乓球的發球機的功能是多方面的，它的產生不僅只是為了提高使用的乒乓球技術水平，在健身娛樂方面也體現了很大的作用。乒乓球能作為中國的國球，說明中國大部分人喜歡這項運動。如果能把自己喜愛的運動和健身結合起來，既提高了技術水平又達到了健身目的，這便是最好的運動方式，智能乒乓球發球機就很好地提供了這種途徑。

智能發球機適合于不同年齡的人群，它的出球力度自行控制，年齡小可以設置速度中快，鍛煉小朋友反應能力，動作技術復雜，運動量大的節奏。而老年人可以根據自己的體質放緩節奏，達到合理的運動量。因為打球時大腦神經處于集中狀態，而這種狀態就可以延緩老年癡呆癥的發生。

7 結束語

我公司研發的智能乒乓球發球機控制系統，通過手機智能解決了傳統發球機使用不便調節，操作繁雜等問題，進一步提高智能乒乓球發球機的使用，推動部分觀望人群變成行動派，推動實現普及乒乓球發球機進入老百姓生活的現狀。

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