CN101890219A - 立定跳远自动测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立定跳远自动测距仪，由数据采集部分、数据处理部分、数据显示部分和电源部分组成，数据采集部分与数据处理部分相连，数据显示部分与数据处理部分相连，电源部分分别与数据采集部分、数据处理部分及数据显示部分相连。这种立定跳远自动测距仪，可以自动测量离起跳线落地点最近的成绩，显示成绩，极大的方便了裁判的工作。整个测量过程没有人为的按键，智能化和自动化程度更高，可以提高学校体育测试的效率。成本低，实用性强，完全符合实际使用的要求，便于推广使用。

Description

立定跳远自动测距仪

技术领域

本发明属于教学仪器，尤其涉及一种体育教学中使用的立定跳远测距仪。

背景技术

立定跳远是各地中招体育考试的必考或选考科目，是学生在校期间体育达标的必测项目。在传统的立定跳远中测量采用的是人工测量的方法，裁判需要反复地用尺子测量成绩，用肉眼读数并记录，工作的效率不高。在测量过程中，裁判用肉眼判断成绩，判断是否踩起跳线犯规，难免会因为长时间的反复测量造成疲劳，也难免会有主观因素造成的误差。为了提高裁判的工作效率，减轻裁判工作量，避免主观因素造成的成绩误差，立定跳远测距仪的设计就很有必要。

随着现代科学技术的发展，体育测量产品也在不断的更新换代，已经出现了红外测量和光电测量以及机械测量和电子测量等立定跳远仪器，国家鼓励有条件的学校使用电子测量产品，越来越多的学校会采用新型的智能的测距产品去代替繁琐的人工测量，有效的提高体育测试工作的效率，节约人力资源成本。已有的利用非接触红外传感器测量的立定跳远测距仪成本较高，系统比较耗电。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便、测量准确的立定跳远自动测距仪。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种立定跳远自动测距仪，由数据采集部分、数据处理部分、数据显示部分和电源部分组成，数据采集部分与数据处理部分相连，数据显示部分与数据处理部分相连，电源部分分别与数据采集部分、数据处理部分及数据显示部分相连。

所述的数据采集部分包括一个跳远毯，跳远毯由起跳毯、过渡毯、测量毯和防护毯依次相连而成，所述的测量毯包括上、下两层橡胶垫，在上层橡胶垫上附着有上层导电橡胶条，在上层导电橡胶条正下方的下层橡胶垫上附着有呈等距分布的下层导电橡胶条，在相邻的导电橡胶条之间有弹性绝缘体；所述的起跳毯表面有起跳线和犯规线，在起跳线下方的毯体内装有一对导电橡胶条，在犯规线下方的毯体内也装有一对导电橡胶条。

所述的起跳毯、过渡毯、测量毯和防护毯均为边长1米的正方形，测量毯内的导电橡胶条宽度均为0.5厘米、长度均为80厘米，两个相邻的下层导电橡胶条之间的距离为0.5厘米，起跳毯表面有三条起跳线，每条起跳线前方0.5厘米处有一条犯规线，相邻的两条犯规线之间的距离为30厘米。

所述的起跳毯和防护毯的边缘处分别装有提手。

采用上述技术方案的测距仪，可以自动测量离起跳线落地点最近的成绩，显示成绩，极大的方便了裁判的工作。整个测量过程没有人为的按键，智能化和自动化程度更高，可以提高学校体育测试的效率。成本低，实用性强，完全符合实际使用的要求，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为跳远毯的主视示意图。

图3为测量毯的结构示意图。

图4为主机模块的电路原理图。

图5为从机模块的电路原理图。

图6为犯规报警部分的电路原理图。

图7为电源部分的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，整个立定跳远测距仪的系统由数据采集部分、数据处理部分、数据显示部分以及电源各部分组成。具体实施时，数据采集部分由跳远毯和从机模块完成，数据处理由主机模块完成，数据显示部分采用具有亮度高优点的LED显示，立定跳远测距仪的电源部分采用大容量的蓄电池和12v的开关电源，测距仪的供电可以在电池供电与市电供电之间自动切换。软件部分采用了C51编写。

如图2所示，跳远毯由起跳毯1、过渡毯2、测量毯3和防护毯4依次相连而成，起跳毯、过渡毯、测量毯和防护毯均为边长1米的正方形，整个跳远毯长4米、宽1米。如图3所示，测量毯3包括上、下两层橡胶垫，在上层橡胶垫31上附着有上层导电橡胶条32，在上层导电橡胶条正下方的下层橡胶垫35上附着有呈等距分布的下层导电橡胶条34，所有的导电橡胶条宽度均为0.5厘米、长度均为80厘米，两个相邻的下层导电橡胶条之间的距离为0.5厘米，在相邻的两个导电橡胶条之间有弹性绝缘体33，在测量毯内共有100对导电橡胶条。所有的上层导电橡胶条接的是+5v的电源，而每个下层导电橡胶条对应着接单片机的一个IO口，这样相当于组成一个大的独立式键盘。当测量毯上面有人落地时，会使上下两面的导电橡胶条接触产生电信号，相当于有按键按下了。

起跳毯1表面有三条起跳线7，每条起跳线前方0.5厘米处有一条犯规线6，相邻的两条犯规线之间的距离为30厘米，这样设置的理由是：根据普通人的脚长，起跳线之间距离相差30cm时就可以保证在起跳时不会同时踩到2条起跳线，对报警线的软件设计是运动员只有在踩到起跳线的同时踩到了报警线，主机才会发出报警的声音，这样可以有效的解决人员在跳毯上的走动而引起的无效报警问题。起跳毯的内部结构与测量毯的结构基本相同，即包括上、下两层橡胶垫，两层橡胶垫之间装有导电橡胶条和弹性绝缘体，不同的是，只在每条起跳线和犯规线的下方各装有一对导电橡胶条。

为了节约设计成本，过渡毯和防护毯是普通的橡胶毯，并不具备测量的功能。

为了方便移动，四块方形毯子可以折叠在一起成为一个边长1米的毯子，并且在起跳毯和防护毯的边缘处分别装有提手5，可以一个人提着移动。

表1说明了选择不同起跳线时对应自动测距仪的量程L。在适用过程中允许学生根据自身水平选择起跳线。起跳线和报警线的信息从机采集之后通过串口发送给主机，主机再做处理。

表1起跳线与测量范围

起跳线选择	适用人群	跳远量程L(cm)
			第1条	小学	100-200
第2条	初中	140-240
			第3条	高中/大学	175-275

数据的测量方面，测量毯内上、下面对应贴上导电橡胶条，平时上下的导电橡胶条是不接触，当有人跳在上面时带动橡胶条接触，相应的电路连通，从机通过采集数据，可以知道人的落地点。导电橡胶条的一端接从机，从机采集各个IO口的状态，通过软件设计知道离起跳线最近的落地点。主机与从机之间采用RS485通信标准，主机查询各个从机，把数据收集过来，处理之后显示在LED上。

为了增强数据传送的快速性与可靠性，主机对从机进行不间断的查询方式，而且根据实际需要对标准的主从通信方式进行改善，使系统的的稳定性与可靠性达到实时环测量境的要求。

主机部分主要完成的是不仅处理从机发送过来的数据并送显示模块显示，还要把犯规信息告诉裁判。如图4所示，主机由单片机1U2、总线驱动双向三态门1U1、通信接头1U3、收发器1U6、低压差线性调压器1U6、连接器1U4连接而成，蜂鸣器BUZZER与单片机相连，其中，单片机1U2采用P89LPC921，总线驱动双向三态门1U1采用74HC245、1U3采用HEADER5×2、收发器1U6采用MAX485、低压差线性调压器1U6采用LM1117、连接器1U4采用DB9。当使用内部复位和内部RC振荡器的时候，不需要外接单片机的P1.0(TXD)和P1.1(RXD)，通过MAX485与从机部分进行通信。P0.0连接MAX485的状态控制端，置位时允许发送，清零时允许接收。P0.1控制蜂鸣器BUZZER，当有犯规信息的时候，主机通过软件的设置控制蜂鸣器报警2秒，提示裁判成绩无效。P1.2，P1.3，P1.4，P3.0，P3.1通过74HC245的驱动，1U3接移位寄存器74HC595后连接显示模块，用于输出显示的测量值。由于单片机P89LPC921的工作电压为+2.4v-+3.6v，所以采用了一片LM1117把+5v的电压转换之后供单片机使用。连接器1U4用于外接计算机，把测得成绩送给计算机，方便对成绩的统计和打印成绩单。

如图5所示的从机模块，由单片机2U1、收发器2U2、接口排针2J1和2J2、以及一些电阻、电容等连接而成，其中，单片机2U1采用P89LPC921，收发器2U2采用MAX485。P89LPC921共有20个口，当使用内部RC振荡器和内部复位的时候，除去电源和地，可以用18个口。在这个系统中，通信用的MAX485需要用2个数据口P1.0、P1.1和一个控制口P0.7，所以余下15个IO口可以使用，在使用的时候没有用P1.5(RST)，用了14个IO口P0.0，P0.1，P0.2，P0.3，P0.4，P0.5，P0.6，P1.2，P1.3，P1.4，P1.6，P1.7，P3.0，P3.1，连接的是测量毯的导电橡胶条，当有人踩在测量板上的时候相应的IO口位置，把跳远的距离转换成电平信号，获得测量数据。其中2J1是与主机通信的接口排针，2J2是与导电橡胶条相连的接口排针，用以传送数据信息。

由于每个单片机P89LPC921只有14个IO口可用，则测量毯上的100个导电橡胶条就需要8个单片机来连接，其中7个单片机如图5所示那样，共接98个导电橡胶条，剩余的2个橡胶条接在第8个单片机3U1上，如图6所示，这个单片机3U1上还接了起跳线和犯规线下方的6个导电橡胶条。

显示模块采用3位LED数码管，亮度高，不论在室外或室内都能得到很好的显示效果。显示部分可以采用串行显示的方法，节省单片机的IO口去实现其他的功能。使用串行显示的过程中，需要用软件的方法把数据一位一位地送显示，然后通过串入并出的移位寄存器74HC595把数据转换成并行数据点亮响应的数码管。

立定跳远自动测距仪需要连续的长时间工作，电源关系着整个系统的性能。在设计中使用了交流电源和蓄电池的切换。电源框图如图7所示，在市电供电和蓄电池供电之间采用了一个继电器，当采用市电供电的时候，12v的开关电源工作给系统提供直流电，并且同时充电电路工作，开始给蓄电池充电；当市电切断的时候，继电器的常开触点闭合蓄电池开始给系统供电，这样可以保证系统可以长期可靠的运行。

立定跳远测距仪完成的功能如下：

一、可以自动的测量离起跳线落地点最近的成绩，显示成绩，避免了裁判的重复性工作和主观判断失误的可能性，极大的方便了裁判的工作。

二、在起跳毯上设置了三根起跳线，可以在测量毯有限的的长度下，选择不同的起跳线而获得更广的跳远测量距离，在大大节约硬件成本的同时可以满足实际的测量需要。在实际的使用过程中，可以根据年龄、性别等自主选择起跳线，且主机可以根据不同的起跳线计算出相应的实际测量距离。在量程的确定上参考了国家体育达标的标准，可以满足中小学生乃至大学生的测量需求。

三、设有犯规报警线，在踩起跳线的同时踩到犯规线会会发出警报信号，语音提示犯规，更加智能。软件设计与现实的测量规则相同，更加贴近实际。

四、市电和电池两用供电，且自动转换，在使用市电的情况下，电池自动断开供电，且可以对电池充电，在没有市电的条件下可以用蓄电池连续工作10小时以上。

五、具备扩展功能：和计算机通信，把测得成绩送给计算机，方便对成绩的统计和打印成绩单，省去了裁判的手工记录工作，更加的人性化。

六、整个测量过程没有人为的按键，智能化和自动化程度更高，可以提高学校体育测试的效率。成本低，实用性强，完全符合实际使用的要求，便于推广使用。

Claims (4)

1.一种立定跳远自动测距仪，其特征在于：由数据采集部分、数据处理部分、数据显示部分和电源部分组成，数据采集部分与数据处理部分相连，数据显示部分与数据处理部分相连，电源部分分别与数据采集部分、数据处理部分及数据显示部分相连。

2.如权利要求1所述的立定跳远自动测距仪，其特征在于：所述的数据采集部分包括一个跳远毯，跳远毯由起跳毯、过渡毯、测量毯和防护毯依次相连而成，所述的测量毯包括上、下两层橡胶垫，在上层橡胶垫上附着有上层导电橡胶条，在上层导电橡胶条正下方的下层橡胶垫上附着有呈等距分布的下层导电橡胶条，在相邻的导电橡胶条之间有弹性绝缘体；所述的起跳毯表面有起跳线和犯规线，在起跳线下方的毯体内装有一对导电橡胶条，在犯规线下方的毯体内也装有一对导电橡胶条。

3.如权利要求2所述折立定跳远自动测距仪，其特征在于：所述的起跳毯、过渡毯、测量毯和防护毯均为边长1米的正方形，测量毯内的导电橡胶条宽度均为0.5厘米、长度均为80厘米，两个相邻的下层导电橡胶条之间的距离为0.5厘米，起跳毯表面有三条起跳线，每条起跳线前方0.5厘米处有一条犯规线，相邻的两条犯规线之间的距离为30厘米。

4.如权利要求2所述的立定跳远自动测距仪，其特征在于：所述的起跳毯和防护毯的边缘处分别装有提手。

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