乒乓球辅助训练系统　

作者 郭晓宇 刘文宇 王曦 李航 柳阳 大连理工大学(辽宁 大连 116024)

摘要：介绍了以中天CK-CPU架构及其平台为核心，可检测乒乓球在球案上的落点位置，并显示搭载在阿里云服务器的网站。落点检测的方法是声源定位法，即通过布置在乒乓球案周围的三个麦克风采集球落在乒乓球案上的声音或者击球时的声音，然后经过放大器、带通滤波器、比较器等信号处理单元，比较收到三路信号的时间差，经过计算，最终确定落点或击球点在三维空间的具体位置。通过无线网络接口模块ESP8266，可以将各种数据上传到阿里云服务器上，并在web端用图形化显示重现落点位置，帮助人们分析乒乓球训练中的各种问题，提升人们的乒乓球技能。

0 引言

　　随着21世纪以来传感器的发展和算法的进步，运动监测发展十分迅速，市场上出现越来越多的运动目标监测系统。运动监测传感器通常以无线方式与手机等智能终端连接，监测人体状态，并将数据发送到智能终端进行分析，从而更科学地进行体育活动。本文旨在开发一套乒乓球运动智能监测系统，为乒乓球活动爱好者提供便利。乒乓球是广受男女老少喜爱的体育运动，也是奥运会的体育竞赛项目之一。其开展条件简单，可参与性强，符合中国国情，在国内外普及程度很高。

　　为了给乒乓球训练提供数据基础，本文利用加速度传感器和麦克风传感器，开发了一套能够统计乒乓球落点和正反手乒乓球击球个数的分析系统，并将数据传送到web端进行查看。我们还通过系统控制手机录制视频，记录比赛的精彩瞬间。

　　综合考虑乒乓球运动场地、球桌和球拍的特点，本文使用了C-SKY开发的CK802系列CPU为核心，构建了分析速度快、性能稳定的分析系统。系统使用了三个麦克风传感器，固定在乒乓球案的不同方向，采集乒乓球的掉落位置。我们使用了声源检测法，相比市面上常见的一组并排麦克风传感器结构，采用分布式排列三个麦克风传感器，更有效地采集落点信号。通过对信号进行放大、滤波和比较，将信号处理为方波信号。通过比较三个麦克风传感器的信号发生时间，对落点位置进行较精准的定位。该定位方式非常适用于小面积的准确定位，并且实现成本低，符合乒乓球运动监测的要求。

　　为保证不同应用场合需求，本设计支持有线和无线两种方式完成互联网连接，将系统采集的数据传送到阿里云的服务器端进行呈现。在开发平台上，我们使用了云OS操作系统，实现数据的收集和发送。通过阿里云的服务器，将采集的落点以图形界面的形式呈现在web端。云端操作具有联网设备可以随时随地查看的优点。乒乓球爱好者可以随时登录网页端查看自己的运动数据，且显示界面清晰，用户体验友好。

　　本系统实现了乒乓球训练的数据统计功能。其查看数据方便简单，实现成本经济，可在不同环境下使用，为乒乓球运动目标监测提供了较好的解决方案。

1 声源定位

　　通过在乒乓球桌的三个角位置布置三个声音传感器来步骤乒乓球与球台碰撞的声音数据，运用SX算法对数据进行处理，来得出落点的具体位置。

2 硬件电路

　　本系统的应用外围处理电路主要包括拾音电路设计和滤波电路设计。

　　2.1 拾音电路设计

　　本文通过NE5532设计了一款高性能拾音电路，保证对乒乓球与球桌碰撞声音的精确灵敏采集。

　　如图1所示，在双接口处接入麦克风咪头，在三口输入处接入电源线、地线和输出线。采用圆弧走线的方式减少由布局布线引发的阻抗不连续。

　　2.2 滤波电路

　　滤波电路原理图如图2所示，图中有二阶无源带通滤波电路和一阶有源带通滤波电路，每一个滤波器共含有3组如上电路，最后通过比较器输出。经过计算，滤波电阻取值为27 kΩ，电容值为10 nF，中心频率为589.463 Hz，同本文计算所需的600 Hz相差不大，符合需求。