本發(fā)明涉及一種自動(dòng)測(cè)距裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置及方法。

背景技術(shù)：

體育競(jìng)賽的田賽長(zhǎng)距離投擲項(xiàng)目有標(biāo)槍、鐵餅、鏈球等，其現(xiàn)(國(guó)際、國(guó)內(nèi)大型賽事)測(cè)量距離方法為：裁判員尋找投擲物落點(diǎn)，在落點(diǎn)處放置“六棱鏡”，測(cè)距儀掃描“六棱鏡”測(cè)算出投擲距離。而普通測(cè)量方法是裁判員尋找落點(diǎn)，用仗繩測(cè)量。

傳統(tǒng)的兩種測(cè)量方法缺點(diǎn)是：1、尋找投擲物落點(diǎn)有一定危險(xiǎn)性，各級(jí)別比賽都曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)標(biāo)槍扎傷裁判員、鐵餅砸傷裁判員、鏈球鏈掃傷裁判員等現(xiàn)象；2、多次投擲時(shí)出現(xiàn)的多個(gè)交叉落點(diǎn)裁判易出現(xiàn)落點(diǎn)判斷錯(cuò)誤；3、仗繩有一定的伸縮誤差；4、“六棱鏡”掃描測(cè)距易受天氣、光線等干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置及方法，在投擲場(chǎng)地中設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用超聲波接收傳感器利用聲音的傳播距離不同帶來(lái)的超聲波接收傳感器接收的信號(hào)時(shí)間差，根據(jù)幾何定律，利用pc機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出投擲距離，在顯示屏中進(jìn)行顯示。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置，包括傳感器、信號(hào)處理單元、pc機(jī)及顯示屏，所述的傳感器包括設(shè)置于投擲物上的紅外測(cè)距傳感器和超聲波發(fā)射器以及分別設(shè)置于測(cè)點(diǎn)a、b、c的超聲波接收傳感器，當(dāng)紅外線測(cè)距傳感器檢測(cè)到投擲物距離地面2cm時(shí)，觸發(fā)超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波信號(hào)，此時(shí)，設(shè)置于測(cè)點(diǎn)a、b、c的超聲波接收傳感器進(jìn)行超聲波信號(hào)的接收。

所述的超聲波接收傳感器通過(guò)信號(hào)線連接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元以通訊接口方式連接pc機(jī)，pc機(jī)通過(guò)接口與顯示屏相連接。

所述的超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理，之后將信號(hào)發(fā)送至pc機(jī)，pc機(jī)通過(guò)計(jì)算三個(gè)測(cè)點(diǎn)接收到的超聲波信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出投擲物的投擲距離。

所述的紅外測(cè)距傳感器和超聲波發(fā)射器通過(guò)信號(hào)線相連接，均安裝于投擲物內(nèi)部。

所述的超聲波接收傳感器為超聲波接收探頭，其接收到的超聲波信號(hào)需經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元進(jìn)行放大、波形變換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

所述的信號(hào)處理單元為數(shù)據(jù)采集卡，接收所述的傳感器的4～20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)modbus-rtu方式或usb通訊方式將信號(hào)發(fā)送至pc機(jī)。

所述的紅外測(cè)距傳感器可以設(shè)置于投擲物上的多個(gè)面，多角度判斷離地距離。

利用所述體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置的一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距方法，測(cè)點(diǎn)a、b和c為固定點(diǎn)，投擲點(diǎn)o為固定點(diǎn)，由此則：a與b、b與c、c與a之間的距離c、b、a為已知定值，o與a、b、c之間的距離a0、b0、c0為已知定值；a、b、c三個(gè)測(cè)點(diǎn)接收聲音信號(hào)的時(shí)鐘ta、tb、tc為已知值；

包括以下步驟：

步驟一、計(jì)算ab與ao的夾角θ1和ao與ac的夾角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：

b0²＝c²+a0²-2ca0cosθ1

c0²＝b²+a0²-2ba0cosθ2

步驟二、根據(jù)a、b、c三個(gè)測(cè)點(diǎn)接收聲音信號(hào)的時(shí)鐘ta、tb、tc列出以下方程：

lb＝la+v(tb-ta)

lc＝la+v(tc-ta)

其中：la為測(cè)點(diǎn)a與落地點(diǎn)p的距離，lb為測(cè)點(diǎn)b與落地點(diǎn)p的距離，lc為測(cè)點(diǎn)c與落地點(diǎn)p的距離，v為聲速；

步驟三、將步驟二中的lb和lc公式代入以下方程組中：

lc²＝la²+b²-2labcosθ3

lb²＝la²+c²-2laccos(θ1+θ2+θ3)

求出la和θ3；

步驟四、利用步驟一至步驟三中的計(jì)算結(jié)果由下列公式計(jì)算出投擲點(diǎn)o和落地點(diǎn)p之間的距離lop：

lop＝a0²+la²-2a0lacos(θ2+θ3)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置及方法，摒棄了以往的體育項(xiàng)目測(cè)距方法，也不用人力丈量，在投擲場(chǎng)地中設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用超聲波接收傳感器利用聲音的傳播距離不同帶來(lái)的超聲波接收傳感器接收的信號(hào)時(shí)間差，能夠根據(jù)幾何定律，利用pc機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出投擲距離，測(cè)量結(jié)果比人工丈量結(jié)果精確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提出的一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提出的一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距方法的幾何原理圖。

圖3是本發(fā)明提出的一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置及方法的具體實(shí)施例圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置，包括傳感器、信號(hào)處理單元、pc機(jī)及顯示屏，所述的傳感器包括設(shè)置于投擲物上的紅外測(cè)距傳感器和超聲波發(fā)射器以及分別設(shè)置于測(cè)點(diǎn)a、b、c的超聲波接收傳感器，當(dāng)紅外線測(cè)距傳感器檢測(cè)到投擲物距離地面2cm時(shí)，觸發(fā)超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波信號(hào)，此時(shí)，設(shè)置于測(cè)點(diǎn)a、b、c的超聲波接收傳感器進(jìn)行超聲波信號(hào)的接收。

所述的超聲波接收傳感器通過(guò)信號(hào)線連接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元以通訊接口方式連接pc機(jī)，pc機(jī)通過(guò)接口與顯示屏相連接。

所述的超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理，之后將信號(hào)發(fā)送至pc機(jī)，pc機(jī)通過(guò)計(jì)算三個(gè)測(cè)點(diǎn)接收到的超聲波信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出投擲物的投擲距離。

所述的紅外測(cè)距傳感器和超聲波發(fā)射器通過(guò)信號(hào)線相連接，均安裝于投擲物內(nèi)部。

所述的超聲波接收傳感器為超聲波接收探頭，其接收到的超聲波信號(hào)需經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元進(jìn)行放大、波形變換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

所述的信號(hào)處理單元為數(shù)據(jù)采集卡，接收所述的傳感器的4～20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)modbus-rtu方式或usb通訊方式將信號(hào)發(fā)送至pc機(jī)。

所述的紅外測(cè)距傳感器可以設(shè)置于投擲物上的多個(gè)面，多角度判斷離地距離。

所述的數(shù)據(jù)采集卡優(yōu)選型號(hào)為dam0404，包括4路di輸入和4路do輸出，支持rs232modbusrtu串口通信協(xié)議。

所述的紅外測(cè)距傳感器優(yōu)選sharp的紅外測(cè)距傳感器，所述的超聲波發(fā)射器及超聲波接收探頭為現(xiàn)有技術(shù)，超聲波發(fā)射電路及接收電路的設(shè)計(jì)為常見(jiàn)的電路設(shè)計(jì)，這里不做詳細(xì)敘述。

常規(guī)的超聲波單發(fā)射電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小功率的超聲波發(fā)射電路能夠集成到一塊小面積的電路板上，安裝或預(yù)埋于鐵餅、鏈球和標(biāo)槍內(nèi)部，還可以安裝于標(biāo)槍的槍桿部分。

如圖2所示，利用所述體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距裝置的一種體育競(jìng)賽遠(yuǎn)距離投擲項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)距方法，測(cè)點(diǎn)a、b和c為固定點(diǎn)，投擲點(diǎn)o為固定點(diǎn)，由此則：a與b、b與c、c與a之間的距離c、b、a為已知定值，o與a、b、c之間的距離a0、b0、c0為已知定值；a、b、c三個(gè)測(cè)點(diǎn)接收聲音信號(hào)的時(shí)鐘ta、tb、tc為已知值；

包括以下步驟：

步驟一、計(jì)算ab與ao的夾角θ1和ao與ac的夾角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：

b0²＝c²+a0²-2ca0cosθ1

c0²＝b²+a0²-2ba0cosθ2

步驟二、根據(jù)a、b、c三個(gè)測(cè)點(diǎn)接收聲音信號(hào)的時(shí)鐘ta、tb、tc列出以下方程：

lb＝la+v(tb-ta)

lc＝la+v(tc-ta)

其中：la為測(cè)點(diǎn)a與落地點(diǎn)p的距離，lb為測(cè)點(diǎn)b與落地點(diǎn)p的距離，lc為測(cè)點(diǎn)c與落地點(diǎn)p的距離，v為聲速；

步驟三、將步驟二中的lb和lc公式代入以下方程組中：

lc²＝la²+b²-2labcosθ3

lb²＝la²+c²-2laccos(θ1+θ2+θ3)

求出la和θ3；

步驟四、利用步驟一至步驟三中的計(jì)算結(jié)果由下列公式計(jì)算出投擲點(diǎn)o和落地點(diǎn)p之間的距離lop：

lop＝a0²+la²-2a0lacos(θ2+θ3)。

以上的計(jì)算方法的計(jì)算過(guò)程能夠在pc機(jī)中完成，在pc機(jī)中安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件來(lái)自動(dòng)完成計(jì)算，應(yīng)用軟件可以由vb、vc開(kāi)發(fā)，或直接由matlab算出結(jié)果。

如圖3所示，為具體實(shí)施例圖，在標(biāo)槍投擲場(chǎng)地上分別設(shè)置的測(cè)點(diǎn)a、測(cè)點(diǎn)b、測(cè)點(diǎn)c，以標(biāo)槍投擲區(qū)扇形中心點(diǎn)為投擲點(diǎn)o，落地點(diǎn)p根據(jù)實(shí)地落地位置，由本發(fā)明的裝置及方法計(jì)算出投擲點(diǎn)o與落地點(diǎn)p的距離。

以上實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。上述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。