CN108096808A - 一种跳远距离的自动测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跳远距离的自动测量装置及方法。系统包括下位机和上位机。装置由激光光电开关阵列传感器和测量仪组成。激光光电开关阵列传感器由多个激光光电开关构成，其中2个光电开关用于检测起跳动作，2个光电开关用于检测起跳是否违规，剩下的多个光电开关等间距排列，用于测量跳远落地距离。测量仪的硬件包括微控制器、电源模块、显示屏、蓝牙模块、蜂鸣器等模块和元器件。激光光电开关阵列传感器、测量仪软硬件综合起来，共同完成跳远距离的自动测量。只要有跳远动作发生，就会有声音提示，若起跳违规，则产生报警提示音。测量数据实时显示于测量仪，同时能及时将测量数据通过蓝牙上传到其它接收设备。

Description

一种跳远距离的自动测量装置及方法

技术领域

本发明属于体育运动器材范畴，涉及跳远距离的自动测量、光电开关以及微控制器的应用等领域。

背景技术

在跳远比赛和跳远训练中，及时获悉跳远距离、起跳是否存在违规，对于运动员或裁判员来说都很重要的。传统的做法是在起跳板靠近沙坑处撒上石灰，通过人工观察石灰上是否有脚印来判断起跳是否违规。跳远距离的测量通常采用皮尺，至少需要两人配合才能完成。随着计算机技术的发展，相继出现了采用导电橡胶检测或红外对管检测起跳违规动作，或者采用红外测距仪测量跳远距离。由于红外对管在强光下，尤其是太阳光下，抗干扰能力差，效果并不理想。而且红外线对管的聚光性不好，跳远的沙坑宽度约为3m，红外对管的感应距离往往不能满足需要，因此应用于室外跳远距离的测量比较困难。基于上述原因，本发明提出了一种新的装置及解决方法。

发明内容

本发明的目的在于：为跳远距离提供一种自动测量装置及方法，自动判断起跳是否存在违规动作，自动测量跳远距离，测量结果实时显示于测量仪，同时也可通过无线蓝牙方式实时将数据上传到手机等蓝牙接收设备，在没有蓝牙连接设备时暂时存储于测量仪。无论跳远动作正常或存在违规，都有相应的报警提示声音，实时提醒运动员和裁判员。

本发明所采用的技术方案如下：

1.一种跳远距离的自动测量装置及方法，其特征在于：装置由激光光电开关阵列传感器和测量仪组成：激光光电开关阵列传感器由多个激光光电开关构成，其中2个光电开关用于检测起跳动作，2个光电开关用于检测起跳是否违规，剩下的多个光电开关等间距排列，用于测量跳远落地距离；测量仪的硬件包括微控制器、电源模块、显示屏、蓝牙模块、蜂鸣器等模块和元器件；测量仪的软件包括起跳检测模块、违规检测模块、落地距离检测模块、显示模块、电源管理模块、报警模块、蓝牙通信模块等；激光光电开关阵列传感器、测量仪软硬件综合起来，共同完成跳远距离的自动测量。

2.根据权利要求1所述的跳远距离自动测量装置及方法，其特征在于自动测量跳远距离的方法步骤如下：

步骤一，当有脚踏上起跳板时，检测起跳动作的两个光电开关中的任何一个状态发生变化，都产生一个脉冲，触发中断，启动落地区域光电开关阵列的循环扫描程序。

步骤二，微控制器快速循环扫描落地区域多个光电开关的遮挡状态，记录下发生过遮挡的光电开关编号。

步骤三，在发生过遮挡的光电开关中，找出离起跳板距离最近的一个光电开关，将该光电开关的位置作为跳远落地时脚后跟的位置；计算出该光电开关到起始光电开关之间的光电开关数目；然后再根据该光电开关数目，以及光电开关阵列中每两个光电开关的间隔距离，计算出落地位置到起始光电开关的距离；该距离再加上起始光电开关到起跳板的距离，则为测量得到的跳远距离。

步骤四，判断检测起跳违规的两个光电开关是否发生过遮挡；若其中任何一个光电开关曾经发生过遮挡，则将此次跳远判定为违规，同时蜂鸣器发出报警提示声音；若两个都没有发生过遮挡，则判定此次跳远动作合格，同时蜂鸣器发出提示声音表示跳远正常。

步骤五，测量仪的显示屏实时显示跳远距离，如果起跳违规，同时给出相应的文字提示。

步骤六，在蓝牙模块处于连接状态时，微控制器将跳远结果的数据实时通过蓝牙模块上传给其它接收设备；在蓝牙模块处于未连接状态时，则将测量数据放入缓冲队列保存。

3.根据权利要求1所述的跳远距离自动测量装置及方法，其激光光电开关阵列传感器的特征在于：

1)所有光电开关都采用回归反射型的激光光电开关。

2)两个检测起跳动作的光电开关安装于起跳板一端，对应的两个反射镜片安装于起跳板另一端。

3)两个检测起跳是否违规的光电开关安装于起跳板靠近沙坑侧的一端，对应的两个反射镜片安装于起跳板靠近沙坑侧的另一端。

4)余下的多个光电开关全部用于检测跳远落地位置，光电开关安装于跳远落地区域的沙坑旁边，对应的多个反射镜片安装于跳远落地区域的沙坑另一边。

5)检测落地位置的各个光电开关和反射镜片都等间距排列，间隔距离决定测量精度。

4.根据权利要求1所述的跳远距离自动测量装置及方法，其测量仪硬件的特征在于：

1)检测起跳动作的两路光电开关，先通过一个与门电路，再接入微控制器的一个引脚，任何一个光电开关发生遮挡都会产生一个脉冲信号。

2)检测违规起跳的两路光电开关，先通过一个与门电路，再接入微控制器的一个引脚，任何一个光电开关发生遮挡都会产生一个脉冲信号。

3)检测落地区域的多个光电开关状态的输入接口采用8位总线连接的方式接入微控制器。

4)检测落地区域的多个光电开关，每8个为一组，分为多组，每组的控制信号由微控制器的多根引脚经过译码器后产生，分时使每一组的控制信号有效，实现循环检测。

5)内置蓝牙模块，测量数据能通过蓝牙方式无线传输到其它蓝牙接收设备。

6)内置蜂鸣器，通过不同的提示音提醒运动员或裁判员跳远是否存在违规。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)跳远距离的测量自动完成，测量结果实时显示于测量仪的显示屏。

2)内置蓝牙模块，存在蓝牙连接时，将测量数据实时传输到其它蓝牙接收设备；没有蓝牙连接时，暂存数据于测量仪。

3)采用激光反射型光电开关，安装布线简单，对准方便，抗强光干扰能力强。

4)起跳动作和违规起跳的检测都采用硬件中断方式，落地位置的检测采用循环查询方式，只有发生起跳动作时才轮询落地区域的光电开关状态，功耗较低。

5)当检测到跳远动作时或起跳违规时，用不同的报警提示音提醒运动员或裁判员。

附图说明

图1为系统的组成示意图。

图2为实例中具体系统的组成示意图。

图3为实例中自动测量方法的程序流程示意图。

图4为实例采用的微控制器电路图。

图5为实例中的检测起跳动作及是否违规的电路图。

图6为实例检测落地区域所用的128个光电开关的总线连接及控制电路图。

图7为实例检测落地区域每8个光电开关分为一组的电路图。

图8为实例中的蓝牙模块连接电路图。

图9为实例中的蜂鸣器电路图。

具体实施方式

下面结合一个具体实例对本发明进行更详细的描述。

1.一种跳远距离的自动测量装置及方法，其装置由激光光电开关阵列传感器和测量仪组成：激光光电开关阵列传感器由132个激光光电开关构成，其中2个光电开关用于检测起跳动作，2个光电开关用于检测起跳是否违规，剩下的128个光电开关等间距排列，间隔距离为2cm，用于测量跳远落地距离，如图2所示；测量仪的硬件包括微控制器、电源模块、OLED显示屏、蓝牙模块、蜂鸣器等模块和元器件；测量仪的软件包括起跳检测模块、违规检测模块、落地距离检测模块、显示模块、电源管理模块、报警模块、蓝牙通信模块等；激光光电开关阵列传感器、测量仪软硬件综合起来，共同完成跳远距离的自动测量。

2.自动测量跳远距离的方法步骤如下：

步骤一，当有脚踏上起跳板时，检测起跳动作的两个光电开关中的任何一个状态发生变化，都产生一个脉冲，触发中断，启动落地区域光电开关阵列的循环扫描程序；

步骤二，微控制器快速循环扫描落地区域128个光电开关的遮挡状态，记录下发生过遮挡的光电开关编号；

步骤三，在发生过遮挡的光电开关中，找出离起跳板距离最近的一个光电开关，标记为J，将该光电开关的位置作为跳远落地时脚后跟的位置；计算出光电开关J到起始光电开关之间的光电开关数目，记为M；然后再根据光电开关阵列中每两个光电开关的间隔距离，实例中为2cm，计算出落地位置到起始光电开关的距离为2(M-1)(cm)；实例中，起始光电开关到起跳板的距离为2m+1m＝3m＝300cm，则实际的跳远的距离为300+2(M-1)(cm)；

步骤四，判断检测起跳违规的两个光电开关是否发生过遮挡；若其中任何一个光电开关曾经发生过遮挡，则将此次跳远判定为违规，同时蜂鸣器响两声以示报警；若两个都没有发生过遮挡，则判定此次跳远动作合格，同时蜂鸣器响一声表示跳远正常；

步骤五，测量仪的显示屏实时显示跳远距离，如果起跳违规，同时给出相应的文字提示；

步骤六，在蓝牙模块处于连接状态时，微控制器将跳远结果的数据实时通过蓝牙模块上传给其它接收设备；在蓝牙模块处于未连接状态时，则将测量数据放入缓冲队列保存。

自动测量方法的程序流程示意图如图3所示。

3.激光光电开关阵列传感器的布置如图2所示，其特征在于：

1)所有光电开关都采用回归反射型的激光光电开关；

2)两个检测起跳动作的光电开关安装于起跳板一端，对应的两个反射镜片安装于起跳板另一端；

3)两个检测起跳是否违规的光电开关安装于起跳板靠近沙坑侧的一端，对应的两个反射镜片安装于起跳板靠近沙坑侧的另一端；

4)余下的多个光电开关全部用于检测跳远落地位置，光电开关安装于跳远落地区域的沙坑旁边，对应的多个反射镜片安装于跳远落地区域的沙坑另一侧；

5)检测落地位置的各个光电开关和反射镜片都等间距排列。

4.测量仪的微控制器采用STM32C8T6，如图4所示，硬件电路的特征在于：

1)检测起跳动作的两路光电开关先通过一个与门电路，再接入微控制器的一个引脚，如图5所示，任何一个光电开关发生遮挡都会产生一个脉冲信号；

2)检测违规起跳的两路光电开关先通过一个与门电路，再接入微控制器的一个引脚，如图5所示，任何一个光电开关发生遮挡都会产生一个脉冲信号；

3)检测落地区域的多路光电开关状态的输入接口采用8位总线连接的方式接入微控制器，如图6所示；

4)检测落地区域的多路光电开关，每8个为一组，分为多组，每组的控制信号由微控制器的多根引脚经过一个74HC154的4-16译码器后产生，使控制信号有效，实现循环检测，如图7所示；

5)内置蓝牙模块，测量数据能通过蓝牙方式无线传输到其它蓝牙接收设备，如图8所示；

6)内置蜂鸣器，通过不同的提示音提醒运动员或裁判员跳远是否存在违规，如图9所示；

实例所述的跳远距离自动测量装置及方法，具有如下功能特征：

1)起跳动作和违规起跳的检测都采用中断方式，只有检测到起跳动作后，才在一定时间内循环检测落地区域光电开关状态，其它时间不检测，可降低功耗；

2)采用12V锂电池供电，电源模块实现充电、电量检测、电压转换等功能；

3)跳远距离及其它状态参数现场的测量仪实时显示；

4)在蓝牙连接情况下，测量结果实时上传到蓝牙接收设备，没有蓝牙连接情况下，暂存于缓冲队列；

5)当检测到跳远动作时，用不同的声音提醒跳远是否违规；

6)电量不足时，有声音报警提示；

7)实例所述的测量装置，可检测3～5.54m范围内的跳远距离，测量精度为2cm；

8)如需提高测量精度，将检测落地区域的光电开关间距缩小，并在软件中设置相关参数即可。

上述说明仅仅是示例性的一种具体实施方式，不能因此而限制本发明的范围及其应用。在本发明公开的技术范围内，任何可轻易想到的变化或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种跳远距离的自动测量装置及方法，其特征在于：装置由激光光电开关阵列传感器和测量仪组成：激光光电开关阵列传感器由多个激光光电开关构成，其中2个光电开关用于检测起跳动作，2个光电开关用于检测起跳是否违规，剩下的多个光电开关等间距排列，用于测量跳远落地距离；测量仪的硬件包括微控制器、电源模块、显示屏、蓝牙模块、蜂鸣器等模块和元器件；测量仪的软件包括起跳检测模块、违规检测模块、落地距离检测模块、显示模块、电源管理模块、报警模块、蓝牙通信模块等；激光光电开关阵列传感器、测量仪软硬件综合起来，共同完成跳远距离的自动测量。

2.根据权利要求1所述的跳远距离自动测量装置及方法，其特征在于自动测量跳远距离的方法步骤如下：

步骤一，当有脚踏上起跳板时，检测起跳动作的两个光电开关中的任何一个状态发生变化，都产生一个脉冲，触发中断，启动落地区域光电开关阵列的循环扫描程序；

步骤二，微控制器快速循环扫描落地区域多个光电开关的遮挡状态，记录下发生过遮挡的光电开关编号；

步骤三，在发生过遮挡的光电开关中，找出离起跳板距离最近的一个光电开关，将该光电开关的位置作为跳远落地时脚后跟的位置；计算出该光电开关到起始光电开关之间的光电开关数目；然后再根据该光电开关数目，以及光电开关阵列中每两个光电开关的间隔距离，计算出落地位置到起始光电开关的距离；该距离再加上起始光电开关到起跳板的距离，则为测量得到的跳远距离；

步骤四，判断检测起跳违规的两个光电开关是否发生过遮挡；若其中任何一个光电开关曾经发生过遮挡，则将此次跳远判定为违规，同时蜂鸣器发出报警提示声音；若两个都没有发生过遮挡，则判定此次跳远动作合格，同时蜂鸣器发出提示声音表示跳远正常；

步骤五，测量仪的显示屏实时显示跳远距离，如果起跳违规，同时给出相应的文字提示；

步骤六，在蓝牙模块处于连接状态时，微控制器将跳远结果的数据实时通过蓝牙模块上传给其它接收设备；在蓝牙模块处于未连接状态时，则将测量数据放入缓冲队列保存。

3.根据权利要求1所述的跳远距离自动测量装置及方法，其激光光电开关阵列传感器的特征在于：

1)所有光电开关都采用回归反射型的激光光电开关；

2)两个检测起跳动作的光电开关安装于起跳板一端，对应的两个反射镜片安装于起跳板另一端；

3)两个检测起跳是否违规的光电开关安装于起跳板靠近沙坑侧的一端，对应的两个反射镜片安装于起跳板靠近沙坑侧的另一端；

4)余下的多个光电开关全部用于检测跳远落地位置，光电开关安装于跳远落地区域的沙坑旁边，对应的多个反射镜片安装于跳远落地区域的沙坑另一边；

5)检测落地位置的各个光电开关和反射镜片都等间距排列，间隔距离决定测量精度。

4.根据权利要求1所述的跳远距离自动测量装置及方法，其测量仪硬件的特征在于：

1)检测起跳动作的两路光电开关，先通过一个与门电路，再接入微控制器的一个引脚，任何一个光电开关发生遮挡都会产生一个脉冲信号；

2)检测违规起跳的两路光电开关，先通过一个与门电路，再接入微控制器的一个引脚，任何一个光电开关发生遮挡都会产生一个脉冲信号；

3)检测落地区域的多个光电开关状态的输入接口采用8位总线连接的方式接入微控制器；

4)检测落地区域的多个光电开关，每8个为一组，分为多组，每组的控制信号由微控制器的多根引脚经过译码器后产生，分时使每一组的控制信号有效，实现循环检测；

5)内置蓝牙模块，测量数据能通过蓝牙方式无线传输到其它蓝牙接收设备；

6)内置蜂鸣器，通过不同的提示音提醒运动员或裁判员跳远是否存在违规。