CN108469766B - 一种智能比赛计时控制系统主机 - Google Patents

Abstract

一种智能比赛计时控制系统主机，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、控制接口；通过所述主机的天线所述无线模块能够接受所述控制系统的终端采集的裁判计时指令信息并将所述信息发送给主控板，主控板具有微处理器能够对所述信息进行解析并据此向控制接口发送控制计时器计时启动或停止的控制命令。其能够高效、智能地、准确地对所述控制系统进行管理从而实现比赛裁判计时的自动化、智能化。

Description

一种智能比赛计时控制系统主机

技术领域

本发明涉及测量控制、时间计量、体育用品等技术领域，具体涉及一种智能比赛计时系统主机。

背景技术

现有的体育赛事比赛中，通常是通过裁判员的鸣哨、手势、枪声等作为裁判信号进行计时、记分的。因此对裁判员裁判信号的采集和处理对于提高赛事裁判计时、记分的自动化、智能化和准确性具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于智能比赛计时控制系统的主机，其能够高效、智能地、准确地对所述控制系统进行管理从而实现比赛裁判计时的自动化、智能化。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能比赛计时控制系统主机，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、控制接口；通过所述主机的天线所述无线模块能够接受所述控制系统的终端采集的裁判计时指令信息并将所述信息发送给主控板，主控板具有微处理器能够对所述信息进行解析并据此向控制接口发送控制计时器计时启动或停止的控制命令。

作为优选实施例，所述裁判计时指令信息为裁判哨声。

作为优选实施例，所述显示器设置在主机上，能够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。

作为优选实施例，计时员能够手动操作所述启动按钮和停止按钮从而实现对所述计时器的控制。

作为优选实施例，所述主机开机后分别对所述控制系统的多个终端分别进行查询。

作为优选实施例，所述主机后分别对所述控制系统的多个终端分别进行查询的查询命令内容包括：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。

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，所述主控板的微处理器能够将所有终端的声音信号频率与预定的已知声音频率进行对比，识别出声音的具体来源，并据此实现对计时器的控制。

作为优选实施例，所述计时控制系统包括：主机，多个终端；所述终端能够采集裁判员发出的裁判计时指令，并将所述计时指令传送给主机。

一种智能比赛计时控制系统主机的控制方法，包括：

S1：计时系统准备，开始、系统初始化，所述计时系统包括：主机，一个或数个终端；所述终端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，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；所述终端和主机之间通过无线方式通讯；

所述计时系统的主机和终端准备好后，主机开机，首先执行初始化指令，包括主机各工作模块的自检；

S2：初始化完成后，主机发送查询命令，终端在接收到属于自己的查询命令后进行应答，并向主机发送终端应答数据；

S3：接收时钟数据，按照时钟数据的通信协议接收时钟数据，并保存到相应的变量中；

S4：接收屏幕操作命令，如果操作人员对触摸屏幕进行过操作，主机会接收到相应指令的数据，并根据这些操作做出相应的指令；

S5：按键采集，主机根据与终端的通信数据判断终端的启动按钮是否按下，

如果有按键被按下，程序内相应的标志位置位；同时接收所述终端采集到的裁判哨声数据；

S6：声音数据比对，判断；将所有终端的声音信号频率与预定的已知声音频率进行对比，并判断其是否达到预设值。

S7：根据上述比对结果进行计时控制、并显示时钟的停止或启动的条目、各终端的电量、各终端的连接状态，并将相应的数据存储到主机的内部存储器内。

附图说明

图1是本发明的智能比赛计时系统主机的外部结构示意图；

图2是本发明的智能比赛计时系统主机功能模块结构示意图；

图3是本发明的智能比赛计时系统的主机和终端之间的通讯原理图；

图4是本发明的智能比赛计时系统及主机的工作流程示意图；

图5是本发明的智能计时系统的主机设置界面一示例性示意图；

图6是本发明采用的智能计时系统的主机计时界面示例性示意图。

图7是本发明的智能计时系统结构示意图。

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所列的附图仅是为了说明问题方便而给出的某些佳实施例的结构示意图，其不是本发明唯一正确的实施方式。

图7是本发明提到的智能比赛计时控制系统的结构示意图，

所述计时控制系统包括：主机200，终端101、102…10N；所述终端101、102…10N能够采集裁判员发出的裁判计时指令(在球类比赛中通常为口哨声)，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之间的通讯通过无效方式进行，系统无线工作在425～450.5MHz频段或860～940MHz频段或2.4GHz～2.505GHz频段或5.645GHz～5.945GHz频段内，共256个信道可任意配置，可配置65535个地址，具备加密算法+FEC纠错功能，传输距离>2000米，天线增益3.0dB、驻波比<1.5、长度5cm。

图1和图2示出了本发明的智能比赛计时系统主机的外部结构示意图和功能模块结构示意图。

所述主机，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(图1中未示出)，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(图1中未示出)，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。

所述主控板2.6具有微处理器，例如LPC1700系列Cortex-M3微处理器，此处理器多用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。LPC1700系列Cortex-M3微处理器的操作频率可达100MHz。LPC1700系列Cortex-M3微处理器的外设组件包含高达512KB的Flash存储器、64KB的数据存储器、以太网MAC、USB主机/从机/OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4个UART、2条CAN通道、2个SSP控制器、SPI接口、3个I2C接口、2-输入和2-输出的I2S接口、8通道的12位ADC、10位DAC、电机控制PWM、正交编码器接口、4个通用定时器、6-输出的通用PWM、带独立电池供电的超低功耗RTC和多达70个的通用I/O管脚。

图3是本发明的智能比赛计时系统的主机和终端之间的通讯原理图，所述终端与主机之间的通信通过以下方式实现：

所述主机开机后分别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；

主机查询协议如下：

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

所述终端是指智能比赛计时系统中用于采集赛场上裁判员裁判哨声并将其转换为电信号，并将所述电信号通过上述通信协议传输给主机。在一些优选的实施例中上述电信号包括有裁判哨声的频率信息。

所述智能比赛计时控制系统及主机的工作方式如下(如图4)：

S1：计时系统准备，开始、系统初始化。所述计时系统包括：主机，一个或数个终端；所述终端能够检测识别裁判员发出的计时指令(哨声)，并将所述计时指令传送给主机，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；所述终端和主机之间通过无线方式通讯；

所述计时系统的主机和终端准备好后，主机开机，首先执行初始化指令，包括主机各工作模块的自检，例如：无线传输、显示、计时控制等。

S2：查询终端数据，初始化完成后，主机发送查询命令，终端在接收到属于自己的查询命令后进行应答，并向主机发送终端应答数据(如图3所示)。

所述主机开机后分别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。

S3：接收时钟数据，按照时钟数据的通信协议接收时钟数据，并保存到相应的变量中。

S4：接收屏幕操作命令，如果操作人员对触摸屏幕进行过操作，主机会接收到相应指令的数据，例如翻页、姓名输入、裁判数据库完善、裁判哨声预采样、赛前计时信号标记、数据库导入等触控操作，主机会根据这些操作做出相应的指令。例如：

在球类比赛中比赛现场一般较为嘈杂，而裁判员的计时指令一般为其发出的哨声，这就需要所述系统能够从多种不同的声音信号中识别出所述哨声；此外，比赛开始、比赛暂停、中场休息裁判员发出的哨声往往是不同的，在一些特定的球类比赛中裁判员可能为多个，例如：主裁判、第一副裁判、第二副裁判、边裁等，这就要求所述系统不仅能够从多种声音中区分出哨声，而且还需要区分出不同的哨声。为实现上述目的，本发明首先采用了赛前计时信号系统标记，即在比赛开始前，主机开机后可以进入设置界面一，该界面如图5所示，这里需要特别说明的是图5仅是为了说明问题方便而给出的所述设置界面的示例性结构示意图。每个佩戴终端的裁判员分别进行鸣哨测试，按照屏幕上的提示先鸣一个较短的哨音，再鸣一个较长的哨音，显示器在相应地方显示“对勾”表示录制成功，需要进一步说明的是在实际应用中裁判员鸣哨测试不限于长音和短音两种哨声，其可以根据不同的使用场合、不同的比赛鸣哨计时规则设计，例如哨声可以为长短不同、节奏不同、响度不同、间隔不同等。所述哨声录制成功后在所述主机上标记好不同的口哨使用者的身份信息，例如裁判的姓名、头衔、裁判命令优先级等。

进一步地，所述主机需要对录制并存储的上述哨声进行频谱分析，在系统中标记不同口哨的频率和其对应的使用者，标记不同长短、节奏和/或振幅的频谱对应的计时命令，例如：长哨声表示计时开始、短哨声表示计时结束、短促哨声表示中间暂停等。

这里需要说明的是上述计时信号标记可以是使用前的临时计时信号标记，也可以是采用已经做好标记的历史数据或数据库，所述历史数据或数据库可以通过在主机上设置的数据接口从外部导入所述主机，例如：通过USB接口通过U盘导入，也可以通过无线数据传输模块通过无线传输的方式导入。

这里需要进一步说明的是：所述接收屏幕操作命令的操作步骤在所述主机工作运行的大多数情况下是存在的，但这并不等于其是必经步骤，在一些实施例中，所述步骤S4是可以省略的，例如：所述主机的各项功能、数据均已经设置就绪的情况下，上述步骤可以缺省。

S5：按键采集，主机根据与终端的通信数据判断终端的启动按钮是否按下，

如果有按键被按下，程序内相应的标志位置位。同时接收所述终端采集到的裁判哨声数据。

S6：声音数据比对，判断；将所有终端的声音信号频率与预定的已知声音频率进行对比，并判断其是否达到预设值。

S7：控制、显示、存储；

如果某个终端的声音频率达到预设值频率则判断为哨声信号。程序立刻进入输出启停控制阶段，执行启动或停止运行时钟指令。之后进入屏幕显示阶段，显示一个时钟启动或停止的条目、各终端的电量、各终端的连接状态，之后进入条目存储阶段，将时间条目保存到主机内部的数据存储器内部，用于以后用户的拷贝。如果所有终端的声音频率都没有达到预设值，程序将进入按键数据处理阶段，如果有按键按下程序立刻进入输出启停控制阶段，执行停止或启动运行时钟指令。之后进入屏幕显示阶段，显示一个时钟停止或启动的条目、各终端的电量、各终端的连接状态。之后进入条目存储阶段，将时间条目保存到主机内部的数据存储器内部，用于以后用户的拷贝。到此程序一个运行周期结束。回到终端查询阶段。继续按照上面的步骤运行。

前面提到主机可以显示各终端的电量，这是本发明的为保证终端持续可以的特殊设计，所述主机在查询各终端的工作状态的同时可以查询各终端的电量信息，若显示某终端电量过低发出提醒信息，立即充电。设置主机进入比赛计时模式，

图6是主机进入比赛计时模式下的显示界面示例性示意图，所述主机的计时界面可以显示各裁判的计时裁判记录、可以通过触控屏幕上的虚拟按键添加计时裁判数据备注、浏览历史数据。

前面提到了主机根据哨声的频率信号判断是否属于裁判计时命令，并控制计时器的启动或停止。在一些优选的实施例中，所述主机可以通过如下方式对终端采集到的裁判哨声数据进行解析,并控制计时器计时。

主机接收到所述终端发送的哨声数据后，首先对所述数据进行解析，通过终端数据识别出信号来自哪一个终端，通过声音频率数据比对识别出所述哨声来自哪一个具体的裁判员，及其裁判优选级别，通过哨声频率、振幅、长短、节奏等数据识别出哨声对应的具体计时命令，例如：比赛开始、比赛暂停、中场休息等。这里需要特别说明的是所述具体计时命令的识别并不必然同时要求所述哨声的频率、振幅、长短、节奏信息，在一些实施例中上述哨声参数的中的一个或少数几个即能实现，例如在一些规则比较简单的比赛或有人工技术员辅助计时的情况下，仅通过有无采集到哨声即可以满足具体计时命令的识别，具体而言，在比赛计时的开始阶段采集到哨声即识别为计时开始命令，接下来紧接着采集到的哨声识别为计时暂停，再下来采集到的哨声识别为计时恢复，以此类推。

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 (1)

1.一种智能比赛计时控制系统主机的控制方法，包括：

S1：计时系统准备，开始、系统初始化，所述计时系统包括：主机，一个或数个终端；所述终端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，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；所述终端和主机之间通过无线方式通讯；

所述计时系统的主机和终端准备好后，主机开机，首先执行初始化指令，包括主机各工作模块的自检；

S2：初始化完成后，主机发送查询命令，终端在接收到属于自己的查询命令后进行应答，并向主机发送终端应答数据；

S3：接收时钟数据，按照时钟数据的通信协议接收时钟数据，并保存到相应的变量中；

S4：接收屏幕操作命令，如果操作人员对触摸屏幕进行过操作，主机会接收到相应指令的数据，并根据这些操作做出相应的指令；

S5：按键采集，主机根据与终端的通信数据判断终端的启动按钮是否按下，

如果有按键被按下，程序内相应的标志位置位；同时接收所述终端采集到的裁判哨声数据；

S6：声音数据比对，判断；将所有终端的声音信号频率与预定的已知声音频率进行对比，并判断其是否达到预设值；

S7：根据上述比对结果进行计时控制、并显示时钟的停止或启动的条目、各终端的电量、各终端的连接状态，并将相应的数据存储到主机的内部存储器内；

所述主机包括主控板，主控板具有微处理器能够对所述信息进行解析并据此向控制接口发送控制计时器计时启动或停止的控制命令；所述主控板的微处理器能够将所有终端的声音信号频率与预定的已知声音频率进行对比，识别出声音的具体来源，并据此实现对计时器的控制；所述主机能够识别所述裁判计时指令的优先等级，所述主机能够通过哨声频率、振幅、长短、节奏数据识别出哨声对应的具体计时命令，能够将所述裁判计时指令识别区分比赛开始、比赛暂停、中场休息；

所述主机包括天线，所述天线的驻波比<1.5。

Images