一種體育球類自動存放及計數(shù)裝置

毛磊

（山西能源學院 山西 晉中 030600）

背景

球類運動是重要的體育運動項目之一，如，籃球、足球和排球等，中小學及高?；径奸_設有籃球、足球和排球課程，因此如何存放球類是重要現(xiàn)實問題，其如何進行科學設計將很大程度上提高使用的效率。目前，學校體育器材室中球類的存放方式通常使用簡易的架子、箱子或袋子，但由于球類容易滾動，在架子上容易滑落，在箱子或袋子里占用空間大，且使用時拿取不方便，因每天體育課均使用到球類，存、取、放球的頻率極高，器材室管理人員每次進行統(tǒng)計球的數(shù)量工作量極大，可見，存放和統(tǒng)計球的數(shù)量時耗時耗力。

隨著加工產業(yè)的創(chuàng)新性發(fā)展，各類新式產品不斷生產，然而國內企業(yè)對球類自動存放和計數(shù)裝置的產品設計較少，在設計過程中不僅要考慮如何自動進球和取球，而且要考慮如何自動化計數(shù)，另外還需考慮產品的成本，以滿足大批量生產和市場拓廣。

為此，針對現(xiàn)在裝置技術的不足，在充分考慮節(jié)約成本的基礎上，最大程度上提升球類存放的便捷性。本文設計了一種可自動存放及計數(shù)的球類存放裝置，實現(xiàn)了球類的自動放置、自動計數(shù)和自動拿取的功能。

1、總設計方案

球類存放裝置如圖1所示，共包括傳送裝置、置物架體、主控面板三部分。置物架體居中安裝，傳送裝置安裝于置物架體的左側，主控面板獨立安裝于收納筒的右側。其中，傳送裝置包括底座、滑輪、旋轉把手、皮帶、運送板，實現(xiàn)了將球從運送板移送至置物架體中的球類放置板上的功能；置物架體包括固定支架、球類放置板、其他物品放置板、收納筒，球類放置板傾斜35°左高右低安裝于固定支架上，其他物品放置板水平安裝于固定支架上，收納筒焊接在置物架體的右下角，收納筒焊接在置物架體的右下角；主控面板包括顯示屏、開關按鈕、電源，其中，顯示屏可實現(xiàn)實時計數(shù)的顯示功能。特別地，傳送裝置與置物架體間安裝有帶腳踏板的鋁板，通過踩壓移動鋁板，實現(xiàn)運送板的右端磁鐵與球類放置板的左端磁鐵的相吸及相斥。

圖1 裝置設計總圖

具體地，置物架體底部的兩側均固定連接有支撐腿，支撐腿的底部固定連接有防滑墊。傳送裝置的底端安裝有固定底盤，底盤固定于地面，且傳送裝置兩端均安裝傳送板，傳送板的一端與傳送帶用彈簧連接，另一端安裝有磁鐵。收納筒與置物架體的右側兩端固定支架焊接固定，收納筒內底端固定安裝有橡膠墊，且收納筒四周有掛鉤，方便使用者掛置收納網(wǎng)。主控面板中的開關控制顯示屏，電源的連接是否決定了主控面板的工作與否。另外，圖1示意圖中以5層球類置物架、2層其他物品置物架、5層傳送板為例，在實際應用中，可根據(jù)具體需求進行增加層數(shù)。

2、具體設計思路

2.1、傳送裝置

如圖2所示，為傳送裝置的滑輪連接示意圖，結合圖1中的傳送裝置部分，傳送裝置的設計思路為：使用者直接將球依次放置在傳送裝置的右側傳送板上，通過旋轉帶旋轉把手的滑輪4，帶動滑輪5、3、2、1滑輪轉動，放滿球的底層傳送板逐漸移動至高處，繼續(xù)在底層傳送板上放置球，當靠近球類放置板的傳送板上全面放滿球后，踩至鋁板的腳踏板，鋁板傾斜彈出，傳送板右端磁鐵和球類放置板左端磁鐵相吸，多層傳送板上的球同時自動滾落到每一層的球類放置板的最右端。

圖2 傳送裝置滑輪連接圖

特別地，每層傳送板的球類放置圖如圖3所示，本文以2排、4列為例，在實際應用中，可根據(jù)具體需求進行增加排數(shù)和列數(shù)。

圖3 傳送板球類放置圖

2.2、置物架體

如圖4所示，為置物架體的結構示意圖，結合圖1中的置物架體部分，置物架體包括固定支架、球類放置板、其他物品放置板、收納筒。置物架體的設計思路為：球類放置板表面等間隔設有第一凹槽，第一凹槽體積小于球類體積，在每一第一凹槽中心設有壓力傳感器，在球類放置板右側末端設有第二凹槽，第二凹槽的長度為球類放置板的寬度的1.5倍，且第二凹槽安裝擋桿，用于將球擋在球類放置板而不會落下，擋桿兩端垂直安裝萬向自鎖輪，通過移動檔桿讓球落入收納筒中，具體放置示意圖如圖5所示。當拉動不同球類放置板上的擋桿，可使固定旋轉板上的球自動落入收納筒中。特別地，第一凹槽中壓力傳感器檢測到是否有球，顯示屏中實時顯示已放置球的數(shù)量。另置物架體底部的兩側均固定連接有支撐腿，支撐腿的底部固定連接有防滑墊。另外，其他物品放置板表面固定安裝有橡膠墊，用于放置其他物品，更充分地利用所有空間。

圖4 置物架體的結構示意圖

圖5 第二凹槽上檔桿的放置示意圖

具體地，當使用者需要拿取球時，可先選定一層或多層球類放置板，接動該層第二凹槽中擋桿后端拉繩，當球右側無檔桿時，球自動落入收納筒中，當只需拿取該球類放置板上的部分球時，拉動該層第二凹槽中擋桿前端拉繩，直到擋桿擋住球體，球體不再掉落，取球動作結束。使用者循環(huán)以上放置動作，直至球全部放滿球類放置板，同時，第一凹槽中壓力傳感器檢測到是否有球，顯示屏中實時顯示已放置球的數(shù)量。當使用者需要拿取球時，可先選定一層或多層球類放置板，接動該層第二凹槽中擋桿后端拉繩，當球右側無檔桿時，球自動落入收納筒中，當只需拿取該球類放置板上的部分球時，拉動該層第二凹槽中擋桿前端拉繩，直到擋桿擋住球體，球體不再掉落，取球動作結束，顯示屏上的球總數(shù)實時更新。特別地，圖4中球類放置板是以2排、4列為例，與傳送板的球類放置圖保持一致，在實際應用中，也可根據(jù)具體需求進行增加排數(shù)和列數(shù)。

2.3、主控面板

主控面板為PCB印制電路板，分別設有顯示屏、電源開關、電源接口、主控芯片，主控CPU芯片選用MAX1714，其熔焊有信息接收模板、信息傳輸模塊、信息解析模板，其中，信息接收模板通過數(shù)據(jù)傳輸線與壓力傳感器連接，壓力傳感器為安裝于球類放置板的第一凹槽中的傳感器。

其中，壓力傳感器的主要原理是通過感受壓力信號，并將其壓力信號變換為電路可傳輸?shù)碾娦盘?，通常包括壓力敏感元件、信號處理單元。一般地，壓力傳感器包括壓阻式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。本文采用最基礎的壓阻式壓力傳感器，主要原理是單晶硅的壓阻效應，當外部給傳感器的壓力發(fā)生改變時，單晶硅產生應變，轉換為輸出二進制信號，傳遞至顯示端。

在主控面板中，主控制器是系統(tǒng)的關鍵部分，其穩(wěn)定運行直接決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過主控制器控制數(shù)據(jù)采集部分獲取傳感器數(shù)據(jù)，通過主控制器控制功能部分實現(xiàn)控制功能。本文選用的是STC89C52單片機，其執(zhí)行能力強、運算速度快，費用成本低、開發(fā)周期成本低，另選用D3B壓力傳感器，其結構設計簡單，不需電源和其他電路，裝置體積小，廣泛應用于航空航天、智能硬件、汽車業(yè)、農業(yè)等領域，考慮到壓力傳感器輸出的是模擬量，所以需通過模數(shù)轉換電路進行數(shù)據(jù)轉換，輸出數(shù)字量后，需要搭配模數(shù)轉換芯片。

2.4、單片機芯片的選擇

在方案設計初期，計劃使用可編程邏輯器件作為主控制器，其具有編程靈活、集成度高、穩(wěn)定性好、適用范圍廣等功能優(yōu)點，然而球類放置架非大型系統(tǒng)，不需要控制系統(tǒng)具有復雜的邏輯功能，對于數(shù)據(jù)的處理速度需求低，所以該方案不可?。蝗缓?，選用單片機控制器，其中包括STC89C52和STM32，前者是CMOS工藝8位微控制器，RAM和ROM存儲空間大，工作電壓范圍更廣，支持在線編程，低功耗、性能高，后者是半導體ST公司的基于ARM7架構的32位的微控制器，配備Cortex-M3內核，具有實時仿真和跟蹤的功能。因此，結合成本和功能需求，本文方案中選中性價比較高的STC89C52單片機作為主控制器。

3、市場推廣分析

3.1、市場分析

球類放置架屬于體育用品領域，其適用于具有生產力的中小企業(yè)，該類企業(yè)在生產產品時，應注重產品的實用性。如，大小滿足一般場地需求，同時，產品類別多樣性，可根據(jù)用戶場地需求，進行產品個性化定制。并且應跟網(wǎng)絡平臺上同類產品的性能和銷售情況差異性進行對比，了解產品性能優(yōu)勢和不足，有助于快速定位產品銷售用戶。除經(jīng)此外，還應注重考慮產品用戶的穩(wěn)定性，并在學校中加強推廣。

3.2、產品分析

經(jīng)過與同類產品對比，本文設計的產品主要具有以下優(yōu)勢：

（1）自動放置球的功能。傳送裝置包括有皮帶、運送板以及驅動輪組件，驅動輪組件用以驅動皮帶傳動，運送板設置有多個并且對稱設置在所述皮帶的兩側，每側的運送板與球類放置板一一對應，通過拉動隔離鋁板，讓運送板與放置板相接，球類自動滾動至放置板；

（2）自動計數(shù)功能。紅外傳感器可檢測出球類放置板上球的數(shù)量，并在顯示屏上顯示總數(shù)量，當取球后，球類數(shù)量實時更新；

（3）自動取球功能。拉動U型擋桿兩側的拉繩時候，球自動落入收納筒中；

（4）其他物品放置功能。單獨設置有雜物放置板，使用者可自主放置其他物品。

因此，本文產品解決了現(xiàn)有市場上的球類存放裝置不具備自動存放的功能，使用中無法實時自動統(tǒng)計裝置上放置球類的數(shù)量，導致使用者費時費力的問題。

3.3、需求分析

市場產品的競爭除功能外，更重要是價格競爭，在產品銷售初期定價時，應進行充分嚴謹?shù)恼{研，分析成品，最終進行產品價格的定價。目前很多企業(yè)在定價時，并沒有很好地做好戰(zhàn)略性考慮，使用產品的銷售量不能穩(wěn)定上升。且在產品定價中應考慮到直接供應商、代理商、經(jīng)銷商等不同的角色定位。另外，還要考慮當?shù)厥袌龅馁徺I力，進行產品的特色化功能設計，從而制定合理價格，不僅保證了產品的通用功能滿足一般用戶需求外，而且保證了產品滿足特殊功能需求用戶，這樣有利于產品的持續(xù)化銷售和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4、銷售渠道

產品銷售渠道是產品通向消費用戶的直接橋梁，若為中小型企業(yè)，可采用直接經(jīng)銷制和代理制的銷售方式，可有效降低中間經(jīng)銷商差價，也更有利于產品銷售終端網(wǎng)絡的建立和用戶的粘性。首先，從各省市中小學、高校入手，進行產品的銷售與推廣；然后，到各類經(jīng)銷代理商進行產品介紹和推廣，根據(jù)各地實際市場情況采用個性化的合作實現(xiàn)企業(yè)和代理商的產銷合作模式。

4、總結

本文針對學校體育器材室中球類的存、取、放困難，器材室管理人員每次進行統(tǒng)計球的數(shù)量工作量極大的問題，設計了一款球類存放及計數(shù)裝置，該裝置可通過傳送裝置將球自動放置于球類放置板上，壓力傳感器可檢測出球類放置板上球的數(shù)量，并在顯示屏上顯示總數(shù)量，當拉動不同球類放置板上的擋桿，可使球自動落入收納筒中，同時顯示屏上的數(shù)量實時更新，并可在其他物品放置板上自主放置其他物品，解決了現(xiàn)有市場上的球類存放裝置不具備自動存放的功能，使用中無法實時自動統(tǒng)計裝置上放置球類的數(shù)量，導致使用者費時費力的問題，提高了球類存放裝置的使用便捷性。文中最后結合本文設計產品，進行了產品的市場推廣分析，包括：市場分析、產品分析、需求分析和銷售渠道分析。