CN105631961B - 一种基于远红外对管的赛道计时系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于远红外对管的赛道计时系统，包括：发令装置，用于发出起跑指令；起跑检测装置，用来检测运动员起跑的反应时间并记录起跑时间；若干基于远红外对管的计时装置，记录运动员经过计时装置的时间；同步计时装置，用于上述各装置的初始时间；手持终端，接收起跑时间、反应时间以及经过基于远红外对管的计时装置的时间，并显示运动数据；以及电源模块。本发明提供的五自由度的快速对准平台的调节方法可以快速实现一对远红外管在赛道两侧的快速对准工作，通过压力传感器模块和声音传感器模块协同工作，可以准确快速的测得运动员的反应时间；并采用远红外对管判断运动员是否经过计时点，可以实现宽赛道的计时并且精度高，实时性好。

Description

一种基于远红外对管的赛道计时系统及其使用方法

技术领域

本发明主要涉及竞技体育技术统计技术领域，特别涉及一种基于远红外对管的赛道计时系统及其使用方法。

背景技术

计时在田径运动训练中是一个重要环节，计时数据的误差大小直接影响到对运动员平时赛跑能力的判断和对比赛成绩的预测。在短跑中，准确的计时更显得尤为重要。在平时的训练中，大多数教练员使用了两种信号：光信号和声信号。由于对于信号的掌握尺度的不稳定和信号源的不统一，造成了计时的误差或大或小，从而干扰了对当时对运动员的判断。如何针对平时训练中减少短跑训练中计时的误差，掌握最佳的计时方法是值得广大田径教练员探讨的问题。

随着电子信息的飞速发展，测量运动员的速度不在是秒表这种原始的测试设备，而是集电子、机械、光电、传感技术、计算机技术以及无线网络传输技术等多学科知识为一体的新型速度测量设备。运动员在这个速度测试设备下进行跑步训练，可以测量出运动员的反应时间、加速时间、速度等。教练员可以通过这些训练信息来指导运动员训练。经对现有技术文献资料的检索发现，中国专利公开号为CN203397401U的实用新型专利公开了一种赛道计时系统，该赛道计时系统包括起点发起设备、终点设备、多个学生标识设备，采用蜂鸣器的蜂鸣指示发起跑步信息，终点设备的标识读取模块通过射频读卡器读取学生标识设备中的标识信息，并建立该标识信息与定时时间之间的对应关系，该实用新型可以简略测得多个运动员的赛跑信息，但是采用蜂鸣器的蜂鸣作为起跑信号可能造成运动员听不清起跑信号，而且只能测得跑步时间，不能测得起跑时间、加速时间等运动信息，不方便教练员详细了解运动员的赛跑信息。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于远红外对管的赛道计时系统，其包括：

发令装置，用于发出起跑指令；

起跑检测装置，其设于跑道起跑线位置，用来检测运动员起跑的反应时间并记录起跑时间；

三对基于远红外对管的计时装置，每对基于远红外对管的计时装置分别设于跑道的不同位置，用于记录运动员经过所述每对基于远红外对管的计时装置中间的时间；

同步计时装置，用于同步所述发令装置、起跑检测装置以及基于远红外对管的初始时间；

手持终端，用于接收所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置发送的起跑时间、反应时间以及经过基于远红外对管的计时装置的时间，并结合跑道的长度与所述基于远红外对管的计时装置的位置得到运动员的各项赛跑数据；

电源模块，为所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置和所述同步计时装置供电，为系统提供稳压、上电、断电和电量检测功能；

所述基于远红外对管的计时装置数量为三对，分别设置于跑道前半段、跑道后半段以及跑道终点，所述基于远红外对管的计时装置包括两个基于远红外对管的计时器，其中一个基于远红外对管的计时器的红外发射端发射红外线至另一位置相对的基于远红外对管的计时器的红外接收端，形成闭合光回路，当运动员遮住远红外对管的红外光线时，基于远红外对管的计时装置的计时器立即停止计时；

所述基于远红外对管的计时装置包括五自由度的快速对准平台、远红外对管和第一ZigBee通信模块组成，所述五自由度的快速对准平台包括单自由度基座和四自由度调整平台，所述单自由度基座包括可调节高度三脚架，用于调节竖直高度，所述四自由度调整平台包括一个激光发射器、十字接收靶、对准信号灯以及四自由度调整器；

所述五自由度的快速对准平台用于调整远红外对管之间的位置，所述第一ZigBee通信模块用于实现基于远红外对管的计时装置和所述同步计时装置的信息交互，将运动员经过所述基于远红外对管的计时装置的时间发送给所述同步计时装置；

每对中的一个基于远红外对管的计时装置的激光发射器发射激光到另一个基于远红外对管的计时装置的所述十字接收靶上，当一对激光均位于对应十字接收靶的靶上时，对准信号灯亮起，在调节一对激光均位于对应十字接收靶的中心上，所述远红外管完成对准。

较佳地，所述同步计时装置包括声音传感器模块、同步模块和第二ZigBee通信模块，所述声音传感器模块接收到发令装置发出的声音信号，并发送比赛开始信息至所述同步模块，所述同步模块获得比赛开始信息后通过所述第二ZigBee通信模块发送开始计时指令至所述起跑检测装置、所述基于远红外对管的计时装置和所述手持设备终端，并接收所述起跑检测装置、所述基于远红外对管的计时装置和所述手持设备终端返回的时间数据。

较佳地，所述起跑检测装置包括第三ZigBee通信模块、压力传感器模块和电源管理模块，所述第三ZigBee通信模块用于和所述同步计时装置进行数据交换，所述电源管理模块为所述第三ZigBee通信模块、压力传感器模块提供电能；

所述压力传感器模块包括柔性力敏传感器，所述柔性力敏传感器安装在起跑器上，所述柔性力敏传感器实时监测运动员脚底压力变化信息，当脚底压力变为零时，则记录此时的时间为运动员的起跑时间。

较佳地，所述手持终端包括显示屏、第四ZigBee通信模块以及电源，所述电源为所述显示屏、第四ZigBee通信模块供电，所述第四ZigBee通信模块用于和所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置进行数据交换。

较佳地，所述四自由度调整器有三个自由度负责调节远红外管的翻转角R、俯仰角P和偏转角Y，这三个自由度保持一对远红外管处于相对位置，另外一个自由度控制调整平台的水平位置，完成远红外对管的水平微调。

较佳地，所述基于远红外对管的计时装置中的五自由度的快速对准平台的调节方法包括以下步骤：

(1)首先调节翻转R、俯仰P方向的两个方向的旋钮，通过保持翻转R和俯仰P两个方向的水平仪的水平气泡处于中间位置，实现对准平台的水平校准；

(2)调节两个对准平台各自的单自由度的基座，使两个对准平台的高度差处于一个固定范围内；

(3)调节一对基于远红外对管的计时装置的偏转Y方向的旋钮，调节至对准信号灯亮；

(4)调节水平位置微调旋钮，使两激光发射器发射激光到处于各自相对位置的十字接收靶的水平方向的中间位置；

(5)最后细调单自由度基座，使激光到对应十字接收靶的中心位置。

较佳地，所述起跑检测装置、同步计时装置和基于远红外对管的计时装置在长时间没有数据传输或手持设备终端关机的情况下自动进入休眠状态，当起跑检测装置、同步计时装置和基于远红外对管的计时装置处于休眠状态时，其能够实时侦测手持设备终端状态，若侦测手持设备终端开机，则起跑检测装置、同步计时装置和基于远红外对管的计时装置被唤醒并进入待机状态。

本发明还提供了基于远红外对管的赛道计时系统的使用方法，其包括以下步骤：

(1)系统初始化设置：在起跑线处放置起跑检测装置，在赛道的前段、中后段和终点处各放置一对基于远红外对管的计时装置，同时打开手持设备终端；

(2)运动员赛跑阶段：运动员在起跑线上准备赛跑，教练员通过发令装置发出起跑指令，运动员开始赛跑；

(3)分析并显示赛跑数据：教练员通过手持终端查看运动员的运动数据，并给运动员反馈信息并给出建议；

(4)若进入下一次赛跑，则返回步骤(2)，否则结束本次训练，进入(5)；

(5)显示本次训练信息。

本发明具有以下有益效果：

本发明相对于现有技术的优势在于：

(1)本发明采用了五自由度的快速对准平台，通过调节五个自由度可以快速实现跑道两侧各放置一个远红外对管的对准；通过本发明提供的五自由度的快速对准平台的调节方法可以快速实现一对远红外管在赛道两侧的快速对准工作，节省了用户对准远红外管的时间；

(2)本发明采用了压力传感器模块和声音传感器模块协同工作，可以准确快速的测得运动员的反应时间，声音传感器模块接收到信号发令装置的赛跑开始信号，并将比赛开始信息发送给同步模块，同步模块获得比赛开始信息后通过ZigBee通信模块与起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置和手持设备终端进行信息交互，通知他们开始计时，并收到他们返回的时间数据，其中压力传感器获得运动员离开起跑线的时间，即运动员的反应时间，并通过ZigBee通信模块发送给同步模块，同步模块获得运动员的返回时间，通过ZigBee通信模块发送给手持设备终端，最终显示出来；本发明采用压力传感器模块和声音传感器模块协同工作，解决了运动员起跑反应时间难测量和测量不准的问题，并直观的显示到手持设备终端，是一种准确、快速且方便的了解运动员起跑反应时间的方法；

(3)本发明采用远红外对管判断运动员是否经过计时点，可以实现宽赛道的计时并且精度高，实时性好；远红外管的发射端发出远红外光，相对的远红外管接收端收到远红外光，形成闭合光回路，当运动员经过两端放置远红外对管的赛点，身体遮挡住远红外光，这时基于远红外对管的计时装置停止计时，并将该计时时间通过ZigBee通信模块发送给同步模块，最终显示到手持设备终端，是一种准确快速测量运动员赛跑时间的方法。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a本发明实施例提供的基于远红外对管的计时装置的主视图；

图1b为本发明实施例提供的基于远红外对管的计时装置的侧视图；

图2本发明实施例提供的起跑检测装置的结构示意图；

图3本发明实施例提供的赛道计时系统的安装示意图；

图4本发明实施例提供的赛道计时系统的使用方法流程图；

图5本发明实施例提供的五自由度快速对准平台的对准流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于远红外对管的赛道计时系统，其包括：

发令装置，用于发出起跑指令；

起跑检测装置203，其设于跑道起跑线位置，用来检测运动员起跑的反应时间并记录起跑时间；

三对基于远红外对管的计时装置101，分别设于跑道的不同位置，用于记录运动员经过每对基于远红外对管的计时装置101之间时的时间；

同步计时装置，用于同步所述发令装置、起跑检测装置以及基于远红外对管的初始时间；

手持终端，用于接收所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置101发送的起跑时间、反应时间以及经过基于远红外对管的计时装置101的时间，并结合跑道的长度与所述基于远红外对管的计时装置101的位置得到运动员的各项赛跑数据；本发明实施例中，各项赛跑数据包括反应时间、加速时间、总赛跑时间、起跑加速度、匀速速度、平均速度等运动信息；

电源模块，为所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置101和所述同步计时装置供电，为系统提供稳压、上电、断电和电量检测功能。

如图1所示，是本发明的基于远红外对管的计时装置101结构示意图，其中基于远红外对管的计时装置101，激光发射器102，翻转R、俯仰P方向调节的水平泡103，水平位置微调旋钮104，翻转R方向调节旋钮105，偏转Y方向调节旋钮106，翻转R、俯仰P方向调节锁死旋钮107，单自由度基座高度调节旋钮108，远红外管109，远红外对管对齐信号灯110，十字接收靶111，俯仰P调节旋钮112，单自由度基座高度调节锁死旋钮113，水平位置微调锁死旋钮114，偏转Y方向调节锁死旋钮115；其中，远红外管109用四个螺丝固定在五自由度旋转平台上。

如图2所示，是本发明的起跑检测装置的结构示意图。图2中包括赛道201，赛道起跑线202，起跑检测装置203，其中起跑检测装置203装在赛道起跑线202上。

如图3所示，是本发明的赛道计时系统的安装示意图。图3中包括基于远红外对管的计时装置101，赛道的终点301，赛道起跑线202，起跑检测装置203；其中，本发明有三对基于远红外对管的计时装置101，第一对放置在终点的两侧，用于测通过运动员通过终点的时间；第二对放置在赛道的中后段，用于测运动员的匀速时间；第三对放置在赛道的前段，用于测运动员的加速时间；三对基于远红外对管的计时装置101需要经过对准，保证远红外对管处于对齐的状态。

本发明实施例提供的发令装置可以为发令枪，当发令装置发出起跑开始信息后，同步计时装置通过声音传感器模块立即接收到开始信息，通过第二ZigBee通信模块发送开启基于远红外对管的计时装置101、起跑检测装置203的计时器的指令，基于远红外对管的计时装置101、起跑检测装置203的计时器清零并开始；当运动员听到起跑开始信息，离开起跑线，这时起跑检测装置203的计时器立即停止计时，即测得运动员的反应时间，并通过第三ZigBee通信模块将反应时间发送给同步计时装置；运动员到达第一对基于远红外对管的计时装置101，运动员遮住远红外对管，基于远红外对管的计时装置101的计时器立即停止计时，并通过第一ZigBee通信模块将时间发送给同步计时装置，同步计时装置得到后减去反应时间即得到运动员的加速时间，若提前输入第一对基于远红外对管的计时装置101距起跑线的距离就可以得到运动员的起跑加速度；运动员到达第二个基于远红外对管的计时装置101，基于远红外对管的计时装置101的计时器立即停止计时，并通过第一ZigBee通信模块将时间发送给同步计时装置，同步计时装置获得时间后，减去第一对基于远红外对管的计时装置101发送来的时间，得到匀速段的时间，若提前输入第一个和第二个基于远红外对管的计时装置101的距离，就可以得到匀速速度；运动员到达第三个基于远红外对管的计时装置101，完成本次赛跑，得到本次赛跑的总时间，通过第一ZigBee通信模块将总时间发送给同步计时装置，若提前输入赛道距离，就可以得到本次赛跑的平均速度；在赛跑的过程中，同步计时装置通过第二ZigBee通信模块实时将运动信息发送给手持设备终端，实时显示给用户。

如图4所示，是本发明的赛道计时系统的使用方法流程图，具体的，该赛道计时系统的使用方法是：

(1)步骤401：按步骤406至步骤409对系统进行初始化，步骤406：具体是在起跑线上放置好起跑检测装置，步骤407：在赛道的前段、中段以及终点处放置好三个基于远红外对管的计时装置，步骤408：在合适位置放置同步计时装置，步骤409：将所有的设备供电并打开，同时教练员打开手持设备终端，点击开始准备赛跑按钮；

(2)步骤402：完成系统初始化后，进入运动员赛跑检测阶段，运动员站在起跑线上，按以下步骤进行赛跑检测，步骤410：准备赛跑的开始，步骤411：教练员使用发令枪发出赛跑开始指令，赛跑正式开始，步骤412：运动员听到赛跑开始指令开始赛跑；

(3)步骤403：分析显示赛跑数据，运动员冲过终点后，教练员通过手持设备终端查看赛跑信息，并决定是否需要修改训练计划；

(4)步骤404：教练决定是否继续赛跑，若进入下一次赛跑，则返回(2)，否则结束本次训练，进入(5)；

(5)步骤405：显示本次训练信息。

如图5所示，是本发明的五自由度快速对准平台的对准流程图，展示了快速对准远红外对管的方法。该快速对准方法是：步骤501：将一对基于远红外对管的计时装置101放在赛道两侧的合适位置，步骤502：保持一对远红外对管的在赛道两边的位置大致相同，调节一对远红外计时装置翻转R、俯仰P方向的两个方向旋钮105、112，步骤503：使对准平台处于水平状态，接着粗调单自由度基座高度调节旋钮108，步骤504：使一对对准平台的高度大致相同，接着调节一对计时装置偏转Y方向的旋钮106，步骤505：调节至对齐信号灯110灯亮，即一对远红外管处于相对位置，接着调节水平位置微调旋钮，步骤506：使一对激光发射器发射激光到对应十字接收靶的中间位置，最后细调单自由度基座高度调节旋钮108，使一对激光发射器102发射激光到对应十字接收靶的中心位置，即完成快速对准工作。

本发明实施例提供了使用本发明的基于远红外对管的赛道计时系统用于运动员训练的方法，具体过程如下：

(1)在赛道起跑线202放置起跑检测装置203，在赛道201的前段、中后段和终点处各放置一对基于远红外对管的计时装置101，并通过五自由度对准平台实现计时装置的对准，教练员打开手持设备终端；

(2)运动员在起跑线上准备赛跑，教练员使用发令装置发出开始赛跑指令；

(3)运动员听到赛跑开始指令后起跑，依次跑过三对基于远红外对管的计时装置101，到达赛道终点，完成本次赛跑；

(4)教练员通过手持设备终端查看运动员本次赛跑的反应时间、加速时间、总赛跑时间、起跑加速度、匀速速度、平均速度等运动信息，给运动员反馈信息并给出建议，并决定是否继续赛跑，若进入下一次赛跑，则返回(2)，否则结束本次训练，进入(5)；

(5)手持设备终端显示本次训练所有赛跑的数据，并图形化显示各次赛跑数据对比，教练员根据相应的数据设计接下来的训练计划来提高运动员的水平。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于远红外对管的赛道计时系统，其特征在于，包括：

发令装置，用于发出起跑指令；

起跑检测装置，其设于跑道起跑线位置，用来检测运动员起跑的反应时间并记录起跑时间；

三对基于远红外对管的计时装置，每对基于远红外对管的计时装置分别设于跑道的不同位置，用于记录运动员经过所述每对基于远红外对管的计时装置中间的时间；

同步计时装置，用于同步所述发令装置、起跑检测装置以及基于远红外对管的初始时间；

手持终端，用于接收所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置发送的起跑时间、反应时间以及经过基于远红外对管的计时装置的时间，并结合跑道的长度与所述基于远红外对管的计时装置的位置得到运动员的各项赛跑数据；

电源模块，为所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置和所述同步计时装置供电，为系统提供稳压、上电、断电和电量检测功能；

所述基于远红外对管的计时装置数量为三对，分别设置于跑道前半段、跑道后半段以及跑道终点，所述基于远红外对管的计时装置包括两个基于远红外对管的计时器，其中一个基于远红外对管的计时器的红外发射端发射红外线至另一位置相对的基于远红外对管的计时器的红外接收端，形成闭合光回路，当运动员遮住远红外对管的红外光线时，基于远红外对管的计时装置的计时器立即停止计时；

所述基于远红外对管的计时装置包括五自由度的快速对准平台、远红外对管和第一ZigBee通信模块组成，所述五自由度的快速对准平台包括单自由度基座和四自由度调整平台，所述单自由度基座包括可调节高度三脚架，用于调节竖直高度，所述四自由度调整平台包括一个激光发射器、十字接收靶、对准信号灯以及四自由度调整器；所述四自由度调整器有三个自由度负责调节远红外管的翻转角R、俯仰角P和偏转角Y，这三个自由度保持一对远红外管处于相对位置，另外一个自由度控制调整平台的水平位置，完成远红外对管的水平微调；

所述五自由度的快速对准平台用于调整远红外对管之间的位置，所述第一ZigBee通信模块用于实现基于远红外对管的计时装置和所述同步计时装置的信息交互，将运动员经过所述基于远红外对管的计时装置的时间发送给所述同步计时装置；

每对中的一个基于远红外对管的计时装置的激光发射器发射激光到另一个基于远红外对管的计时装置的所述十字接收靶上，当一对激光均位于对应十字接收靶的靶上时，对准信号灯亮起，在调节一对激光均位于对应十字接收靶的中心上，所述远红外管完成对准。

2.如权利要求1所述的基于远红外对管的赛道计时系统，其特征在于，所述同步计时装置包括声音传感器模块、同步模块和第二ZigBee通信模块，所述声音传感器模块接收到发令装置发出的声音信号，并发送比赛开始信息至所述同步模块，所述同步模块获得比赛开始信息后通过所述第二ZigBee通信模块发送开始计时指令至所述起跑检测装置、所述基于远红外对管的计时装置和所述手持设备终端，并接收所述起跑检测装置、所述基于远红外对管的计时装置和所述手持设备终端返回的时间数据。

3.如权利要求1所述的基于远红外对管的赛道计时系统，其特征在于，所述起跑检测装置包括第三ZigBee通信模块、压力传感器模块和电源管理模块，所述第三ZigBee通信模块用于和所述同步计时装置进行数据交换，所述电源管理模块为所述第三ZigBee通信模块、压力传感器模块提供电能；

所述压力传感器模块包括柔性力敏传感器，所述柔性力敏传感器安装在起跑器上，所述柔性力敏传感器实时监测运动员脚底压力变化信息，当脚底压力变为零时，则记录此时的时间为运动员的起跑时间。

4.如权利要求1所述的基于远红外对管的赛道计时系统，其特征在于，所述手持终端包括显示屏、第四ZigBee通信模块以及电源，所述电源为所述显示屏、第四ZigBee通信模块供电，所述第四ZigBee通信模块用于和所述起跑检测装置、基于远红外对管的计时装置进行数据交换。

5.如权利要求1所述的基于远红外对管的赛道计时系统，其特征在于，所述基于远红外对管的计时装置中的五自由度的快速对准平台的调节方法包括以下步骤：

(1)首先调节翻转R、俯仰P方向的两个方向的旋钮，通过保持翻转R和俯仰P两个方向的水平仪的水平气泡处于中间位置，实现对准平台的水平校准；

(2)调节两个对准平台各自的单自由度的基座，使两个对准平台的高度差处于一个固定范围内；

(3)调节一对基于远红外对管的计时装置的偏转Y方向的旋钮，调节至对准信号灯亮；

(4)调节水平位置微调旋钮，使两激光发射器发射激光到处于各自相对位置的十字接收靶的水平方向的中间位置；

(5)最后细调单自由度基座，使激光到对应十字接收靶的中心位置。

6.如权利要求1所述的基于远红外对管的赛道计时系统，其特征在于，所述起跑检测装置、同步计时装置和基于远红外对管的计时装置在一段时间内没有数据传输或手持设备终端关机的情况下自动进入休眠状态，当起跑检测装置、同步计时装置和基于远红外对管的计时装置处于休眠状态时，实时侦测手持设备终端状态，若侦测手持设备终端开机，则起跑检测装置、同步计时装置和基于远红外对管的计时装置被唤醒并进入待机状态。

7.一种基于权利要求1所述的远红外对管的赛道计时系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)系统初始化设置：在起跑线处放置起跑检测装置，在赛道的前段、中后段和终点处各放置一对基于远红外对管的计时装置，同时打开手持设备终端；

(2)运动员赛跑阶段：运动员在起跑线上准备赛跑，教练员通过发令装置发出起跑指令，运动员开始赛跑；

(3)分析并显示赛跑数据：教练员通过手持终端查看运动员的赛跑数据，并给运动员反馈信息并给出建议；

(4)若进入下一次赛跑，则返回步骤(2)，否则结束本次训练，进入(5)；(5)显示本次训练信息。