Design of an Air Volleyball Scorer
Air volleyball is an emerging sport that combines the characteristics of volleyball and badminton. With its popularity, the requirements for game management and scoring are constantly increasing. The traditional manual scoring method has problems such as low efficiency and error-proneness, which affects the competition process. In order to solve these problems, this study designed an air volleyball scorer. Through in-depth market research and analysis of existing ball scorers, aiming at the requirements of highlight display, remote control, gesture recognition and ringing prompt, an integrated intelligent scoring system is realized by using modular highlight LED light group, NRF24L01 wireless transmission module, openMV camera and TDK piezoelectric loudspeaker. The system has the functions of remote gesture recognition scoring, score visual display, ringing bell prompt, etc., and realizes the accurate setting of competition score and other parameters through independent key design, which provides a scoring solution for air volleyball competition.
STM32
随着体育科技的迅速发展，智能化设备在各类运动中的应用日益广泛。气排球作为一项新兴的群众体育运动，其比赛的公平性和观赏性越来越受到重视。然而，在群众自发的比赛中缺少随身的计分显示设备，当前纸板手动翻页计分器，落后且不美观，及时显示性也不好
对系统所需要实现的功能进行分析，综合当前市场常见的各种球类记分器的功能 ，降低系统成本，采用STM32F103C8T6单片机作为核心控制器，系统主要完成四种功能。
(1) 高亮度LED点阵显示屏：采用自制的LED点阵显示屏来突出显示实时数字比分。这种显示技术因其高亮度和清晰度，适用于体育赛事、电子竞技比赛等需要实时计分的场合，确保在各种光照条件下的可读性。
(2) NRF24L01无线通信模块：系统利用NRF24L01无线通信模块实现远程遥控计分功能。该模块支持高速数据传输和长距离通信，同时具备低功耗特性。人们可以在观众席的位置，通过遥控器实时更新比分，提高操作便利性并减少布线限制。
(3) OpenMV摄像头与深度学习技术：系统运用OpenMV摄像头结合深度学习技术来识别手势，实现计分功能。如举手、挥动等，这些手势可用于表示得分或其他比赛动作，增加比赛的互动性和创新性。
(4) 语音提示功能：系统具备语音提示功能，能在比赛关键时刻，如单节结束、得分或比赛结束时，自动播放预录制的语音提示。这种功能为观众提供即时信息更新，并增强比赛氛围。
该系统通过集成LED显示技术、无线通信、图像识别和语音提示技术，提供了一种全面、多功能的计分解决方案。
本设计采用一个降压稳压电路来为整个系统提供电力，使用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，让主控芯片处理来自各个模块的信息，包括自制的多组LED显示模块通讯，控制显示屏的显示；通过无线传输模块接收外界的控制信号。系统的远程控制功能则是通过2.4G无线传输模块来实现的。在外部控制器通过多个独立按键，使用者可以通过按下不同的按键来发送不同的控制命令。为了增加系统的互动性和智能性，增加了OpenMV模块。它能够捕捉并分析摄像头视野内的手势动作。通过OpenMV与MCU主控单元的交互，从而实现智能手势识别的控制。为了使系统能够发出语音提示或反馈，集成了TDK压电扬声器，这个发声器能将电信号转换成声音信号，从而实现语音播放功能。
(2) 无线传输模块的选择。选择NRF24L01模块作为记分系统的无线通讯组件。它内部集成了频率合成器、功率放大器、调制器、晶体振荡器等部件。该芯片的运行频率定位于2.4 GHz到2.5 GHz的ISM频段。该芯片的系统原理图如
(3) 显示方案的选择。自己设计大小并制作LED点阵数字显示屏。显示电路原理图如下
(4) 摄像头的选择。选择OpenMV摄像头实现抓拍。OpenMV是一款基于MicroPython的开源机器视觉模块，能够在32位ARM内核上运行。拥有400万像素，可以实现手势抓拍，高速抓拍，在比赛时通过识别人员手势实现计分功能。
(5) 语音设计的选择。选择TDK的压电扬声器。它能提供高位移的压电效果。安装方便，可以贴到任何物体的表面，利用共振原理发出声音。工作频率范围是400 Hz到20 kHz，能够很宽范围的频率特性和高声压。音质清晰，可以清楚地播报信息。
(6) 外壳的选择。外壳部分采用了三维打印技术进行制造，通过将多个3D打印的零件进行精确拼接，构建出一个结构坚固且外观独特的三棱柱外壳。将所有硬件巧妙地融入到三棱柱框架内如下
本设计采用了Keil uVision5集成开发环境，并运用C语言进行软件开发。程序的核心构成包含主程序模块与LED显示模块，二者协同作用以保障系统的稳定运行及用户界面的直观性。
当遥控器和计分器上的2.4G模块成功建立连接后，主板上的指示灯会以每500毫秒一次的频率开始闪烁，向用户传达设备正在正常工作的信号。在这一状态下，用户可以通过操作遥控器上的按钮来控制计分。由微控制器驱动的IO口输出高低电平信号，精准地控制数码管上对应区域的光线显示，从而直观地展示出双方的得分情况。为了确保数码管的显示足够清晰和明亮，电信号会通过74hc245芯片进行放大处理，以便提供足够的电流来驱动数码管。在比赛进行中，如果需要将比分清零并记录当前对局的胜利次数，裁判只需按下遥控器上的上传键即可。这一操作不仅会清除当前的分数，还会在内部记录系统中增加一次胜利记录，方便后续的数据统计和分析。
在比赛开始前，操作人员需要对参赛的双方进行队伍分配，将一队分配到左边，二队分配到右边。计分器会根据这一分配自动显示两队的得分。在一局比赛结束后，计分器将自动进行换边操作，以便在下一局比赛中显示分数。当任意一方获得胜利时，计分器会通过蜂鸣器发出声音提示，并通过灯光效果来强调胜利的一刻。这些提示将持续十秒钟，确保所有在场的人员都能意识到比赛的结束。随后，计分器会将所有分数清零，恢复到比赛开始时的状态，为下一轮比赛或者下一场比赛做好准备。系统运行的总流程图如
本文使用OpenMV进行拍照提取数据，通过大量的手势图像作为训练数据。这些图像涵盖了各种不同环境和光照条件，来确保模型的泛化能力。然后对收集到的图像进行预处理，如灰度转换、滤波等过程，从而在减少计算量和噪声影响的同时保留关键特征。
通过Edge Impulse来进行数据模型的训练。Edge Impulse是一个为边缘设备提供机器学习模型训练和部署的平台。将收集到的数据导入Edge Impulse的项目中。数据通常会以CSV格式上传。使用Edge Impulse中的预处理功能对数据进行数据处理。通过不同手势提取出不同数字信息，如
对各个功能所涉及的模块进行上电调试。先检查所有硬件设备是否正确连接，确保电源供应正常。之后上电进行初始化测试，可以观察到外部的电源指示灯正常地点亮，各个模块开始工作，我们对各个部分进行调试。调试成功后，开始进入正式计分模式。如果摆出不同的手势来给不同的队伍加分，或通过按键设定加分。当任意一方达到胜利分数之后，周围的LED灯会进行闪烁，语音合成模块会自动发出欢呼和恭喜语音。整体的功能测试图如
本文设计了一种气排球计分器，提高气排球比赛的计分效率和准确性，为观众提供了更丰富的活动体验。系统设计采用STM32F103C8T6单片机作为核心，集成了LED显示、远程控制、手势识别和语音提示等功能，实现了多功能一体化。使用OpenMV摄像头结合深度学习技术，支持手势识别计分，增强了比赛的互动性。采用多块由相同部件拼装而成的计分器外壳，在美观耐用的同时提高了寿命与维护性。本设计系统成本较低，外观耐用，可以在各类比赛中推广使用。不仅适用于气排球，还可扩展到篮球、足球、羽毛球等多种球类运动。