CN108635797B - 一种足球颠球次数检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种足球颠球次数检测系统，包括MCU、无线信号接收装置和足球；足球中设有无线发射模块；无线信号接收装置包括设置在测试区域(10)边缘处的立柱(8)和设置在立柱上的无线接收模块(9)；无线接收模块固定在立柱上；无线发射模块与无线接收模块无线通信连接；无线接收模块与MCU相连；MCU用于根据无线接收模块接收的信号识别颠球次数。该足球颠球次数检测系统检测精度高，且自动化程度高。

Description

一种足球颠球次数检测系统
技术领域
本发明涉及一种足球颠球次数检测系统。
背景技术
足球的颠球，一般采用人工计数的方式实施，这样容易出现误差，而且容易舞弊，无法满足现代体育的数字化测试要求，因此，有必要设计一种自动化的足球颠球次数检测系统。
另外，现有的足球定位球测试一般采用人工(考官)目测读取成绩，具有误差大，一致性差的问题，而且由于角度的问题，一般需要多人参与测试与监督，因此，人工测试的效果不尽理想。经检索，也存在一些基于技术手段进行定位球测试的方案，例如公开号为CN106693335A的中国专利，公开了一种足球定位球传准辅助测试仪，这种测试仪采用压力传感器和无线通信模块实现定位球的辅助测量，其核心在于设置多片小地毯，在每一块小地毯上都设置有压力传感器，这种测试仪虽然能辅助进行定位球测试，但是其测试精度完全取决于压力传感器的测试密度，且若压力传感器过多，其通信问题如何解决也存在极大的问题。
因此，有必要设计一种新的足球颠球次数检测系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种足球颠球次数检测系统，该足球颠球次数检测系统易于实施，且自动化程度高，检测精度高。
发明的技术解决方案如下：
一种足球颠球次数检测系统，包括MCU、无线信号接收装置和足球；足球中设有无线发射模块；
无线信号接收装置包括设置在测试区域(10)边缘处的立柱(8)和设置在立柱上的无线接收模块(9)；无线接收模块固定在立柱上；
无线发射模块与无线接收模块无线通信连接；
无线接收模块与MCU相连；
MCU用于根据无线接收模块接收的信号识别颠球次数。
MCU连接有显示屏，显示用于显示实时的颠球数和最终的颠球测试成绩。
MCU连接有通信模块；通信模块用于将MCU接收到的数据传输到上位机或服务器，或传输到远程智能终端(如智能手机等。)。
足球中的无线发射模块以恒定功率发送电磁波(可以含有编码信息，也可以不包括编码信息)，MCU基于无线接收模块接收的电池板强度的变化识别颠球次数；
具体识别过程包括：
识别初次颠球m1；
识别中间颠球次数：mx；
强度每逆变两次视为一次颠球，逆变是指强度拐点，即由增大变为减小或由减小变为增大；
最终的颠球次数m＝m1+mx＝1+mx。
以无线接收模块设置在顶部(如A点)为例，如图23，K表示电磁波信号强度。t0时刻强度从最低上升，是为起点；
t1-t2为2个拐点，t2处于波谷，所以t2处是一个颠球点；
同理，t4为波谷，也是一个有效颠球点；
t6为恢复到初始状体，是为颠球结束。
因此，此图中有效颠球次数为3，即颠球成绩为3个。
无线接收模块为2个，分别固定在立柱的顶部或底部。设置2个无线接收模块是为了冗余。因为2个无线接收模块高下设置，检测的数据可以互相对照，这样测量更为可靠。
立柱为2个，2个立柱布置在检测区域的相对两侧(如左右两侧)；每一个立柱上的顶部和底部均设有无线接收模块。设置两根立柱，目的是为了冗余设计，一旦一个立柱上的传感器(无线接收模块)出现故障，可以用另一个立柱上的传感器。能显著提高可靠性。
立柱的高度在1-2m之间。
所述的足球颠球次数检测系统还包括定位球测试系统；
测试区域作为定位球测试系统的起始点，通过无线接收模块接收的信号强弱突变点确定定位球的发出时间。因为定位球开出后，随着足球原理测试区域，无线接收模块接收的信号强度会瞬间减弱。
定位球测试的系统包括测试垫和传感器组；
传感器组设置在测试垫上，用于检测足球在测试垫上的落点；
传感器组的输出端与MCU相连，MCU与显示屏连接，显示屏用于显示测试成绩。
足球颠球次数检测系统，还包括视频监控无人飞行器，无人飞行器具有摄像头和无线传输模块，无线传输模块用于将采集的视频数据发送到MCU、服务器、上位机或远程智能终端(如手机)。服务器可以使学校的服务器或第三方服务器。
另一个方案，在足球中设有三轴陀螺仪和无线发射模块，且无线发射模块将三轴陀螺仪的检测数据传输到MCU处理，MCU基于采集的速度，加速度数据分析足球运动轨迹，从而确定颠球次数。此方案作为备用方案。
另一种测试方法，是布置4个无线接收传感器，其中3个无线接收传感器设置的顶部，且共水平面，另一个(第四个)与3个中的2个共竖直面，基于具体的接收信号的强度进行测量；原理如下：
强度与足球与传感器之间的距离相对应，基于4个距离，实时确定足球的在某一时刻(t+k*△t)的空间位置，k＝1,2，…，n；△t为时间间隔，如0.5秒；
从而确定足球的运动轨迹，从而进一步确定颠球次数，实现颠球次数的测量。
有益效果：
本发明的足球颠球检测系统，具有以下突出的特点：
(1)构思极为巧妙，测试系统极为简单；
本发明基于颠球主要在竖直方向运行的特点，独创性地设计了一个测试系统；只需一个无线接收模块(RSS传感器，如采用蓝牙接收模块，或wifi路由器。)即可完成测量，还不必定量的测试，只需测试其强度变化规律即可。因此，测试系统和测试过程极为简单。
(2)颠球测试系统可以与定位球测试系统融合，功能丰富，且颠球测试系统可以为定位球提供发起时刻信标，从而提高定位球的测试精度和测试效率。
(3)可以使用成熟的蓝牙和wifi机制实施通信，易于实施。通信技术成熟。
(4)采用2个立柱，且每一个立柱上设置2个无线接收模块，采用这种冗余设计，能显著提供系统的可靠性。
如使用4个无线接收模块，可以是足球内设置4个蓝牙发送模块，以及在测试区域周边设置4个蓝牙接收模块。
总而言之，这种颠球测试系统结构简单，易于实施，测试准确而高效。
定位球测试系统具有以下特点：
(1)基于压力传感器阵列的检测结果实现精确的落点计算；
落点计算过程中，先基于目标矩形中的相邻2个点并结合三角形的余弦定理计算初步的4个候选落点，再基于重心原理求取精确的落点坐标，易于计算，且准确性高，即使阵列中的传感器较少也能得到精确的结果。从而兼顾了传感器数量与精确性的问题，提供了一个低成本高精度的解决方案，相比现有技术具有极大的优势。
(2)具有独创的数据传输电路
在基于压力传感器的测试系统中，提出了基于CAN总线和多路选择器的2种数据传输方法，易于实施，成本低。
其中，采用多路选择器的方案中，采用两级选择器，还考虑到了信号弱情况下的放大倍数调整，灵活性更佳。
(3)本发明还提供了一种基于光电检测的更快捷的检测方法；
基于红外对射管(包括2组发光管和2组光接收管)实现足球的落点检测，直接采用端口扫描即可实现检测，因而检测速度更快，且更易于实施。
(4)采用飞行器进行现场视频监控。
(5)具备现场辅助设备
辅助设备包括扬声器、显示屏、身份验证模块和无线通信模块，用于结果的实时显示，以及数据的上传和备份。
(6)基于压力传感器的测试系统(方法)以及基于光电检测的测试系统(方法)可以合并利用，从而增加检测精度，以及提供系统及检测方法的可靠性。
总而言之，这种足球定位球测试系统易于实施，功能完善，自动化程度高，适合推广实施。
附图说明
图1为基于压力传感器组的定位球检测系统的总体结构示意图(采用CAN总线通信)；
图2为基于压力传感器组的定位球检测系统的总体结构示意图(采用多路选择器传输数据)；
图3为5X5个压力传感器布置在测试垫上的示意图；
图4为9X9个压力传感器布置在测试垫上的示意图；
图5为求取足球落点示意图；
图6为基于余弦定理求取落点示意图；
图7为采用光电定位的测试系统示意图；
图8为多路轮询及信号放大电路原理图；
图9为调光示意图；
图10为恒流充电原理图；
图11为汽车无线充电系统的电原理框图；
图12为多功能飞行器的总体结构示意图；
图13为四旋翼伸缩支架以及旋翼的结构示意图(俯视图)；
图14为主旋翼与副旋翼的位置关系示意图；
图15为伸缩式悬臂的爆炸图；
图16为伸缩式悬臂组装完成后的结构示意图；
图17为锁扣的结构示意图；
图18为支腿的结构示意图；
图19为复合式镜头与相机的结构示意图；
图20为六角星形支架及旋翼的结构示意图；
图21为足球颠球测试系统中立柱布置的侧视图；
图22为足球颠球测试系统中测试区域、立柱及无线接收模块的布置的俯视图；
图23为测量原理示意图，其中上部分为无线接收模块A的强度变化曲线，下部分为无线接收模块B的强度变化曲线)。
标号说明：1-测试垫，2-压力传感器，3-基垫中心点，4-足球，5-光发射管，6-光接收管，7-外框，8-立柱，9-无线接收模块，10-测试区域
21-外臂，22-内臂，23-主旋翼，24-插孔，25-锁扣；26-副旋翼，27-涵道风扇固定件，28-支腿，29-底盘，30-横梁，31-交叉位，32-支架；33-云台；
51-壳体，52-插脚，53-倒刺，511-外壳体，512-压块，513-压簧；
70-飞行器上相机，71-子镜头，72-复合式镜头，73-转轴，74-光反射片，75-光电发射与接收装置，76-CCD传感器，77-机身；
81-上支腿，82-弹簧，83-导向杆，84-下支腿，85-套筒，86-脚钉，87-垫环。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
(一)实施例1：一种足球颠球次数检测系统，包括MCU、无线信号接收装置和足球；足球中设有无线发射模块；
无线信号接收装置包括设置在测试区域10边缘处的立柱8和设置在立柱上的无线接收模块9；无线接收模块固定在立柱上；
无线发射模块与无线接收模块无线通信连接；
无线接收模块与MCU相连；
MCU用于根据无线接收模块接收的信号识别颠球次数。
MCU连接有显示屏，显示用于显示实时的颠球数和最终的颠球测试成绩。
MCU连接有通信模块；通信模块用于将MCU接收到的数据传输到上位机或服务器，或传输到远程智能终端(如智能手机等。)。
足球中的无线发射模块以恒定功率发送电磁波(可以含有编码信息，也可以不包括编码信息)，MCU基于无线接收模块接收的电池板强度的变化识别颠球次数；
具体识别过程包括：
识别初次颠球m1；
识别中间颠球次数：mx；
强度每逆变两次视为一次颠球，逆变是指强度拐点，即由增大变为减小或由减小变为增大；
最终的颠球次数m＝m1+mx＝1+mx。
以无线接收模块设置在顶部(如A点)为例，如图23，t0时刻强度从最低上升，是为起点；
t1-t2为2个拐点，t2处于波谷，所以t2处是一个颠球点；
同理，t4为波谷，也是一个有效颠球点；
t6为恢复到初始状体，是为颠球结束。
因此，此图中有效颠球次数为3，即颠球成绩为3个。
无线接收模块为2个，分别固定在立柱的顶部或底部。设置2个无线接收模块是为了冗余。因为2个无线接收模块高下设置，检测的数据可以互相对照，这样测量更为可靠。
立柱为2个，2个立柱布置在检测区域的相对两侧(如左右两侧)；每一个立柱上的顶部和底部均设有无线接收模块。设置两根立柱，目的是为了冗余设计，一旦一个立柱上的传感器(无线接收模块)出现故障，可以用另一个立柱上的传感器。能显著提高可靠性。
立柱的高度为1.5或2m。
所述的足球颠球次数检测系统还包括定位球测试系统；
基于测试系统的测试方法如下：
一种足球颠球测试方法，包括以下步骤：
步骤1：布置硬件设施；
足球中设置无线发射模块；
在测试区域的边缘处设置的立柱(8)，立柱上固定无线接收模块(9)；
使得无线发射模块与无线接收模块无线通信连接；
无线接收模块与MCU相连；
步骤2：数据采集和传输；
在测试者准备完毕后，开启数据采集，无线发射模块发出电磁波，无线接收模块采集电磁波信号，并将采集的信号传送到MCU；
步骤3：数据处理，获得颠球次数；
(二)基于压力传感器组的足球定位球测试系统
基于压力传感器组的足球定位球测试系统包括测试垫、传感器组、MCU和显示屏；
传感器组设置在测试垫上，用于检测足球在测试垫上的落点；
传感器组的输出端与MCU相连，MCU与显示屏连接，显示屏用于显示测试成绩。
如图3-4，所述的传感器组为压力传感器阵列；压力传感器阵列由多个压力传感器2呈多行多列的方形阵列排布而成；任意相邻的4个压力传感器的连线能形成一个矩形，压力传感器阵列输出的数据发送到MCU进行定位计算处理。
压力传感器输出数字信号到MCU，所有的压力传感器均通过CAN总线与MCU通信连接，如图1。
如图2，压力传感器输出模拟信号，压力传感器依次经第一多路模拟选择器(又称多路模拟开关)、放大器和A/D转换器与MCU相连；
放大器由2个运算放大模块级联而成，前级的运算放大模块为放大倍数可调的运算放大，基于第二多路模拟选择器(四选一多路开关)实现调节，所有的压力传感器均通过CAN总线与MCU通信连接。
第一多路模拟选择器为16路选1模块开关，或由2个16路选1模块开关并联而成的32选1模拟开关。
MCU基于各压力传感器的检测值计算落点位置(具体为第一落点位置，反弹落点位置不计)；计算方法为：
步骤I：确定落点所在矩形单元，即目标矩形单元；
对测量值进行排序，去测量值最大的3个相连的压力传感器所在的矩形单元为目标矩形单元；
步骤II：计算在该目标矩形单元内4个计算点Q1～Q4的坐标；
将测量值换算成半径；(测量值大则半径越小。测量值与半径之间的函数关系，可以通过预先的测试进行获得。)
基于余弦定理计算该目标矩形单元中2个相连的压力传感器确定的计算点的坐标；
步骤III：如图5，求4个计算点Q1～Q4的重心即为落点P的坐标，完成落点计算；
则最终定位点P的位置即为Q1-Q4点的重心位置，即P(xp，yp)点的坐标计算如下：
xp＝(xQ1+xQ2+xQ3+xQ4)/4；
yp＝(yQ1+yQ2+yQ3+yQ4)/4；
其中，xQ1、xQ2、xQ3、xQ4分别为Q1-Q4点的横坐标；yQ1、yQ2、yQ3、yQ4分别为Q1-Q4点的纵坐标；
最后再基于落点P(xp，yp)的位置换算成足球定位球测试成绩。
步骤II中，基于余弦定理计算该目标矩形单元中2个相连的压力传感器确定的计算点的坐标的方法如下：
设ABCD点为目标矩形区域的4个压力传感器，r1,r2，r3和r4分别为ABCD点的半径；
(1)计算由A、B点确定的交点Q1的方法：
基于余弦定理：cosB＝(c2+a2-b2)/(2ac)；
如图6，三角形ABQ1中，已知AB长为a(即矩形的上边长)，AQ1和BQ1的长度分别为r1和r2；
设AB和AQ1的夹角为α，则有：
cosα＝(a2+r12-r22)/(2*a*r1)；α＝arcos[(a2+r12-r22)/(2*a*r1)]；
则Q1点的坐标(xQ1，yQ1)如下：
xQ1＝x0+r1*cosα；
yQ1＝y0-r1*sinα；
其中，x0和y0分别为A点的横坐标和纵坐标；
(2)同理求得由BC点确定的交点Q2，由CD点确定的交点Q3，由AD点确定的交点Q4的坐标。
测试垫上设有弹性层，用于缓冲足球队测试垫的冲击，有利于准确测量。弹性层可以使柔软的海绵层，也可以是多个带弹簧的钉子组成的弹性针层，能自动复位。
基于压力传感器组的足球定位球测试系统还包括与MCU连接的通信模块和身份证验证模块；通信模块用于将测量数据和成绩传送到服务器或远程终端。
定位球检测系统还包括与MCU连接的扬声器，用于播报测试者的成绩。
身份证验证模块为身份证读取器或校园卡读取器，用于读取测试者的身份信息。
基于压力传感器组的足球定位球测试系统还包括检测飞行器，监控飞行器用于拍摄现场图像，并将现场图像传输到服务器。
(三)定位球测试的备用测试系统：基于光电定位的足球定位球自动测试装置及系统
如图7，基于光电定位的足球定位球自动测试装置，其特征在于，包括测试垫1、外框7和MCU；
测试垫设置在外壳中，外框为矩形(优选正方形)，外框的第一侧和第二侧分别设有M和N个发光管5，第一侧与第二侧相邻；
外壳的第三侧和第四侧分别设有M和N个光接收管7；第三侧与第四侧相邻；且第一侧和第三侧相对，第二侧与第四侧相对；
M个发光管与M个接收管对应设置，没有阻挡时，M个发光管发出的光线能对应射到M个接收管中；
N个发光管与N个接收管对应设置，没有阻挡时，N个发光管发出的光线能对应射到N个接收管中；
所有的发光管受控于MCU，MCU控制所有的发光管的同时开闭，或能控制任一发光管关闭或打开；
所有的光接收管的输出电信号送入到MCU中；MCU根据该电信号判断足球的落点；
同一侧的相邻2个的发光管的间距小于足球的直径，同一侧的相邻2个的光接收管之间的间距小于足球的直径，从而保证足球在任何位置都能被检测到。
同一侧的发光管等间距设置或变间距设置(如中间部分的布置密度可以大于两侧部分的密度)。
为保证检测精度均一，第一侧和第三侧的多个发光管均等间距布置，且第一侧的发光管之间的间距与第三侧的发光管之间的间距相等。
MCU采用轮询的方式检测具体被阻挡光路的光接收管，从而实现足球的定位检测。
采用并联的多个多路开关的实现轮询(即轮流循环检测)。从而以最小的端口代价实现最多路的检测。
在测试垫上设有传感器组；所述的传感器组为压力传感器阵列；压力传感器阵列由多个压力传感器(2)呈多行多列的方形阵列排布而成；任意相邻的4个压力传感器的连线能形成一个矩形，压力传感器阵列输出的数据发送到MCU进行定位计算处理，MCU获得2个定位结果，即一个通过传感器阵列获得的定位结果，另一个为通过光接收管获得的定位结果，其中一个作为最终结果，一个作为备用。(若根据前者精度更高，可以采用前一个，若精度相当，且后者速度更快，则选用第2个。若一个结果明显有误，则采用另一个。可靠性高)
测试垫上设有弹性层，用于缓冲足球队测试垫的冲击，有利于准确测量。弹性层可以使柔软的海绵层，也可以是多个带弹簧的钉子组成的弹性针层，能自动复位。
一种基于光电定位的足球定位球自动测试系统，采用前述的足球定位球自动测试装置；
测试系统还包括服务器；MCU通过通信模块与服务器相连。
MCU与显示屏连接，显示屏用于显示测试成绩；
足球定位球自动测试系统还包括与MCU连接的身份证验证模块；基于光电定位的足球定位球自动测试装置还包括与MCU连接的扬声器，用于播报测试者的成绩。
身份证验证模块为身份证读取器或校园卡读取器，用于读取测试者的身份信息。
所述的基于光电定位的足球定位球自动测试系统还包括检测飞行器，监控飞行器用于拍摄现场图像，并将现场图像传输到服务器。
优选的，每5-20cm设置一个发光管，优选的间隔为5，6,8,10,12，14,16,18,20cm。
(四)定位球测试方法：基于压力传感器的足球定位球测试方法
一种足球定位球测试方法，采用压力传感器测量定位球落点位置，包括以下步骤：
步骤1：搭建基于压力传感器阵列的测试系统；
基于压力传感器阵列的测试系统包括测试垫、传感器组、MCU和显示屏；传感器组设置在测试垫上，用于检测足球在测试垫上的落点；
传感器组的输出端与MCU相连，MCU与显示屏连接，显示屏用于显示测试成绩；
所述的传感器组为压力传感器阵列；压力传感器阵列由多个压力传感器(2)呈多行多列的方形阵列排布而成；任意相邻的4个压力传感器的连线能形成一个矩形，压力传感器阵列输出的数据发送到MCU进行定位计算处理；
步骤2：数据采集：
MCU采集各压力传感器的数据并存储在存储器中；
步骤3：落点位置计算；
基于采集的数据计算落点位置坐标(具体为第一落点位置，反弹落点位置不计)；
步骤4：输出测试结果；
将落点位置坐标换上成测试成绩，并将结果显示在显示屏中。
步骤3包括以下步骤：
步骤I：确定落点所在矩形单元，即目标矩形单元；
对测量值进行排序，去测量值最大的3个相连的压力传感器所在的矩形单元为目标矩形单元；
步骤II：计算在该目标矩形单元内4个计算点Q1～Q4的坐标；
将测量值换算成半径；测量值大则半径越小。测量值与半径之间的函数关系，可以通过预先的测试进行获得。
基于余弦定理计算该目标矩形单元中2个相连的压力传感器确定的计算点的坐标；
步骤III：求4个计算点Q1～Q4的重心即为落点P的坐标，完成落点计算；
则最终定位点P的位置即为Q1-Q4点的重心位置，即P(xp，yp)点的坐标计算如下：
xp＝(xQ1+xQ2+xQ3+xQ4)/4；
yp＝(yQ1+yQ2+yQ3+yQ4)/4；
其中，xQ1、xQ2、xQ3、xQ4分别为Q1-Q4点的横坐标；yQ1、yQ2、yQ3、yQ4分别为Q1-Q4点的纵坐标。
还包括备用测试方法，备用测试方法基于备用测试系统实施，备用测试系统为基于光电定位的足球定位球自动测试系统；
若基于压力传感器阵列的测试系统失效(如检测结果误差过大，或传感器损坏等)，则采用备用测试系统实施测量得到的结果作为最终的测试结果。也可以用基于光电定位的足球定位球自动测试系统为优先测试系统，若该系统出现故障，以基于压力传感器阵列的测试系统作为备用测试系统。
(五)备用定位球测试方法：基于光电定位的足球定位球自动测试系统进行测试时，测试方法如下：
步骤A：搭建测试系统；
搭建基于基于光电定位的足球定位球自动测试系统；
步骤B：双向光电扫描步骤；
启动X，Y方向的光电扫描，获得X方向和Y方向的扫描结果
扫描是指使得发光管发光，接收管若没有被遮挡，输出高电平，若被遮挡，输出低电平，轮询(扫描)光接收管的电平信号，即可确定某一时刻哪一个或多个光接收管被遮挡。
步骤C：基于扫描结果确定落点位置(具体为第一落点位置，反弹落点位置不计)；
基于X方向的扫描结果确定落点的X坐标；基于Y方向的扫描结果确定落点的Y坐标；最终得到落点的位置坐标；
基于发光管的分布密度，有多种情况：
(1)X方向若只有一个光接收管被阻挡，则该接收管的位置即为X坐标；
如有多个光接收管被阻挡，则多个光接收管的中点X坐标为最终落点的X坐标；
如有3个相邻的光接收管被遮挡，则该3个光接收管的中间的那一个光接收管对应的X坐标为最终的落点的X坐标。
同理：
(2)Y方向若只有一个光接收管被阻挡，则该接收管的位置即为Y坐标；
如有多个光接收管被阻挡，则多个光接收管的中点Y坐标为落点最终的Y坐标；
步骤D：输出测试结果；
将落点位置坐标换上成测试成绩，并将结果显示在显示屏中。
也用基于光电定位的足球定位球自动测试系统为优先测试系统，若该系统出现故障，以基于压力传感器阵列的测试系统作为备用测试系统。
特别的，足球中设有加速度传感器和通信模块，加速度传感器用于检测足球是否被提起，若加速度明显增大，说明此时足球被测试者踢起，则通知MCU开始采集数据。测试到了有效数据或足球停止后，结束本次数据采集。
如图8，电路工作过程说明：
(1)V0-V15路电压值经16选1模拟数据选择器后从IO端输出，即为V1；
(2)本电路采用二级放电电路，包括2个运放，分别是AMP1和AMP2，均为反比例放大器；其中AMP1能调节放电倍数，具体为具有4档调节倍数，具有电阻的设置，分别为2.4，1，0.51和0.27倍，而AMP2的放大倍数为1，即相当于反相器；且运放AMP1放大倍数的切换，是由4选1模拟选择器来实现的；
最终的放大后的信号为V0，再进入ADC端进行模数转换。
(3)16选1模拟数据选择器和4选1模拟选择器均有MCU进行选通和控制。
另外，本系统涉及到的几个技术点说明如下:
(1)显示屏处还设有背光调节电路；
如图9，亮度调节电路包括MCU、LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上海设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；
电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；
LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。
(2)检测垫或MCU可以由锂电池供电。
检测垫处可以设置多块光伏板，光伏板可以为锂电池充电。
锂电池采用恒流充电电路充电，恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；
(a)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；
恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；
(b)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；
参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；
电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；
电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。
恒流充电电路还包括电压反馈电路；
电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；
电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。
工作原理说明：
采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。
(3)多功能航拍飞行器
如图11-18，多功能航拍飞行器包括支架32、旋翼、底板29、云台33、支腿28和相机70；
旋翼和云台设置在支架上；
底板固定在支架底部；相机安装在云台上；
支腿固定在底板的底部；
相机包括机身77和复合式镜头72；机身内设有CCD传感器76，机身上设有用于镜头对准的光电发射与接收装置75；
复合式镜头上设有转轴73；复合式镜头内集成有4个子镜头71；子镜头沿复合式镜头的周向均匀布置；复合式镜头的后端还设有与所述光电发射与接收装置适配的光反射片74；机身内还设有用于驱动镜头旋转的步进电机。光电发射与接收装置和光反射片可以是多套，优选2套，呈轴线对称，对准效果更好，只有2套光电发射与接收装置和光反射片都对准后，才认为镜头与CCD传感器对准了，这样对准精度更高。
支腿为4根，支腿竖直设置，相邻支腿之间的设置有水平的横梁；支腿包括上支腿81、下支腿84和脚钉86；上支腿下端设有导向槽；下支腿上端设有导向杆83；导向杆插装在导向槽中；在导向槽内设有弹簧82；弹簧设置在导向槽的顶壁(最里端的内壁)与导向杆顶端之间；下支腿的下端部设有脚钉86。下支腿的下端部的外壁设有外螺纹；下支腿的下端部套接有带内螺纹的套筒85，套筒的下端设有垫环87。底盘上还设置有陀螺仪和无线通信模块。陀螺仪用于导航，无线通信模块用于接收遥控器的指令，并将拍摄的照片和视频信息传送到地面接收端设备。所述的支架为由4个结构相同的伸缩式悬臂组成的十字形悬臂架；每一个伸缩式悬臂包括外臂21和内臂22；外臂的内端部与内臂的外端部通过锁扣25相连；锁扣上设有带倒刺53的插脚52；锁扣为多个；外臂的内端部和内臂的外端部均设有多组用于插脚穿过的插孔24；每组插孔包括至少2个插孔；旋翼包括主旋翼和副旋翼；在外臂的外端部设有主旋翼23和副悬臂26；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件7固定在外臂的底部；锁扣具有壳体51；壳体包括外壳体511、压块512和压簧513；插脚为2根；插脚固定在外壳体上；压块位于外壳体内并套装在2根插脚上；压块能沿插脚移动；压块与插脚之间设有压簧，压簧套装在插脚的根部。外臂的内端部设有2组用于插脚穿过的插孔；外臂上的每组插孔包括2个插孔；锁扣为2个；内臂的外端部上等间距设有4组用于插脚穿过的插孔；内臂上的每组插孔包括2个插孔。副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.2-0.35；优选值为0.25和0.3。垫环为橡胶材质，脚钉为不锈钢材质。
另一种飞行器如图20所示，支架为由6根长度相同的横向支杆组成的六角星形支架；六角星形支架的每一个角位均设置有旋翼。旋翼包括主旋翼和副旋翼；
在外臂的外端部设有主旋翼23和副悬臂26；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件27固定在外臂的底部。更进一步，在六角星形支架的每一个交叉位处均设有旋翼，所述的交叉位为相邻的横向支杆形成的X交叉所对应的位置；这样一个飞行器就具有12个或12组旋翼。副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.25或0.3。
飞行器具有以下突出的特点：
采用六角星形旋翼；采用独创的六角星形支架，这种支架稳定性好，由于每一个旋翼都位于角位，而每一个角位都处于三角形的顶点，由2根支杆支撑，而且由于三角形本身的稳定性，飞行时该顶点不会存在任何的偏移或漂移，因此，相对于正六边形、十字形的支架或其他支架具有极大的稳定性方面的优势。另外，6个旋翼的布置方式，相比2-4旋翼的布置方式，具有更好的气动布局，总而言之，这种六旋翼飞行器结构巧妙，稳定性好。
(4)用于飞行器的复合式镜头
如图19，飞行器相机采用可以切换子镜头的复合式镜头，复合式镜头中集成有4个不同焦距的镜头，用于对目标物拍摄不同视角的照片，灵活性好；相机上设置的光电发射与接收装置和镜头上设置的光反射片用于子镜头与CCD传感器对准，复合式镜头由步进电机驱动，对准精度高，子镜头切换方便。这种相机具有定焦头的优秀素质，也具有改变焦距的灵活性，因此，实用性好。

Claims (1)

1.一种足球颠球次数检测系统，其特征在于，包括MCU、无线信号接收装置和足球；足球中设有无线发射模块；
无线信号接收装置包括设置在测试区域（10）边缘处的立柱（8）和设置在立柱上的无线接收模块（9）；无线接收模块固定在立柱上；
无线发射模块与无线接收模块无线通信连接；
无线接收模块与MCU相连；
MCU用于根据无线接收模块接收的信号识别颠球次数；
MCU连接有显示屏，显示用于显示实时的颠球数和最终的颠球测试成绩；
MCU连接有通信模块；通信模块用于将MCU接收到的数据传输到上位机或服务器，或传输到远程智能终端；
足球中的无线发射模块以恒定功率发送电磁波，MCU基于无线接收模块接收的电磁波强度的变化识别颠球次数；
具体识别过程包括：
识别初次颠球m1；
识别中间颠球次数：mx；
强度每逆变两次视为一次颠球，逆变是指强度拐点，即由增大变为减小或由减小变为增大；
最终的颠球次数m=m1+mx=1+mx；
立柱为2个，2个立柱布置在检测区域的相对两侧；每一个立柱上的顶部和底部均设有无线接收模块；
立柱的高度在1-2m之间；
还包括定位球测试系统；
测试区域作为定位球测试系统的起始点；
定位球测试的系统包括测试垫和传感器组；
传感器组设置在测试垫上，用于检测足球在测试垫上的落点；
传感器组的输出端与MCU相连，MCU与显示屏连接，显示屏用于显示测试成绩；
MCU基于各压力传感器的检测值计算落点位置；计算方法为：
步骤I：确定落点所在矩形单元，即目标矩形单元；
对测量值进行排序，去测量值最大的3个相连的压力传感器所在的矩形单元为目标矩形单元；
步骤II：计算在该目标矩形单元内4个计算点Q1~Q4的坐标；
将测量值换算成半径；测量值大则半径越小；测量值与半径之间的函数关系，可以通过预先的测试进行获得；
基于余弦定理计算该目标矩形单元中2个相连的压力传感器确定的计算点的坐标；
步骤III：求4个计算点Q1~Q4的重心即为落点P的坐标，完成落点计算；
则最终落点P的位置即为Q1-Q4点的重心位置，即P(xp，yp)点的坐标计算如下：
xp=（x Q1+ x Q2+ x Q3+ x Q4）/4;
yp=（y Q1+ y Q2+ y Q3+ y Q4）/4;
其中，x Q1、 x Q2、 x Q3、 x Q4 分别为Q1-Q4点的横坐标；y Q1、 y Q2、y Q3、y Q4分别为Q1-Q4点的纵坐标；
最后再基于落点P(xp，yp)的位置换算成足球定位球测试成绩;
还包括定位球测试的备用测试系统：基于光电定位的足球定位球自动测试装置及系统；
基于光电定位的足球定位球自动测试装置，包括测试垫、外框和MCU；
测试垫设置在外壳中，外框为矩形，外框的第一侧和第二侧分别设有M和N个发光管，第一侧与第二侧相邻；
外壳的第三侧和第四侧分别设有M和N个光接收管；第三侧与第四侧相邻；且第一侧和第三侧相对，第二侧与第四侧相对；
M个发光管与M个接收管对应设置，没有阻挡时，M个发光管发出的光线能对应射到M个接收管中；
N个发光管与N个接收管对应设置，没有阻挡时，N个发光管发出的光线能对应射到N个接收管中；
所有的发光管受控于MCU，MCU控制所有的发光管的同时开闭，或能控制任一发光管关闭或打开；
所有的光接收管的输出电信号送入到MCU中；MCU根据该电信号判断足球的落点；
同一侧的相邻2个的发光管的间距小于足球的直径，同一侧的相邻2个的光接收管之间的间距小于足球的直径，从而保证足球在任何位置都能被检测到；
同一侧的发光管等间距设置或变间距设置；
为保证检测精度均一，第一侧和第二侧的多个发光管均等间距布置，且第一侧的发光管之间的间距与第二侧的发光管之间的间距相等；
MCU采用轮询的方式检测具体被阻挡光路的光接收管，从而实现足球的定位检测；
还包括视频监控无人飞行器，无人飞行器具有摄像头和无线传输模块，无线传输模块用于将采集的视频数据发送到MCU、服务器、上位机或远程智能终端；
检测垫或MCU由锂电池供电；
检测垫处设置多块光伏板，光伏板为锂电池充电；
锂电池采用恒流充电电路充电，恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；
恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；
恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；
所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；
参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；
电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；
电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB；
恒流充电电路还包括电压反馈电路；
电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；
电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB；
在基于压力传感器的测试系统中，提出了基于CAN总线和多路选择器的2种数据传输方法，其中，采用多路选择器的方案中，采用两级选择器，还考虑到了信号弱情况下的放大倍数调整；
压力传感器输出模拟信号，压力传感器依次经第一多路模拟选择器、放大器和A/D转换器与MCU相连；
放大器由2个运算放大模块级联而成，前级的运算放大模块为放大倍数可调的运算放大，基于第二多路模拟选择器实现调节，所有的压力传感器均通过CAN总线与MCU通信连接；
第一多路模拟选择器为16路选1模块开关，或由2个16路选1模块开关并联而成的32选1模拟开关；
电路工作过程说明：
V0-V15路电压值经16选1模拟数据选择器后从IO端输出，即为V1；
本电路采用二级放电电路，包括2个运放，分别是AMP1和AMP2，均为反比例放大器；其中AMP1能调节放电倍数，具体为具有4档调节倍数，具有电阻的设置，分别为2.4，1，0.51和0.27倍，而AMP2的放大倍数为1，即相当于反相器；且运放AMP1放大倍数的切换，是由4选1模拟选择器来实现的；
最终的放大后的信号为V0，再进入ADC端进行模数转换；
16选1模拟数据选择器和4选1模拟选择器均有MCU进行选通和控制。
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