一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置及方法与流程

本发明涉及一种自动测距装置技术领域，特别涉及一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置及方法。

背景技术：

体育竞赛的田赛长距离投掷项目有标枪、铁饼、链球等，其现(国际、国内大型赛事)测量距离方法为：裁判员寻找投掷物落点，在落点处放置“六棱镜”，测距仪扫描“六棱镜”测算出投掷距离。而普通测量方法是裁判员寻找落点，用仗绳测量。

传统的两种测量方法缺点是：1、寻找投掷物落点有一定危险性，各级别比赛都曾经出现过标枪扎伤裁判员、铁饼砸伤裁判员、链球链扫伤裁判员等现象；2、多次投掷时出现的多个交叉落点裁判易出现落点判断错误；3、仗绳有一定的伸缩误差；4、“六棱镜”扫描测距易受天气、光线等干扰。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置及方法，在投掷场地中设置三个测点，采用超声波接收传感器利用声音的传播距离不同带来的超声波接收传感器接收的信号时间差，根据几何定律，利用pc机的计算机软件计算出投掷距离，在显示屏中进行显示。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置，包括传感器、信号处理单元、pc机及显示屏，所述的传感器包括设置于投掷物上的红外测距传感器和超声波发射器以及分别设置于测点a、b、c的超声波接收传感器，当红外线测距传感器检测到投掷物距离地面2cm时，触发超声波发射器发出超声波信号，此时，设置于测点a、b、c的超声波接收传感器进行超声波信号的接收。

所述的超声波接收传感器通过信号线连接信号处理单元，信号处理单元以通讯接口方式连接pc机，pc机通过接口与显示屏相连接。

所述的超声波接收传感器将接收到的超声波信号发送至信号处理单元进行信号处理，之后将信号发送至pc机，pc机通过计算三个测点接收到的超声波信号的时间差，计算出投掷物的投掷距离。

所述的红外测距传感器和超声波发射器通过信号线相连接，均安装于投掷物内部。

所述的超声波接收传感器为超声波接收探头，其接收到的超声波信号需经过信号处理单元进行放大、波形变换和数据转换。

所述的信号处理单元为数据采集卡，接收所述的传感器的4～20ma标准信号，通过modbus-rtu方式或usb通讯方式将信号发送至pc机。

所述的红外测距传感器可以设置于投掷物上的多个面，多角度判断离地距离。

利用所述体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置的一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距方法，测点a、b和c为固定点，投掷点o为固定点，由此则：a与b、b与c、c与a之间的距离c、b、a为已知定值，o与a、b、c之间的距离a0、b0、c0为已知定值；a、b、c三个测点接收声音信号的时钟ta、tb、tc为已知值；

包括以下步骤：

步骤一、计算ab与ao的夹角θ1和ao与ac的夹角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：

b0²＝c²+a0²-2ca0cosθ1

c0²＝b²+a0²-2ba0cosθ2

步骤二、根据a、b、c三个测点接收声音信号的时钟ta、tb、tc列出以下方程：

lb＝la+v(tb-ta)

lc＝la+v(tc-ta)

其中：la为测点a与落地点p的距离，lb为测点b与落地点p的距离，lc为测点c与落地点p的距离，v为声速；

步骤三、将步骤二中的lb和lc公式代入以下方程组中：

lc²＝la²+b²-2labcosθ3

lb²＝la²+c²-2laccos(θ1+θ2+θ3)

求出la和θ3；

步骤四、利用步骤一至步骤三中的计算结果由下列公式计算出投掷点o和落地点p之间的距离lop：

lop＝a0²+la²-2a0lacos(θ2+θ3)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置及方法，摒弃了以往的体育项目测距方法，也不用人力丈量，在投掷场地中设置三个测点，采用超声波接收传感器利用声音的传播距离不同带来的超声波接收传感器接收的信号时间差，能够根据几何定律，利用pc机的计算机软件计算出投掷距离，测量结果比人工丈量结果精确。

附图说明

图1是本发明提出的一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置的结构示意图；

图2是本发明提出的一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距方法的几何原理图。

图3是本发明提出的一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置及方法的具体实施例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置，包括传感器、信号处理单元、pc机及显示屏，所述的传感器包括设置于投掷物上的红外测距传感器和超声波发射器以及分别设置于测点a、b、c的超声波接收传感器，当红外线测距传感器检测到投掷物距离地面2cm时，触发超声波发射器发出超声波信号，此时，设置于测点a、b、c的超声波接收传感器进行超声波信号的接收。

所述的超声波接收传感器通过信号线连接信号处理单元，信号处理单元以通讯接口方式连接pc机，pc机通过接口与显示屏相连接。

所述的超声波接收传感器将接收到的超声波信号发送至信号处理单元进行信号处理，之后将信号发送至pc机，pc机通过计算三个测点接收到的超声波信号的时间差，计算出投掷物的投掷距离。

所述的红外测距传感器和超声波发射器通过信号线相连接，均安装于投掷物内部。

所述的超声波接收传感器为超声波接收探头，其接收到的超声波信号需经过信号处理单元进行放大、波形变换和数据转换。

所述的信号处理单元为数据采集卡，接收所述的传感器的4～20ma标准信号，通过modbus-rtu方式或usb通讯方式将信号发送至pc机。

所述的红外测距传感器可以设置于投掷物上的多个面，多角度判断离地距离。

所述的数据采集卡优选型号为dam0404，包括4路di输入和4路do输出，支持rs232modbusrtu串口通信协议。

所述的红外测距传感器优选sharp的红外测距传感器，所述的超声波发射器及超声波接收探头为现有技术，超声波发射电路及接收电路的设计为常见的电路设计，这里不做详细叙述。

常规的超声波单发射电路结构简单，小功率的超声波发射电路能够集成到一块小面积的电路板上，安装或预埋于铁饼、链球和标枪内部，还可以安装于标枪的枪杆部分。

如图2所示，利用所述体育竞赛远距离投掷项目自动测距装置的一种体育竞赛远距离投掷项目自动测距方法，测点a、b和c为固定点，投掷点o为固定点，由此则：a与b、b与c、c与a之间的距离c、b、a为已知定值，o与a、b、c之间的距离a0、b0、c0为已知定值；a、b、c三个测点接收声音信号的时钟ta、tb、tc为已知值；

包括以下步骤：

步骤一、计算ab与ao的夹角θ1和ao与ac的夹角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：

b0²＝c²+a0²-2ca0cosθ1

c0²＝b²+a0²-2ba0cosθ2

步骤二、根据a、b、c三个测点接收声音信号的时钟ta、tb、tc列出以下方程：

lb＝la+v(tb-ta)

lc＝la+v(tc-ta)

其中：la为测点a与落地点p的距离，lb为测点b与落地点p的距离，lc为测点c与落地点p的距离，v为声速；

步骤三、将步骤二中的lb和lc公式代入以下方程组中：

lc²＝la²+b²-2labcosθ3

lb²＝la²+c²-2laccos(θ1+θ2+θ3)

求出la和θ3；

步骤四、利用步骤一至步骤三中的计算结果由下列公式计算出投掷点o和落地点p之间的距离lop：

lop＝a0²+la²-2a0lacos(θ2+θ3)。

以上的计算方法的计算过程能够在pc机中完成，在pc机中安装相应的应用软件来自动完成计算，应用软件可以由vb、vc开发，或直接由matlab算出结果。

如图3所示，为具体实施例图，在标枪投掷场地上分别设置的测点a、测点b、测点c，以标枪投掷区扇形中心点为投掷点o，落地点p根据实地落地位置，由本发明的装置及方法计算出投掷点o与落地点p的距离。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。