张可书
西安爱知初级中学
摘要：针对中考体育排球项目考试训练过程自动计数问题，进行了深入思考、创新设计和测试完善，最后利用红外漫反射原理，成功制作完成了一款排球训练多功能计数器，有效降低了排球训练的难度，提升了计数准确性和训练成绩，并有一定的多功能拓展应用。
关键词：排球训练 红外 计数器
随着教育教学改革的不断深入，素质教育的力度不断加大，体育中考的导向性、实效性进一步突显，合理的体育锻炼和考评，能更好的促进同学们的学习成长。
1、课题来源
排球运动，在日常体育锻炼中深受大家喜爱。垫球则是排球运动的基础训练内容,有助于培养同学们对排球运动的兴趣和基本功,学校体育课上常将定时垫球作为单项比赛,同时垫球还被确定为初中学业考试中体育课的自选项目。练习好垫球，对于同学们的身体锻炼和体育考试都有现实意义和实用价值。
在日常垫球训练时,同学们一边要感受和巩固垫球的要领、技巧，一边还要计数、计时，往往顾此失彼，计数的准确性还会因注意力分散而降低。有没有更好的办法，利用科技创新、技术手段解决“排球垫球自动准确计数”这一难题，帮助同学们降低垫球训练的难度，提升计数准确性和分数呢？
2、作品原理及结构
2.1 工作原理
该作品核心部件是红外漫反射光电开关，工作原理是漫反射原理。漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。该作品的核心部件漫反射光电开关，就是运用了这一原理。光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器。漫反射开关通电工作时，其发射器发出光线（如红外线），当有被检测物体经过时，物体会将光电开关发射器发射的足够量的光线漫反射至光电开关的接收器，接收器再接受光线并由其内部电路转换为一个开关电信号，最后反馈给计数器和计时器并开始相应的计数和计时工作。
如下图1所示，结合作品两种工作模式，其工作原理及步骤如下：
2.2.1练习模式：
开启装置总开关K0，系统通电待机。
将功能开关K2转到训练模式K2-2，中间继电器C1得电启动，训练模式指示灯点亮，当排球第一次进入检测区域时，计数器启动计数，J1输出继电器常开触点闭合，启动计时器，计时指示灯点亮，系统进入训练工作状态，此状态下可持续计数、计时。
退出此模式时，将K2-2转至K2-0停止位置，按下清零按钮SQ2，计数器、计时器清零复位。
图1 作品工作原理图
2.1.2考试模式：
开启装置总开关K0，系统通电待机。
将功能开关K2转到考试模式K2-1，中间继电器C2得电启动，模式指示灯点亮，当排球第一次进入检测区域时，计数器启动计数，J1输出继电器常闭触点断开，C2失电断开；J1输出继电器常开触点闭合，启动计时器，计时器T0延时分断触点闭合，计数器正常工作；当设定时间到时，T0延时分断触点断开，计数器停止计数，计时器停止计时，计时停止指示灯亮，蜂鸣器鸣响。
退出此模式时，将K2-1转至K2-0停止位置，按下清零按钮SQ2，计数器、计时器清零复位。
2.1.3场地照明：
当场地光线较暗时，开启照明开关K1，启动装置照明灯具。
2.2 作品结构
如下图2所示，该作品主要由红外漫反射光电开关、计数器、计时器、复位按钮、功能开关、充电电池和LED照明装置，支架以及主机箱等几部分构成。采用了主机箱与支架可拆装、分体式设计。整套系统采用12V/2A充电电池供电，既为光电开关和计数、计时等部件提供电源，同时为LED照明灯供电，使作品在使用过程中无需外接电源等，可白夜、独立的正常工作。
①支架
②主机箱
③复位按钮
④模式选择开关
⑤电源开关
⑥计时器
⑦计数器
⑧“待机/暂停”指示灯
⑨“练习模式”指示灯
⑩“考试模式”指示灯
⑾LED照明灯
⑿光电开关
⒀充电接口
图2 作品结构图
3、 作品使用方法
3.1 将该多功能计数器放置合适的墙面前，调整好支架的高度、位置。
3.2 打开电源，选择工作模式：
模式一：练习模式（连续计数）。从第一个有效垫球、红外漫反射光电开关即触发开始工作，持续进行计数，直至手动停止，显示最终的垫球“次数”。
模式二：考试模式（规定时间内计数）。第一次垫球触发红外漫反射光电开关后，在考试规定时间内（40秒）进行计数，到达规定时间后自动停止并声音提示，显示规定时间内的垫球“次数”。
模式三：暂停（待机）模式。
3.3 在模式一、二切换，或重新开始前，先按“复位”键。夜间使用时，根据需要打开照明。
3.4 使用完毕，关闭电源即可。在充电电源电量低时，及时向其充电（DC12V/2A）。
4、研究过程
该作品从发现问题到完成作品、解决问题，整个研究过程经历了资料梳理及前期准备，方案的试验和确定，作品的制作，以及测试完善等几个步骤和阶段。
5、作品创新点
5.1 利用了红外线漫反射原理，配合电子计数器、计时器，在排球垫球自动计数计时的功能实现上有一定的独创性，计数准确且稳定。
5.2 在实现排球垫球自动准确计数的同时，对练习者没有任何多余的附加限制或设定（如不用练习者不用穿戴专用设备，不必将球垫至特定的小触控板上），同时还拓展了数显、声音提醒和照明等功能，有较强的实用性。
5.3 除可用于排球垫球的计数外，在足球的颠球训练、蓝球的拍球基础训练，跑步计圈、计时，大型活动人数实时统计等方面，均能利用该计数器来实现，有效提升了多功能拓展性。
5.4 采用了红外漫反射传感器BK E3K100-10M型，探测范围可调节，且选择了4头联机、5度扇形分布，可实现4*2平方米范围内的准确计数。
5.5 采用了12V/2A充电锂电池，容量5000MAH，确保人身安全，并可连续可靠为系统提供电源支撑。作品在使用过程中，无需外接电源，可白夜、独立、安全的工作。采用了箱体与支架分体式设计，提高了使用的携带性。
图3 排球训练多功能红外计数器