电子数字显示式力度计量器.pdf

本发明涉及一种电子数字显示式力度计量器械，诸如电子数字显示式拳击机、握力器和臂力器。
    电子数字显示式力度计量器械，克服了过去单纯机械式力度计量器械的缺陷，具有直观、准确等优点。已有的电子数字显示式力度计量器械，例如本申请人88年9月15日申请的电子数字显示式计力器，申请号88214118.X，一般由受力体（比如拳击机座）、传感器（一种电阻应变片）和电子数字显示装置组成，由于机械变形，传感元件的蠕变，电子元器件的温漂、时漂等因素的影响，使得这类计力器存在零点漂移等问题，使用时，须经常调整电子电路部分。这不但增加器械维护上的麻烦，而且影响测量精度。现有的电子数字显示式计力器还存在不能更新、保持力度最高记录、不能记录单位时间内的施力次数以及不能累计力度数值等缺陷。

    本发明的目的在于克服现有电子数字显示式力度计量器械的上述缺陷，对电子数字显示装置加以改进，采用微电脑技术，提供一种功能全、稳定性好的微机控制的电子数字显示式力度计量器。

    本发明特征是将作用于受力体（诸如拳击机构、握力机构、臂力机构等）的力，经传感器（一种电阻应变片），转化为电信号，通过电子线路送微机系统，按事先设计的程序，经各种运算后，送显示器，显示各种数据，如力度、施力次数、力度最高值、累计值等。

    本发明的详细技术内容由实施例及其附图给出。

    图1为实施例电子数字显示装置的整机工作原理框图。

    图2为图1框图中应变片桥路及放大电路原理图。

    图3为图1框图中多路转换和A/D转换电路原理图。

    图4为图1框图中微机系统电路原理图。

    图5为图1框图中显示电路原理图。

    图6为图1框图中电源部分电路图。

    本实施例为一个包含拳击、握力、臂力三种力度计量功能的电子数字显示式计力器，由受力体（分别为拳击机座、握力以及臂力作用体）、传感元件（电阻应变片）和微机控制的电子数字显示装置。受力体与传感元件接触，当力作用于受力体时，传感元件（电阻应变片）在受力体作用下，产生形变，阻值发生变化，受力越大，则阻值变化越厉害，这种变化的信号经应变片桥路输送给微机控制的电子数字显示电路装置，经处理，在数码管上显示相应力度值或其它功能（例如施力次数、最高值等）。受力体一般由力作用面和弹性材料件组成，力作用面具体结构视功能不同而设计（可参见本申请人申请的专利“电子数字显示式计力器”，申请号：88214118.X，和电子数字显示式拳击机的拳击机构，申请号：89206327.0），这里不再作详细叙述，以下简要描述该计力器中微机控制的电子数字显示装置部分。该电子数字显示装置由电阻应变片桥路（传感器部分）、放大电路、多路和A/D转换电路、微机系统、显示电路和电源组成（见图1）。应变片桥路由两片电阻应变片（ML）和电阻R1、R2组成，电阻应变片贴于受力体的弹性材料两面，桥路两端最好加上稳定电压，当受力体地弹性材料受力变形，贴于弹性材料上的两片电阻应变片也随之变形，电阻值产生变化，桥路将产生一个电压信号，该信号经放大电路放大后，送多路转换电路、A/D转换电路，微机系统控制多路转换、A/D转换电路，轮流对三路信号进行采样，和A/D转换，然后读出转换后的数字信号，进行各种运算。整机未工作之前（例如投币前），微机若三次连续对某一路信号测得同一值，则把这个缓慢变化的信号作为这一路信号的基准，送内存保存。当整机开始工作（即投币后），将该一路测得的信号减去基准，就可以得到输入作用力的信号，这样就可以有效地消除由于机械变形、传感器蠕变、电子元器件温漂、时漂等因素引起的零点漂移对测量精度的影响。投币后（本实施例的投入硬币，作为启动整机的方式），微机系统对每一路（应变片桥路及放大电路）信号高速轮流采样，当测得某一路（例如拳击机）信号大于它的基准时，一次测量开始，並继续测量，若测得信号大于前一值，则替换前一值，若小于前一值则丢失，当测得信号等于基准时，则这一次测量结束，保存下来的将是该项测量的最高值，把它作为该次的测量值，通过运算，送显示器显示。微机系统的内存还开辟一个最高纪录区，它可以将每次测量值同最高纪录比较，若大于或等于最高纪录，则作为新纪录，用新记录取代旧记录，然后将新记录送显示器显示，这就达到更新，数次施力而保持最高记录的功能。微机系统还可以启动内部定时电路，在一定时间内测量施力次数，经运算，送显示器显示，以达到测量单位时间内施力次数。微机系统还可以将在定时时间内测得的各次测量值累加，得到施力的总力度。

    本实施例的微机控制电子数字显示装置的各部组成结合附图给予说明。应变片桥路具体结构前已说明，这里从略，放大电路由运放A1、电阻R3、R4组成（见图2），其作用是将应变片桥路输入信号放大后，送多路转换电路。由图1可知，本实施例有三组应变片桥路和放大电路，图2只画出一组，其它二组相同，从略，三组分别与三种受力体连接，用于拳击力、臂力和握力的信号输入，这三路输出信号分别由微机控制送多路转换电路（4051）的I1、I2、I3输入端。多路转换电路和A/D转换电路如图3所示，由模拟开关（4051）、可编程定时器计数器（8253）、D触发器（74）、运算放大器A4、比较器A5以及门电路G1、稳压管D和若干阻容元件组成，模拟开关（4051）作为多路转换器，其它电路组成一个双积分A/D转换电路，其中A4、C1和R5（或R6、R7、R8由4051状态决定）组成积分器，稳压管D和电阻R，组成稳压电源，作为双积分的基准电源。该A/D转换电路优点是精度高（最高达16位精度），速度高（本实施例选用10位精度，A/D转换速度可达每秒1000次，这样速度使得测量拳击速度成为可能），价格低（一般高速A/D转换器，精度在10位以上的，价格就要数百元，而该电路元器件只需20多元）。微机系统（见图4），由单片机（8031）、程序存储器（2764）、地址锁存器（373）及晶振、阻容元件组成，这是8031单片机的最小系统。单片机8031根据存在程序存储器（2764）内的程序（事先编制）进行预定的工作，其主要功能是：（1）通过中断口INTO，检测投币信号;（2）通过 WR、 RD、P27、Ac、A1和P0口，对可编程定时器计数器（8253）进行读/写操作;（3）通过P17、P16、P13控制多路转换A/D转换电路工作;（4）将A/D转换后的信号进行运算，以求得各种数据，並将这些数据保存，包括运算拳击力、握力、臂力、拳击最高记录、拳击速度、累计拳击力、求出拳击力、握力、臂力的基准，並可将显示内容译码成显示码;（5）将显示码通过串行器RXD、TXD送显示器显示。显示电路（见图5），由移位寄存器（164）、LED数码管和发光二极管、电阻等组成。移位寄存器接成串联形成，数量示功能而定。微机串行口来的信号，通过移位，可送到每个164中，並由164经电阻直接驱动LED数码管和发光二极管，发光二极管是作提示或显示单位（如千克、次/秒等）用。电源（见图6），由变压器、三端稳压源（7805、7105、7812）和桥式整流电路等组成，图中，三组+12V电源分别供三组应变片桥路使用，+5V电源供其它各电路使用。

    综上所述，电子数字显示式计力器，由于采用上述结构的微机控制的电子数字显示装置，解决了零点漂移、温漂等缺陷，提高器械的稳定性，使得测量准确，减少调节维护的工作量，並降低了整机对机械部分和传感器的要求。该机还具有功能多、显示内容丰富、成本低等优点，可作为一般力度训练器械，尤适宜作娱乐器具。