乒乓球擰拉技術智能訓練測試裝置

周祿

● 項目簡介

本項目設計是一款乒乓球擰拉技術訓練與智能測試裝置。用于解決乒乓球擰拉技術中揮拍力量、揮拍加速度訓練的問題。它是由訓練固定帶、彈力帶、乒乓球模擬訓練器、加速度監測器、溫濕度監測器五部分組成。這款裝置方便學生學習乒乓球擰拉技術，重點訓練學生揮拍時前臂的力量和揮拍時的瞬間爆發力（加速度）。

● 選題背景

乒乓球的擰拉技術是一項非常先進的技術。國家乒乓球隊專業球員張繼科、樊振東是擰拉技術的代表性人物。筆者所在學校的乒乓球隊員在練習這一技術時，遇到了難題，揮拍力量和加速度小，找不到合適的觸球點。為解決這一問題筆者設計了這款乒乓球擰拉技術訓練與測試裝置。

● 設計思路

該項目的設計思路是：首先要方便學生學習擰拉技術，且學生一個人能夠獨自練習，不用教練或隊友輔助拋球;其次是能夠提升揮拍力量和揮拍加速度（爆發力）;最后，可以利用掌控板對揮拍加速度、室內溫濕度等進行監測，方便學生查看訓練環境以及自己的訓練成績。

● 硬件清單（如下表）

● 研究過程

1.環境溫濕度監測部分

（1）硬件和軟件的選擇與操作

利用掌控板和DHT11傳感器進行監測，mind+編程實現。掌控板的正面是一個可以顯示文本的OLED顯示屏，它隨時顯示DHT11傳感器測量出來的數據。DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件。隊員在訓練時接通電源，設備就開始對訓練環境的溫度和濕度進行監測，確保學生的訓練安全。

（2）編程原理

利用屏幕顯示積木在屏幕上方顯示“溫度”和“濕度”提示文字，下方是當前溫濕度數據。

利用循環執行積木，不斷地刷新數據。里面包含了三個判斷積木“如果…那么…”。如果溫度大于26℃，提示信息是“天氣熱，注意防暑”，掌控板的三個提示燈顯示紅色，如下頁圖1所示;如果濕度大于80%RH，提示信息是“濕度大”，掌控板0號燈顯示藍色;如果濕度在30%～80%RH之間，溫度在18℃～26℃之間，提示信息是“當前環境適合運動”，掌控板的三個提示燈顯示綠色。編程代碼如下頁圖2所示。

2.揮拍次數和加速度監測

（1）硬件和軟件的選擇與操作

首先利用掌控板和自身帶的三軸加速度傳感器及mind+編程來實現，并將裝置固定到隊員持拍手的前臂上。這時就會有提示信息：按下P鍵監測開始，按下Y鍵監測結束。同時，屏幕還會顯示次數和加速度。當隊員訓練完畢，按下Y鍵，當加速度大于2800時顯示“你的表現為優秀”，當加速度大于2600小于2800時顯示“你的表現為良好”，當加速度大于2400小于2600時顯示“加油啊”，當加速度小于2400時顯示“你的揮拍速度有點慢”，同時，根據不同的成績會配上不同的音樂。

（2）編程原理

掌控板內置一個三軸加速度傳感器，通過傳感器可獲得自身的運動狀態，如前后傾斜、左右傾斜、搖晃、加速、減速等。本案例有兩個變量，一個是揮拍次數，另一個是加速度。通過實驗發現，在加速度的x、y、z和強度的值中，強度的值最符合實驗要求。因為強度的值是綜合x、y、z三個方向的值得到的矢量和，任何一個方向發生變化，強度的值都會變化，所以筆者選擇了強度值變化作為測量標準，并利用掌控板自帶的蜂鳴器播放不同測試結果下的音樂提示，參考代碼如上頁圖3所示。

3.其他材料和運用場景介紹

（1）固定帶

圖4是用到的固定帶，右側固定在兩腿和身體上，左側固定在手腕上，且兩者會連接在彈力帶上。

（2）彈力帶

圖5是三種彈力不同的松緊帶。隊員可以根據自己前臂的力量自由選擇，既可以使用單股，也可以多股同時使用。

（3）乒乓球模擬訓練器

模擬訓練器主要由底盤、鋼桿、鋼絲、固定器、乒乓球組成，其高度可調，如圖6所示。

（4）隊員訓練場景（如圖7）

● 總結

學生使用該裝置能夠很快掌握擰拉技術要領，并且力量和爆發力會有很大提升，且學生學習擰拉技術的積極性很高，為進一步學習乒乓球技術打下了良好的基礎。但是，本裝置對學生的揮拍加速度監測值是取若干次揮拍的平均值，有一定的誤差，精度還需進一步提升。