CN107803005A - 一种基于红外感应定位的乒乓球运动系统 - Google Patents

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卢玉龙
陈彦琦
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    • A63B67/04—Table games physically beneficial for the human body, modelled on outdoor sports, e.g. table tennis
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Abstract

本发明公开了一种基于红外感应定位的乒乓球运动系统。其系统由红外感应器阵列、配备压力传感器的乒乓球拍、具有特殊反射涂层的乒乓球以及根据红外感应计算位置的服务器阵列成。其中，配备压力传感器的乒乓球拍和具有特殊反射涂层的乒乓球属于可选项。红外感应器阵列发射和接收红外线，记录电压数据及红外线发射和接收的时间差值，将电压数据及红外线发射和接收的时间差值发送至根据红外感应计算位置的服务器；配备压力传感器的乒乓球拍获取压力传感数据，然后将压力传感数据发送至根据红外感应计算位置的服务器。本发明解决了现有基于物联网的乒乓球运动系统缺乏实时计算乒乓球位置功能的问题。

Description

一种基于红外感应定位的乒乓球运动系统
技术领域
本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种基于红外感应定位的乒乓球运动系统。
背景技术
目前对乒乓球运动进行监测的技术主要有两类，一种是计算机视觉分析方法，一种是信号触发判断方法。
计算机视觉分析方法主要通过多台高速高清摄像机实时采集乒乓球运动时的录像，对录像中的每个图像进行目标识别和空间定位后形成数据，再通过滤波和跟踪计算出乒乓球轨迹，该方法的缺点是计算复杂度高，对设备的性能要求高。
信号触发判断方法是通过安装在乒乓球台和球网的压电传感器获取因受到乒乓球的撞击而产生的信号，比较多个信号的强度和产生时间，计算乒乓球的撞击位置和大致的运动轨迹，该方案的缺点是不能定位乒乓球在空中的位置，定位准确度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有基于物联网的乒乓球运动系统缺乏实时计算乒乓球位置的功能，提出一种基于红外感应定位的乒乓球运动系统。
红外感应定位是指部署的红外感应装置发射红外线，当有物体进入红外线覆盖范围后，红外感应器可以接收到该物体反射的红外线，最终实现对物体的定位。
本发明的基于红外感应定位的乒乓球运动系统由红外感应器阵列、配备压力传感器的乒乓球拍、具有特殊反射涂层的乒乓球以及根据红外感应计算位置的服务器阵列成。其中，配备压力传感器的乒乓球拍和具有特殊反射涂层的乒乓球属于可选项。
红外感应器阵列：红外感应器阵列由多个均匀分布的具有编码的红外感应器组成，部署在与乒乓球桌面平行的正上方位置，红外感应器阵列发射的红外线覆盖乒乓球运动区域；红外感应器发射和接收各自的红外线，记录电压数据及红外线发射和接收的时间差值，将电压数据及红外线发射和接收的时间差值发送至根据红外感应计算位置的服务器。
配备压力传感器的乒乓球拍：乒乓球拍包括手柄、基板以及贴在基板上左右对称的胶皮，其中左、右胶皮与基板之间缝隙处部署压力传感器，压力传感器获取压力传感数据，然后将压力传感数据发送至根据红外感应计算位置的服务器。
具有特殊反射涂层的乒乓球：乒乓球表面涂抹用于反射红外线的反射涂层，使照射到乒乓球表面的红外线发生较低损耗的反射，然后被红外感应器中的红外探测电路接收。
根据红外感应计算位置的服务器：获取红外感应器阵列的电压数据以及红外线发射和接收的时间差值，根据电压数据判断乒乓球在红外感应阵列中的映射位置，根据红外线发射和接收时间差值计算乒乓球与红外感应器阵列的距离，根据映射位置和距离得到乒乓球的空间位置；获取乒乓球拍中压力传感器检测的压力传感数据，计算乒乓球拍撞击乒乓球的位置和力度。
本发明的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，如图1所示，根据红外感应计算位置的服务器简称为服务器，点状区域表示红外感应器阵列，实心圆点表示红外感应器，带箭头的虚线表示信号传送的方向。红外感应器阵列发射和接收红外线，记录电压数据及红外线发射和接收的时间差值，将电压数据及红外线发射和接收的时间差值发送至根据红外感应计算位置的服务器；配备压力传感器的乒乓球拍获取压力传感数据，然后将压力传感数据发送至根据红外感应计算位置的服务器。
本发明的方法及系统具有的优点是：
(1)提出一种包含乒乓球、球拍、球网和球台的基于红外感应定位的完整乒乓球运动系统。
(2)通过采用红外感应定位技术，可以更简单地进行乒乓球的实时定位。
附图说明
图1是本发明的基于红外感应定位的乒乓球运动系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的部署的红外感应器阵列的编号示意图；
图3是本发明实施例的配备压力传感器的乒乓球拍的三视图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明。
红外感应定位是指部署的红外感应装置发射红外线，当有物体进入红外线覆盖范围后，红外感应器可以接收到该物体反射的红外线，最终实现对物体的定位。
本发明的基于红外感应定位的乒乓球运动系统由红外感应器阵列、配备压力传感器的乒乓球拍、具有特殊反射涂层的乒乓球以及根据红外感应计算位置的服务器阵列成。其中，配备压力传感器的乒乓球拍和具有特殊反射涂层的乒乓球属于可选项。
红外感应器阵列：红外感应器阵列由多个均匀分布的具有编码的红外感应器组成，部署在与乒乓球桌面平行的正上方位置，红外感应器阵列发射的红外线覆盖乒乓球运动区域；红外感应器发射和接收各自的红外线，记录电压数据及红外线发射和接收的时间差值，将电压数据及红外线发射和接收的时间差值发送至根据红外感应计算位置的服务器。红外感应阵列中分布的红外感应器数量越多，红外线覆盖区域的划分越精细，由于乒乓球的直径最大为4厘米，所以红外线覆盖区域划分的区域间隔最佳为8厘米，根据区域的数量设置红外感应器数量。本实施例中，红外感应器阵列中包含均匀分布的24个红外感应器，红外感应器阵列部署于乒乓球桌面上方且平行于乒乓球桌面，与桌面的最佳距离为2米，用大写英文字母将各红外感应器编号，如图2所示，每个红外感应器中的红外发生电路按照一定的时间间隔T发射不同编码的红外线，其中时间间隔T事先设置为1毫秒，红外探测电路接收对应的红外发生电路的红外反射光线，获得电压数据，记录红外线发射和接收时间差值，将电压数据及红外线发射和接收时间差值发送至服务器。
配备压力传感器的乒乓球拍：乒乓球拍包括手柄、基板以及贴在基板上左右对称的胶皮，其中左、右胶皮与基板之间缝隙处部署压力传感器，压力传感器获取压力传感数据，然后将压力传感数据发送至根据红外感应计算位置的服务器。本实施例中，配备压力传感器的乒乓球拍如图3的三视图所示，标号1表示球拍面，标号11表示基板，标号12表示压电薄膜传感器，标号13表示左右胶皮，标号2表示球拍柄，其中压电薄膜传感器部署在左、右胶皮与基板之间并按照顺序编号，压电薄膜传感器检测压力传感数据，然后将压力传感数据发送至根据红外感应计算位置的服务器。
具有特殊反射涂层的乒乓球：乒乓球表面涂抹用于反射红外线的反射涂层，使照射到乒乓球表面的红外线发生较低损耗的反射，然后被红外感应器中的红外探测电路接收。本实施例中，乒乓球表面涂有已知的利于红外线反射的低辐射涂层材料。
根据红外感应计算位置的服务器：获取红外感应器阵列的电压数据以及红外线发射和接收的时间差值，根据电压数据判断乒乓球在红外感应阵列中的映射位置，根据红外线发射和接收时间差值计算乒乓球与红外感应器阵列的距离，根据映射位置和距离得到乒乓球的空间位置；获取乒乓球拍中压力传感器检测的压力传感数据，计算乒乓球拍撞击乒乓球的位置和力度。本实施例中，乒乓球定位方案为：首先建立x-y-z三轴坐标系，部署的红外感应器阵列的映射平面被划分为多个不同编号的区域，以区域的中心点坐标为该区域的x-y轴坐标；当乒乓球进入红外线覆盖区域后，获取红外感应器阵列记录的电压数据及此次红外线的发射和接收时间差值，根据电压数据计算乒乓球在红外感应器阵列中的映射区域，即x-y轴坐标，根据红外线的发射和接收时间差值计算乒乓球与红外感应器阵列的距离，计算z轴坐标，从而得出乒乓球的位置坐标值。另外，根据乒乓球拍部署的多个压电薄膜传感器把球拍面划分为多个区域并编号，压电薄膜传感器位于各区域的中心；获取球拍面中压电薄膜传感器检测的电压数据，根据电压数据及对应的区域编号判断乒乓球拍撞击乒乓球的力度和位置。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其特征在于由红外感应器阵列和根据红外感应计算位置的服务器组成。
2.根据权利要求1所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其红外感应器阵列的特征在于：红外感应器阵列由多个均匀分布的具有编码的红外感应器组成，部署在与乒乓球桌面平行的正上方位置，红外感应器阵列发射的红外线覆盖乒乓球运动区域；红外感应器发射和接收各自的红外线，记录电压数据及红外线发射和接收的时间差值，将电压数据及红外线发射和接收的时间差值发送至根据红外感应计算位置的服务器。
3.根据权利要求1所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其根据红外感应计算位置的服务器的特征在于：获取红外感应器阵列的电压数据以及红外线发射和接收的时间差值，根据电压数据判断乒乓球在红外感应器阵列中的映射位置，根据红外线发射和接收时间差值计算乒乓球与红外感应器阵列的距离。
4.根据权利要求1所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其特征还包括配备压力传感器的乒乓球拍。
5.根据权利要求4所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其配备压力传感器的乒乓球拍的特征在于：乒乓球拍包括手柄、基板以及贴在基板上左右对称的胶皮，其中左、右胶皮与基板之间缝隙处部署压力传感器，压力传感器获取压力传感数据，然后将压力传感数据发送至根据红外感应计算位置的服务器。
6.根据权利要求5所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其根据红外感应计算位置的服务器的特征在于：获取乒乓球拍中压力传感器检测的压力传感数据，计算乒乓球拍撞击乒乓球的位置和力度。
7.根据权利要求1所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其特征还包括具有特殊反射涂层的乒乓球。
8.根据权利要求7所述的基于红外感应定位的乒乓球运动系统，其具有特殊反射涂层的乒乓球的特征在于：乒乓球表面涂抹用于反射红外线的反射涂层，使照射到乒乓球表面的红外线发生较低损耗的反射，然后被红外感应器中的红外探测电路接收。
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