动态力测量系统的研究

论文摘要

踏跳力是指跳高运动员起跳瞬间对地面的作用力,对踏跳力的动态测量是为了获取踏跳力实时变化的数据和曲线。根据实时数据和变化曲线,可以了解运动员踏跳力变化规律;还可以把踏跳力的测量数据与相应的测试成绩进行比较,分析出影响运动成绩提高的因素。在训练中教练员就可以依据这些变化曲线,针对不同运动员的实际情况,提出合理的训练方案。例如,如何完成踏跳中的分解动作,如何调整起跳姿态等。因此踏跳力测量具有重要的应用意义。为了实现对踏跳力的动态测量,本课题主要从以下几个方面进行了分析设计。首先,为了满足对踏跳力动态测量的要求,从理论上分析并提出了一个对踏跳力纵向分量实现采集的应变式测力平台的设计方案;然后,以C8051F020单片机为基础,搭建了可对传感器输出模拟量完成模/数转换并实现数据采集和发送的中间数据采集环节;最后,利用Delphi应用软件和SPComm控件,实现了采集环节与上位PC机之间的数据传输,以及数据管理和曲线绘制等功能。在本课题中,提出了测量踏跳力纵向分量的测力平台的设计方案。并用材料学中的强度理论和机械振动学的相关理论对平台进行了理论分析。此踏跳力动态测量系统可实现对踏跳力纵向分量的动态测量。此系统的设计思路和设计方法对于其他类似测量信号的动态测量也具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• （1） 课题的来源和意义
• （2） 国内外发展现状及实现方案
• （3） 课题研究内容
• 第一章 系统整体结构
• 1.1 测试系统的一般结构
• 1.2 动态力测量系统组成
• 1.2.1 测力平台介绍
• 1.2.2 数据采集环节
• 1.2.3 上位机
• 本章小结
• 第二章 传感器原理及测力平台的设计
• 2.1 电阻应变式力传感器
• 2.1.1 电阻应变片工作原理
• 2.1.2 应变式传感器测量电路
• 2.1.3 传感器的基本特性
• 2.2 测力平台的设计要求
• 2.3 测力平台的设计
• 2.3.1 弹性元件结构设计及材料选择
• 2.3.2 前提假设及力学模型简化
• 2.3.3 冲击载荷分析
• 2.3.4 弹性元件的强度计算
• 2.3.5 应变电桥输出分析
• 2.3.6 弹性元件固有频率分析
• 本章小结
• 第三章 数据采集环节的设计
• 3.1 前置放大与滤波电路
• 3.2 C8051F020 介绍
• 3.2.1 存储器空间
• 3.2.2 定时器、ADC0 以及SPI 接口
• 3.3 模/数转换
• 3.3.1 初始化设置
• 3.3.2 ADC0 的工作方式
• 3.4 串行通信
• 3.4.1 UART0 初始化
• 3.4.2 电平转换电路
• 3.5 电路整体结构及PCB 板设计
• 3.6 软件设计
• 3.6.1 系统主流程设计
• 3.6.2 模块化程序设计
• 3.6.3 定时器3 中断处理模块设计
• 3.7 电源模块设计
• 本章小结
• 第四章 上位机功能的实现
• 4.1 开发软件介绍
• 4.1.1 系统开发环境要求
• 4.1.2 Delphi 中程序文件
• 4.2 SPComm 控件
• 4.2.1 SPComm 的主要属性、方法、函数和事件
• 4.2.2 SPComm 控件的安装
• 4.3 单片机与PC 机硬件连接
• 4.4 软件实现
• 4.5 应用界面的设计
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 数据采集环节电路原理图
• 附录B 数据采集电路PCB 图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢