乒乓球自动发球机微机控制系统设计-开题报告

本科毕业设计 (论文)开题报告学生姓名 学 号 专 业 机械设计制造及其 自动化指导教师 职 称 所在系 机械工程学院课题来源 自拟课题 课题性质 工程设计课题名称一、选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况乒乓球作为我国的国球，它集健身、竞技、娱乐于一体，不仅可以锻炼身体，还可以练习头脑的灵活性、眼睛的反应力以及全身的协调性，因此在我国有着广泛的群众基础。如今乒乓球越来越受到人们的喜欢，成为人们业余活动的主要项目之一。虽然爱好乒乓球运动的人越来越多，但往往由于缺少陪练人员或者陪练的发球力度、角度、远近距离及球的旋转等技术发挥不稳定而导致训练效果欠佳。为了解决这两大难题，设计了一种既经济又实用的发球器，让更多的人能更舒适、更有效地进行多球练习。自动乒乓球发球机是集电子、机械和计算机技术为一体的综合技术产物。用自动控制取代以往的纯电路控制，可以增加许多性能，能更好地适应各种训练的需求。在控制方面采用单片机控制，不仅可以提高发球性能，而且能够降低成本，可以大大地提高训练效率。改进现有发球机的不足之处，使其能满足不同的使用需求。从经济观点或科研方面考虑，自动乒乓球发球机的开发、研究与应用都能极大地推动体育运动事业的发展。目前市场上销售的乒乓球发球机，按出球方式可以分为三类:一类是轮式发球机，一类是压气式发球机，另一类是捶击式发球机。按控制类型可以分为两类：一类是半自动，简单操作系列；另一类是全自动，电脑程控系列。国外乒乓球发球机的研究现状国外的乒乓球发球机发展比较快，其功能比较齐全，动性能也比较高，既可以满足普通练习者的需求，也可以满足专业运动员的日常训练要求。世界上生产乒乓球发球机的厂比较多，具有代表意义的厂家是美国的 NEWGY 公司和日本的 Butterfly 公司。国内乒乓球发球机的研究现状相对国外而言，国内的乒乓球发球机起步比较晚，但发展很快，从最初的全手动发球机到现在的全自动发球机，甚至有些产品性能超过了国外的同类产品。主要有以下几个典型方面：1.半自动式乒乓球发球机；2.双蛇牌乒乓球发球机；3.许绍发智能乒乓球教练机。尽管乒乓球发球机经过多年发展，己有很大改进，但发球机“打”出的球和人打得球还是许多不同:一是发球机发出来的球和运动员实际打过去的球在性能上不大相同;二是运动员打球时都有一个挥球拍动作，接球者可以借此来判断和反应，而发球机发出的球则很突然，接球者不好判断。二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施课题研究的内容各种不同的乒乓球发球机都有各自的强项和弱点，综合分析后发现，这些发球机由于自身机械结构的限制，都不能完全实现自动控制，某些功能的实现需要进行手动调节。同时其发球模式比较单一，不能完全模拟人工发球原理。本课题的研究内容是以现有乒乓球发球机为背景，对其进行改进设计以能满足实现随机发球及自动控制的要求。根据所需实现的功能，对现有乒乓球发球机的摇摆机构和发射机构进行改进设计，使其结构尽可能简单且方便控制，说明了要实现的主要技术参数指标以及达到这些技术参数指标所需要的保障，并对该方案的可行性进行一个初步的论述。分析了自动乒乓球发球机的工作原理及工作过程，并阐述了这种工作过程的可靠性及优越性。对乒乓球飞行过程的进行受力分析，最后对自动发球机进行相应分析设计，完成其设计方案，同时对控制电路进行相应的设计，最终得出结论，说明设计出这样的自动乒乓球发球机是完全可行的。预计达到的目标1.根据所需实现的功能，对原有乒乓球发球机的摇摆机构和发射机构进行改进设计，使其结构尽可能简单且方便控制，说明要实现的主要技术参数指标以及达到这些技术参数指标所需要的保障。2.介绍自动乒乓球发球机工作原理及工作过程，并阐述了这种工作过程的可靠性。选择对转双轮摩擦旋转原理作为自动乒乓球发球机发射装置的机械结构，并说明这种原理的优越性。3.进行自动乒乓球发球机控制系统方案的设计。具体包括外围设备的选择、电动机的选择、PWM 驱动器的选择等，详细说明控制系统的可靠性。4.提出实现随机发球的原理，并对其进行程序设计通过以上的工作，证明自动乒乓球发球机的设计思想是完全可行的。当然要提高自动乒乓球发球机的各项性能指标，还有待于以后更深入的探讨与研究。在科学技术日新月异的今天，将乒乓球发球机推广为自动型是完全可行的，它在工业生产中，特别是在体育事业中有着广泛的应用领域和美好的发展前景。关键理论和技术自动乒乓球发球机的控制器采用美国 ATMEL 公司的 8 位单片机 89C51 为核心微处理器，外围扩展电路包括:电动机驱动电路、电动机转速测量电路、键盘、液晶显示电路和红外接收电路。核心微处理器对传感器测得的转速信号进行分析，计算出与给定转速的误差值，启动软件算法调节器，产生输出信号经过驱动电路送给直流电动机，通过对直流电动机的调节实现对速度的闭环控制，同时驱动各步进电动机执行相关动作。通过键盘可以选择发球模式，以及设置发球速度、方向等，液晶显示器可以实时监控发球机的当前状态。红外遥控发送和红外遥控接收电路用于对自动乒乓球发球机进行远程控制，为减轻核心处理器的工作负担，采用解码芯片处理红外接收器接收到的信号，然后将信号传送给核心处理器，执行相关按键动作。三、主要特色及工作进度20*年 1 月初 2 月 21 日 资料检索、查询，课题可行性分析； 20*年 2 月 22 日 3 月 21 日 完成系统总体方案构思及设计；20*年 3 月 22 日 4 月 8 日 完成系统中中央控制系统设计；20*年 4 月 9 日 4 月 20 日 完成系统中控制电路外围接口电路设计；20*年 4 月 21 日 4 月 30 日 完成系统中软件系统、及系统抗干扰设计；20*年 5 月 1 日 5 月 10 日 完成毕业说明书撰写，说明书初稿检查；20*年 5 月 11 日 5 月 31 日 毕业设计及说明书检查、打印装订，答辩准备。四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）1三鼎公司. 记许绍发智能乒乓球教练机J.乒乓世界,2002,(6).2谭志光,杨子奕 .一种乒乓球发球机J.中国专利,02227172.4,2002-4-26.3杨子奕,谭志光 .乒乓球发球机的摇摆机构J.中国专利,99240511.4,1999-10-13.4蔡继玲.乒乓球竟赛规则问答M.北京:北京体育大学出版,2004.5成大先.机械设计手册 M.北京:化学工业出版社,2005.22.6东方马达. 直流小型标准电动机使用手册M.2007.1.7东方马达. 步进电动机使用手册M.2007.1.8关慧贞,高英明 .一种收拾发球机器人的设计J.机床与液压,2004,(12).9柳天扬.银球世界 -乒乓球运动