CN108460858B - 一种智能比赛计时系统 - Google Patents

Abstract

一种智能比赛计时系统：包括：终端和主机，所述终端能够将裁判员发出的计时指令转化为方波电信号，并对所述方波电信号周期性计数，所述计时指令为声波发生器产生的声波，所述主机根据所述终端传送的指令控制计时器开始或停止计时，所述终端和所述主机相互独立，该系统能够降低球类比赛中人工计时的误差、具有较高的自动化程度。

Description

一种智能比赛计时系统

技术领域

本发明涉及体育用品、智能计时技术领域，具体涉及一种智能比赛计时系统。

背景技术

在现代球类比赛中叫停比赛的信号是裁判员的哨声，计时员听到哨声后手动按停止按钮来停止计时器。比赛继续进行时，计时员又要按下开始按钮启动计时器继续计时。这种计时方式由于存在人为的因素，因此经常会有意或无意地带入技术误差。尤其是，当比赛剩余的时间不多时，比分差距很小时，计时员的反应能力往往就决定了比赛的最终结果。由于计时员的反应时间，而导致计时器停止会有推迟，这些人为误差根本无法克服，特别是比分非常接近的球类比赛仅剩下几秒钟的时候，通常需要三位裁判员开会来估计比赛时间表操作中的这种人为误差，并且需要重置比赛时间表来打一场加时赛，以此弥补这种人为误差与计时员反映延误。由此可见，提高球类比赛中计时系统的自动化、智能化是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种智能比赛计时系统，该系统能够降低球类比赛中人工计时的误差、具有较高的自动化程度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能比赛计时系统：包括：终端和主机，所述终端能够将裁判员发出的计时指令转化为方波电信号，并对所述方波电信号周期性计数，所述计时指令为声波发生器产生的声波，所述主机根据所述终端传送的指令控制计时器开始或停止计时，所述终端和所述主机相互独立。

作为优选实施例，所述终端的数量为多个，所述终端和主机之间的通讯可以通过无线方式进行。

作为优选实施例，所述终端包括：主控板、信号采集模块、天线、无线模块、电源模块，蓄电池，其中主控板负责处理采集模块采集的数据和无线收发的数据，所述信号采集模块用于将来自裁判员的声波发生器发出的声波信号转换为方波信号，所述主控板检测所述方波信号，并对所述方波信号周期性计数。

作为优选实施，所述电源模块能输出所述蓄电池的一个电量模拟信号并由主控板的模拟量采集引脚采集，主控板据此得到所述蓄电池的电量。

作为优选实施例，所述终端还包括：启动按钮、电源开关、电源指示、充电指示、充电接口、麦克风接口，所述麦克风接口与信号采集模块相连接。

作为优选实施例，所述终端的可触动按键启动按钮、电源开关设置在终端佩戴后的正下方。

作为优选实施例，所述主机包括：主控板、显示器、启动按钮、停止按钮、复位按钮、电源开关、通信接口、天线、无线模块、电源模块、继电器、电源接口、控制接口。

作为优选实施例，显示器设置在主机上，用于显示各个终端的状态信息，所述状态信息包括各个终端的连接状态、各个终端的电量、比赛时间倒计时、各个裁判发出的动作，形成的条目；计时员能够手动操作所述启动按钮和停止按钮启动或停止计时。

作为优选实施例，所述主机的电源开关采用带锁机构，操作之前需要解锁，以避免误触导致系统关机或开机。

作为优选实施例，所述主机获取终端数据的方式，是主机对多个终端分别进行查询；首先主机发送一个查询命令，命令内容包括：帧头、终端地址、结束标志，这个查询命令所有的终端都能够接收到，所述终端根据接收到的查询命令决定是否应答，并作出相应的操作。

本发明的有益效果是：提出一种智能比赛计时系统，该系统能够降低球类比赛中人工计时的误差、具有较高的自动化程度。

附图说明

图1是本发明的智能比赛计时系统的结构示意图；

图2是本发明某些较佳实施例的终端结构示意图；

图3是本发明某些较佳实施例的所述终端的采集模块的电路图；

图4是本发明某些较佳实施例的主机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。这里需要特别说明的是本发明说明书所列的附图仅是为了说明问题方便而列出的某些优选的实施例的结构示意图，其不得理解为是本发明唯一正确的实施方式，不得理解为是对本发明保护范围的限定。

图1是本发明所述的智能比赛计时系统的结构示意图，所述智能比赛计时系统包括：主机200，终端101、102…10N；所述终端101、102…10N能够检测识别裁判员发出的计时指令，并将所述计时指令传送给主机200，所述主机200根据所述终端传送的指令控制计时器开始或停止计时。所述终端101、102…10N的数量可以为一个或多个，其可以根据裁判员的数量设计；所述终端101、102…10N和主机200之间的通讯可以通过有线方式进行，也可以通过无线方式进行，其中无线通讯方式为优选通讯方式。

本发明所称的计时指令的表现形式可以多种多样，例如：在球类比赛中通常是裁判员发出的哨声，所述终端101、102…10N通过检测识别裁判员在比赛场上发出的哨声发送相应的计时指令。在一些特定的情况下，所述计时指令也可以是裁判员手动操作所述终端上设置的计时开始或停止按钮产生的计时指令，例如：现场声音环境复杂、终端哨声识别故障等。

为了更全面系统地阐述本发明，下面首先介绍本发明所述的终端，接着介绍主机。

终端：

所述终端包括：主控板1.7、采集模块1.3、启动按钮1.4、电源开关1.5、电源指示1.6、充电指示1.10、天线1.9、无线模块1.8、电源模块1.11、充电接口1.12、麦克风接口1.2。其中主控板1.7负责处理采集模块1.3采集的数据和无线收发的数据等功能。附件包括麦克风1.1、哨子1.0。

所述终端的可触动按键启动按钮、电源开关设置在终端佩戴后的正下方，这样可以有效避免裁判员捡球动作或其他肢体动作时造成的错误操作。

这里需要进一步说明的是所述麦克风1.1可以是内置在所述终端的声音接收装置，也可以是通过所述麦克风接口1.2连接的外置麦克风。哨子1.0是球类比赛用哨，裁判员通过挂绳将哨子挂在脖子上使口哨垂在胸前，麦克风1.1优选采用全指向麦克风，用来采集哨子1.0的声音，并将声音信号转换成电信号。为了保证声音采集效果，所述麦克风1.1和哨子1.0优选设置在同一挂绳上，通过一个塑料材质的卡扣，将麦克风固定在哨子和哨子挂绳的连接处。所述麦克风接口1.2，用来连接麦克风插头，所述麦克风插头可以为常见的3.5mm插头。麦克风线长度1.5m，麦克风头与口哨处固定，将麦克风线从使用者后背穿过，插入麦克风接口1.2，麦克风接口1.2连接到采集模块1.3，采集模块1.3将声音信号转换成方波信号，并连接到主控板1.7，主控板1.7负责处理、计算数据，控制其他模块。

启动按钮1.4为终端上的按键，作用是裁判员按下按键启动计时器，当裁判员按下按键时，会产生一个高电平信号，这个信号会被主控板1.7检测到，主控板1.7认为裁判员有启动计时器命令，主控板会将这个命令通过无线模块1.8再经过天线1.9发送到主机。电源开关1.5用于控制终端的开启和关闭，打开开关之后系统能工作，电源指示灯1.6指示当前是否已经打开电源。充电接口1.12用于为终端内的蓄电池(图中未示出)充电，充电接口可以使用常见的micro-USB接口、Type-C接口、磁吸附式接口等，可是使用任意5v直流电源对终端进行充电。所述终端上还设置有充电指示1.10，充电过程中指示为红色，充满电之后指示灯指示为绿色。所述蓄电池可以为锂离子蓄电池、聚合物蓄电池等，电源模块1.11的作用是将蓄电池的电压变压到系统需要的电压，例如：将锂电池的3.7V电压变换为5.0V电压，所述电源模块1.11还能输出一个电量模拟信号由主控板1.7的模拟量采集引脚采集，通过计算求出电量。无线模块1.8用于是将主控板1.7要发送的数据转换成空间电磁波通过天线1.9发射出去。同时也能够接收空间电磁波，将电磁波转换成数据发送到主控板1.7。

图3是本发明所述的终端的采集模块的电路图，所述采集模块1.3包括：电压比较器，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、比较信号输出端，所述第一输入端连接供电电源(VCC)、第二输入端与麦克风的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述麦克风的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述麦克风的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地。作为优选实施例，所述电阻R1的阻值为50-200KΩ，优选为100KΩ，所述可变电阻器R2的阻值为5-20KΩ，优选为10KΩ。

当有裁判员鸣哨时，哨音由麦克风采集并转换成模拟电压信号。该信号被发送到采集模块，由于外界声音的作用使得电压比较器的第二输入端的电压会随着声音强度的不同形成不同的电位变化，调节可变电阻器R2会在所述电压比较器的第三输入端处形成一个固定的电压值，当压比较器的第二输入端电位高于压比较器的第三输入端电位时，所述电压比较器的比较信号输出端将会输出高电位，当电压比较器的第二输入端电位低于电压比较器的第三输入端电位时，所述比较信号输出端将会输出低电位，根据此原理，声音强度达到设定阈值的声音信号才能够被检测并产生一个方波输出。所述阈值的设定可以根据使用环境的嘈杂程度、口哨与麦克风的距离等因素设定，例如：比赛一般使用FOX40型号口哨，该哨子发声轻松达到120分贝，再加上麦克风离哨子的距离很近，所以，对比现场的一些声音(音乐、欢呼、篮球震动、鞋底摩擦)麦克风更容易采集到哨子的声音。通过调节R2将电压比较器的第三输入端电位升高，就能够滤除强度较低的声音信号采集强度较高的哨子声音信号。

采集模块产生的方波信号连接到主控板的外部中断引脚，每产生一个方波主控板内部都会计一个数，每5ms对计数值进行采集并清零，计数值乘以200，得到的结果就是声音的频率。按照程序的运行，下一步将采集按键的信息，是否被裁判员按下，下一步是采集终端电池的电量，在下一步是判断是否有主机的查询指令，如果没有查询指令就会回到最初的声音采集过程，如果有查询指令，则立即将数据打包，并发送数据，发送完成后回到最初的程序采集过程。

终端在对声音信号计数检测频率时，由于裁判在每次吹哨时的时长和力度会有所不同，所以采集时间要短，采集频率要高，以提高采集频率的准确性。本系统采集中断时间为5ms，裁判的哨声达到洪亮声音的时间一般不会小于5ms，故检测失误率会大大降低。

主机：

主机包括：主控板2.6、显示器2.0、启动按钮2.1、停止按钮2.2、复位按钮2.3、电源开关2.4、电源指示2.5、通信接口2.17、天线2.8、无线模块2.7、电源模块2.9、继电器2.12、电源接口2.10、控制接口2.13、优盘接口2.15，进一步优选地附件包括电源适配器2.11、时钟2.14、优盘2.18。

显示器2.0设置在主机上，用于显示各个终端的状态信息，其中包括各个终端的连接状态、各个终端的电量、比赛时间倒计时、各个裁判发出的动作，形成的条目。启动按钮2.1、停止按钮2.2，是计时员用来启动或停止计时。复位按钮2.3，当系统启动或运行中出现死机现象，通过按下该键可以使系统复位重新运行。电源开关2.4采用带锁机构，操作之前需要解锁，这样能够避免误触导致系统关机或开机。通信接口2.17用于接收实时的比赛时间。2.11为主机的电源适配器，作业时将市电的220v转换成直流的12v电压然后通过电源接口2.10的电源座为主机供电，电源模块2.9用于将12v直流电转换成5v直流电源，主机系统内的其它用电模块都是使用直流5v电源供电。继电器2.12为输出控制继电器，它由2.6主控板控制，控制继电器的开关动作，控制接口2.13一共有三个接线端子，其中一个连接继电器的公共引脚、一个连接继电器的常开引脚，另一个连接继电器的常闭引脚。通过控制接口2.13来控制时钟2.14的启动与停止。无线模块2.7用于将主控板2.6要发送的数据转换成空间电磁波通过天线2.8发射出去。同时也能够接收空间电磁波，将电磁波转换成数据发送到2.6主控板。

终端与主机之间的通信通过以下方式实现：

主机获取终端数据的方式，是主机对多个终端分别进行查询。首先主机发送一个查询命令，命令内容包括：帧头、终端地址、结束标志。这个查询命令所有的终端都能够接收到，查询命令内容中的“终端地址”代表的是终端号码，表示这条指令是要发送给谁的，是谁的谁应答数据，主机接收应答的数据。不是谁的就不做任何动作。应答数据的内容包括：帧头、终端地址、手动启动、电量、哨声频率、校验信号、结束标志。这样主机就接收完成其中一个终端的数据，按照此步骤继续接收其它终端的数据。

物理层协议

此协议为主机与多个终端之间的通信数据协议；

通信方式为主机查询方式；

终端接收到查询命令后立即回复数据；

主机间隔275ms对终端查询一次；

波特率：115200；

数据位：8；

停止位：1；

校验：无校验；

流控制：无；

主机查询协议

表1发送端：主机；接收端：终端1/2/3/4/…/N

终端应答协议如下：

表2发送端：终端1/2/3/4/…/N；接收端：主机

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种智能比赛计时系统：包括：终端和主机，所述终端能够将裁判员发出的计时指令转化为方波电信号，并对所述方波电信号周期性计数，所述计时指令为声波发生器产生的声波，所述主机根据所述终端传送的指令控制计时器开始或停止计时，所述终端和所述主机相互独立；

所述终端包括：主控板、信号采集模块，其中主控板负责处理采集模块采集的数据和无线收发的数据，所述信号采集模块用于将来自裁判员的声波发生器发出的声波信号转换为方波信号，所述信号采集模块产生的方波信号连接到所述终端的主控板的外部中断引脚，每产生一个方波主控板内部都会计一个数，每5ms对计数值进行采集并清零，计数值乘以200，得到的结果就是声音的频率；

所述信号采集模块包括：电压比较器，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、比较信号输出端，所述第一输入端连接供电电源、第二输入端与麦克风的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述麦克风的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述麦克风的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地；

当有裁判员鸣哨时，哨音由麦克风采集并转换成模拟电压信号，该信号被发送到采集模块，由于外界声音的作用使得所述电压比较器的第二输入端的电压会随着声音强度的不同形成不同的电位变化，调节所述可变电阻器R2会在所述电压比较器的第三输入端处形成一个固定的电压值，当所述电压比较器的第二输入端电位高于所述电压比较器的第三输入端电位时，所述电压比较器的比较信号输出端将会输出高电位，当所述电压比较器的第二输入端电位低于所述电压比较器的第三输入端电位时，所述比较信号输出端将会输出低电位，声音强度达到设定阈值的声音信号才能够被检测并产生一个方波输出；

所述阈值根据使用环境通过调节所述可变电阻器R2设定，所述可变电阻器的阻值为5-20kΩ；

所述主机包括：主控板、显示器、启动按钮、停止按钮、复位按钮、电源开关、通信接口、天线、无线模块、电源模块、继电器、电源接口、控制接口；

显示器设置在主机上，用于显示各个终端的状态信息，所述状态信息包括各个终端的连接状态、各个终端的电量、比赛时间倒计时、各个裁判发出的动作，形成的条目；计时员能够手动操作所述启动按钮和停止按钮启动或停止计时；

所述主机获取终端数据的方式是主机对多个终端分别进行查询；首先主机发送一个查询命令，命令内容包括：帧头、终端地址、结束标志，这个查询命令所有的终端都能够接收到，所述终端根据接收到的查询命令决定是否应答，并作出相应的操作。

2.如权利要求1所述的计时系统，所述终端的数量为多个，所述终端和主机之间的通讯通过无线方式进行。

3.如权利要求1所述的计时系统，所述终端还包括：天线、无线模块、电源模块，蓄电池。

4.如权利要求3所述的计时系统，所述电源模块能输出所述蓄电池的一个电量模拟信号并由主控板的模拟量采集引脚采集，主控板据此得到所述蓄电池的电量。

5.如权利要求3所述的计时系统，所述终端还包括：启动按钮、电源开关、电源指示、充电指示、充电接口、麦克风接口，所述麦克风接口与信号采集模块相连接。

6.如权利要求1所述的计时系统，所述终端的可触动按键启动按钮、电源开关设置在终端佩戴后的正下方。

7.如权利要求1所述的计时系统，所述主机的电源开关采用带锁机构，操作之前需要解锁，以避免误触导致系统关机或开机。

Images