CN109005508B - 基于uwb技术的球类标签及球类定位系统 - Google Patents

基于uwb技术的球类标签及球类定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于UWB技术的球类标签及球类定位系统，涉及球体技术领域。本申请实施例提供的基于UWB技术的球类定位系统，通过可以为球员配置的球员标签、可以为球体配置的球类标签以及UWB定位基站可以实现对球员和球体位置的实时获取，从而可以为分析球员的运动轨迹、运动状态、球体的运动位置提供准确的位置信息，方便进行比赛情况的分析。通过球类标签可以了解球体的准确位置，对于比赛中出现的争议进球等情况提供准确的位置数据。

Description

基于UWB技术的球类标签及球类定位系统
技术领域
本发明涉及球类技术领域，具体而言，涉及一种基于UWB技术的球类标签及球类定位系统。
背景技术
在各种球类运动中，对于一名运动员的运动能力的评价一般只能通过人来进行，对于运动用球的位置也只能通过人和视频影像进行分析，对运动员和运动用球难以进行准确的位置分析。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于UWB技术的球类标签及球类定位系统。
本发明提供的技术方案如下：
一种基于UWB技术的球类定位系统，包括UWB定位基站、同步控制器、球员标签和球类标签，其中：
所述同步控制器与所述UWB定位基站连接，所述UWB定位基站用于发送UWB定位信号；
所述球员标签用于发送球员定位信号或者接收所述UWB定位信号；
所述球类标签用于发送球类定位信号或者接收所述UWB定位信号；
其中，所述球类标签通过固定结构固定在球体内部，所述固定结构包括承载板以及至少一个弹性件，所述弹性件的一端与所述承载板固定连接，所述弹性件的另一端与所述球体的内壁固定，所述球类标签固定在所述承载板上；
所述球类标签还包括：上盖和底壳，所述上盖和底壳装配形成容纳空腔；
设置在所述容纳空腔内的圆片天线
设置在所述容纳空腔内的电路板；
设置在所述电路板上，与所述圆片天线相连接的MCU控制芯片；
设置在所述容纳空腔内的充电电池；
与所述充电电池连接的无线充电感应线圈，所述充电电池用于为所述球类标签供电；所述无线充电感应线圈用于感应外部无线充电装置的电场。
进一步地，所述底壳的外壁上开设有用于容纳所述无线充电感应线圈的第一凹槽，所述第一凹槽内设置有固定柱，所述无线充电感应线圈包括与所述固定柱相匹配的固定孔，所述无线充电感应线圈通过所述固定孔与所述固定柱固定连接。
进一步地，所述球类标签还包括分别与所述无线充电感应线圈和充电电池相连接的充电板，所述底壳内壁上设置有用于容纳所述充电板的第二凹槽，所述充电板固定在所述第二凹槽内，所述充电板用于将所述无线充电感应线圈感应到的电流转换为所述充电电池的充电电流。
进一步地，所述上盖的一侧设置有至少一个螺孔，所述底壳开设有与所述螺孔位置相匹配的通孔，所述上盖和所述底壳通过穿设在所述通孔和螺孔内的固定件固定连接。
进一步地，所述球类标签还包括设置在所述上盖外壁，与所述MCU控制芯片相连接的气压计，所述气压计用于检测所述球体的内部气压。
本发明还提供了一种球类标签，所述球类标签包括：
上盖和底壳，所述上盖和底壳装配形成容纳空腔；
设置在所述容纳空腔内的圆片天线
设置在所述容纳空腔内的电路板；
设置在所述电路板上，与所述圆片天线相连接的MCU控制芯片；
设置在所述容纳空腔内的充电电池；
与所述充电电池连接的无线充电感应线圈，所述充电电池用于为所述球类标签供电；所述无线充电感应线圈用于感应外部无线充电装置的电场。
进一步地，所述底壳的外壁上开设有用于容纳所述无线充电感应线圈的第一凹槽，所述第一凹槽内设置有固定柱，所述无线充电感应线圈包括与所述固定柱相匹配的固定孔，所述无线充电感应线圈通过所述固定孔与所述固定柱固定连接。
进一步地，所述球类标签还包括分别与所述无线充电感应线圈和充电电池相连接的充电板，所述底壳内壁上设置有用于容纳所述充电板的第二凹槽，所述充电板固定在所述第二凹槽内，所述充电板用于将所述无线充电感应线圈感应到的电流转换为所述充电电池的充电电流。
进一步地，所述上盖的一侧设置有至少一个螺孔，所述底壳开设有与所述螺孔位置相匹配的通孔，所述上盖和所述底壳通过穿设在所述通孔和螺孔内的固定件固定连接。
进一步地，所述球类标签还包括设置在所述上盖外壁，与所述MCU控制芯片相连接的气压计，所述气压计用于检测所述球体的内部气压。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于UWB定位技术的球类定位系统的示意图。
图2为本发明实施例提供的一种基于UWB定位技术的球类标签的内部结构示意图。
图3为本发明实施例提供的一种基于UWB定位技术的球类标签的底部视角示意图。
图4为本发明实施例提供的一种基于UWB定位技术的球类标签的外形示意图。
图标：10-球类定位系统；101-同步控制器；102-UWB定位基站；103-球类标签；104-球员标签；131-圆片天线；132-电路板；133-充电电池；134-无线充电感应线圈；135-充电板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在现有的各种运动项目中，对于参与运动的人员的运动能力的评价较为主观和片面。例如，在足球运动中，评价一名球员的能力一般只能根据该球员在比赛或训练过程中的实际表现，虽然比赛或训练中可以统计得到该球员的各种客观数据，例如带球时间、传球次数、助攻次数或射门次数等等，但这些数据只有具有一定经验的人员才具备分析能力，且分析结果会较多的引入分析人员的主观感受。对于一名球员在场上适合什么位置也只能是教练人员结合经验进行主观分析，无法客观的判断一名球员在场上适合什么位置。
本申请实施例提供了一种基于UWB(Ultra Wideband，超宽带)技术的球类定位系统10，如图1所示，包括UWB定位基站102、同步控制器101、球员标签104和球类标签103。
所述同步控制器101与所述UWB定位基站102连接，所述UWB定位基站102用于发送UWB定位信号。基于UWB技术的球类定位系统10可以根据球场的情况确定UWB定位基站102的数量和布置位置，同步控制器101可以控制多个UWB定位基站102发送UWB定位信号时以相同的时间基准进行。
所述球员标签104用于发送球员定位信号或者接收所述UWB定位信号。球员标签104可以佩戴在进行比赛的各个球员身体上，在本申请实施例中，球员标签104可以采用主动发送球员定位信号的形式，或者被动接收UWB定位基站102发送的UWB定位信号的形式。球员标签104在接收到不同定位基站102发送的UWB定位信号后，根据接收到的不同UWB定位信号的时间信息，解算得到该球员标签104所在的位置，并可以将球员标签104所在的位置发送至后台服务器，从而通过后台服务器确定球场上各个球员的实时位置。
所述球类标签103用于发送球类定位信号或者接收所述UWB定位信号。球类标签103可以配置在比赛用球上，例如可以应用至足球、篮球、排球等各种比赛用球中，球类标签103可以在比赛用球制造过程中安置在球体内。与球员标签104类似的，球类标签103也可以通过主动发送球类定位信号或被动接收UWB定位信号的方式，解算得到球类标签103的实时位置，即得到球体的实时位置。通过对球员的位置和球体的位置进行分析，可以得到各个球员在比赛中的运动轨迹、活动范围等信息，给分析球员的运动状态提供准确的数据参考。
其中，如图2至图4所示，所述球类标签103通过固定结构固定在球体内，详细的，所述球类标签103包括上盖、底壳圆片天线131、电路板132、充电电池133、无线充电感应线圈134。所述上盖和底壳装配形成容纳空腔，为了避免球类标签103在安装在球体内后对球体造成损坏，上盖和底壳可以制成圆形，且上盖和底壳组装成型后，不会具有突出的尖状部位，使得球体在比赛中受到外力作用下，球类标签103不会对损坏球体的内胆等结构。圆片天线131设置在所述容纳空腔内，圆片天线131作为接收UWB定位信号的结构，可以接收定位基站102发送的UWB定位信号。还可以作为球类标签103采用主动发送球类定位信号的结构。电路板132设置在所述容纳空腔内，可以理解的是，容纳空腔内可以设置固定电路板132的固定结构，电路板132上可以设置与所述圆片天线131相连接的MCU控制芯片，圆片天线131接收到UWB定位信号后，可以将UWB定位信号发送至MCU控制芯片进行处理。MCU控制芯片生成的球类定位信号也可以通过圆片天线131发送出去。为了实现对球类标签103的供电，该球类标签103还包括设置在所述容纳空腔内的充电电池133，充电电池133可以采用锂电池或其他形式的电池。由于球类标签103是在球体的制造过程中就被安装在球体内部，充电电池133无法通过有线的形式与外部电源连接，因此，该球类标签103还包括与所述充电电池133连接的无线充电感应线圈134，所述无线充电感应线圈134用于感应外部无线充电装置的电场。在需要为充电电池133充电时，可以将安装有球类标签103的球体放置在具有无线充电功能的充电装置附近，通过无线充电感应线圈134感应充电电场，从而实现对充电电池133的充电。
如果无线充电感应线圈134与无线充电装置的距离较远，无线充电感应线圈134可能无法感应到充电电场，或者充电效率很低。因此，所述底壳的外壁上开设有用于容纳所述无线充电感应线圈134的第一凹槽，所述第一凹槽内设置有固定柱，所述无线充电感应线圈134包括与所述固定柱相匹配的固定孔，所述无线充电感应线圈134通过所述固定孔与所述固定柱固定连接。如此，无线充电感应线圈134位于底壳的外部，在将球类标签103安装在球体内时，可以将底壳设置有第一凹槽的一侧紧贴球体的内壁，并通过固定结构将球类标签103固定在球体内部。从而在进行无线充电时，减小无线充电感应线圈134与无线充电装置之间的距离。
此外，所述球类标签103还包括分别与所述无线充电感应线圈134和充电电池133相连接的充电板135，所述底壳内壁上设置有用于容纳所述充电板135的第二凹槽，所述充电板135固定在所述第二凹槽内，所述充电板135用于将所述无线充电感应线圈134感应到的电流转换为所述充电电池133的充电电流。球体作为比赛用球在比赛过程中经常需要承受球员施加的外力，这些外力会传递到球类标签103上，因此，球类标签103需要保证在较大外力作用下，其内部结构不会出现损坏。通过在底壳内壁上设置第二凹槽，第二凹槽的大小可以与充电板135的形状相匹配，充电板135在放置在第二凹槽内后，还可以通过其他固定件进行固定。充电板135可以将无线充电感应线圈134感应到的电流转换为充电电池133的充电电流。
如图所示，所述上盖的一侧设置有至少一个螺孔，所述底壳开设有与所述螺孔位置相匹配的通孔，所述上盖和所述底壳通过穿设在所述通孔和螺孔内的固定件固定连接。
球类标签103设置在球体内，在比赛中，需要保证球体内的气压符合一定的标准，气压过低或气压过高都会对球体的正常使用造成影响。使用气压检测设备可以对球体内的气压进行检测，但是这需要人工操作气压检测设备进行检测，在球体处于使用过程中，是难以对球体的气压进行检测的。在本申请实施例中，所述球类标签103还包括设置在所述上盖外壁，与所述MCU控制芯片相连接的气压计，所述气压计用于检测所述球体的内部气压，并通过圆片天线131将内部气压数据发送至外部设备。通过设置气压计可以实时对球体内的气压进行检测，可以通过外部设备实时了解球体的内部气压，从而判断球体是否处于正常使用状态。
综上所述，本申请实施例提供的基于UWB技术的球类定位系统10，通过可以为球员配置的球员标签104、可以为球体配置的球类标签103以及UWB定位基站102可以实现对球员和球体位置的实时获取，从而可以为分析球员的运动轨迹、运动状态、球体的运动位置提供准确的位置信息，方便进行比赛情况的分析。通过球类标签103可以了解球体的准确位置，对于比赛中出现的争议进球等情况提供准确的位置数据。
本申请实施例还提供了一种球类标签103，所述球类标签103用于发送球类定位信号或者接收所述UWB定位信号。球类标签103可以配置在比赛用球上，例如可以应用至足球、篮球、排球等各种比赛用球中，球类标签103可以在比赛用球制造过程中安置在球体内。与球员标签104类似的，球类标签103也可以通过主动发送球类定位信号或被动接收UWB定位信号的方式，解算得到球类标签103的实时位置，即得到球体的实时位置。通过对球员的位置和球体的位置进行分析，可以得到各个球员在比赛中的运动轨迹、活动范围等信息，给分析球员的运动状态提供准确的数据参考。
其中，所述球类标签103通过固定结构固定在球体内，详细的，所述球类标签103包括上盖、底壳圆片天线131、电路板132、充电电池133、无线充电感应线圈134。所述上盖和底壳装配形成容纳空腔，为了避免球类标签103在安装在球体内后对球体造成损坏，上盖和底壳可以制成圆形，且上盖和底壳组装成型后，不会具有突出的尖状部位，使得球体在比赛中受到外力作用下，球类标签103不会对损坏球体的内胆等结构。圆片天线131设置在所述容纳空腔内，圆片天线131作为接收UWB定位信号的结构，可以接收定位基站102发送的UWB定位信号。还可以作为球类标签103采用主动发送球类定位信号的结构。电路板132设置在所述容纳空腔内，可以理解的是，容纳空腔内可以设置固定电路板132的固定结构，电路板132上可以设置与所述圆片天线131相连接的MCU控制芯片，圆片天线131接收到UWB定位信号后，可以将UWB定位信号发送至MCU控制芯片进行处理。MCU控制芯片生成的球类定位信号也可以通过圆片天线131发送出去。为了实现对球类标签103的供电，该球类标签103还包括设置在所述容纳空腔内的充电电池133，充电电池133可以采用锂电池或其他形式的电池。由于球类标签103是在球体的制造过程中就被安装在球体内部，充电电池133无法通过有线的形式与外部电源连接，因此，该球类标签103还包括与所述充电电池133连接的无线充电感应线圈134，所述无线充电感应线圈134用于感应外部无线充电装置的电场。在需要为充电电池133充电时，可以将安装有球类标签103的球体放置在具有无线充电功能的充电装置附近，通过无线充电感应线圈134感应充电电场，从而实现对充电电池133的充电。
如果无线充电感应线圈134与无线充电装置的距离较远，无线充电感应线圈134可能无法感应到充电电场，或者充电效率很低。因此，所述底壳的外壁上开设有用于容纳所述无线充电感应线圈134的第一凹槽，所述第一凹槽内设置有固定柱，所述无线充电感应线圈134包括与所述固定柱相匹配的固定孔，所述无线充电感应线圈134通过所述固定孔与所述固定柱固定连接。如此，无线充电感应线圈134位于底壳的外部，在将球类标签103安装在球体内时，可以将底壳设置有第一凹槽的一侧紧贴球体的内壁，并通过固定结构将球类标签103固定在球体内部。从而在进行无线充电时，减小无线充电感应线圈134与无线充电装置之间的距离。
此外，所述球类标签103还包括分别与所述无线充电感应线圈134和充电电池133相连接的充电板135，所述底壳内壁上设置有用于容纳所述充电板135的第二凹槽，所述充电板135固定在所述第二凹槽内，所述充电板135用于将所述无线充电感应线圈134感应到的电流转换为所述充电电池133的充电电流。球体作为比赛用球在比赛过程中经常需要承受球员施加的外力，这些外力会传递到球类标签103上，因此，球类标签103需要保证在较大外力作用下，其内部结构不会出现损坏。通过在底壳内壁上设置第二凹槽，第二凹槽的大小可以与充电板135的形状相匹配，充电板135在放置在第二凹槽内后，还可以通过其他固定件进行固定。充电板135可以将无线充电感应线圈134感应到的电流转换为充电电池133的充电电流。
如图所示，所述上盖的一侧设置有至少一个螺孔，所述底壳开设有与所述螺孔位置相匹配的通孔，所述上盖和所述底壳通过穿设在所述通孔和螺孔内的固定件固定连接。
球类标签103设置在球体内，在比赛中，需要保证球体内的气压符合一定的标准，气压过低或气压过高都会对球体的正常使用造成影响。使用气压检测设备可以对球体内的气压进行检测，但是这需要人工操作气压检测设备进行检测，在球体处于使用过程中，是难以对球体的气压进行检测的。在本申请实施例中，所述球类标签103还包括设置在所述上盖外壁，与所述MCU控制芯片相连接的气压计，所述气压计用于检测所述球体的内部气压，并通过圆片天线131将内部气压数据发送至外部设备。通过设置气压计可以实时对球体内的气压进行检测，可以通过外部设备实时了解球体的内部气压，从而判断球体是否处于正常使用状态。
本申请实施例中的球类标签103可以安装在足球、篮球等各种比赛用球中，使得可以通过UWB定位信号获取球体的实时位置，球体的位置与球员的位置具有紧密的对应关系，通过分析球体的位置可以确定球员的运动状态。此外，在一些需要进行准确判断球体的位置情况下，例如在足球比赛中，球体中心越过了球门线即被认为进球，但现有仅通过裁判肉眼和视频分析，对一些争议进球很难进行快速有效的判断。如果球体配置了本申请中的球类标签103，那么根据球类标签103的位置，可以准确确定球体的位置，从而在争议进球的判罚中提供准确的球体位置信息。此外，对于球体是否出界等情况，通过配置的球类标签103同样可以进行准确的判罚。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于UWB技术的球类定位系统，其特征在于，包括UWB定位基站、同步控制器、球员标签和球类标签，其中：
所述同步控制器与所述UWB定位基站连接，所述UWB定位基站用于发送UWB定位信号；
所述球员标签用于发送球员定位信号或者接收所述UWB定位信号；
所述球类标签用于发送球类定位信号或者接收所述UWB定位信号；
其中，所述球类标签通过固定结构固定在球体内部，所述固定结构包括承载板以及至少一个弹性件，所述弹性件的一端与所述承载板固定连接，所述弹性件的另一端与所述球体的内壁固定，所述球类标签固定在所述承载板上；
所述球类标签还包括：
上盖和底壳，所述上盖和底壳装配形成容纳空腔；所述上盖和所述底壳制成圆形；
设置在所述容纳空腔内的圆片天线；
设置在所述容纳空腔内的电路板；
设置在所述电路板上，与所述圆片天线相连接的MCU控制芯片；
设置在所述容纳空腔内的充电电池；
与所述充电电池连接的无线充电感应线圈，所述充电电池用于为所述球类标签供电；所述无线充电感应线圈用于感应外部无线充电装置的电场；
所述底壳的外壁上开设有用于容纳所述无线充电感应线圈的第一凹槽，所述第一凹槽内设置有固定柱，所述无线充电感应线圈包括与所述固定柱相匹配的固定孔，所述无线充电感应线圈通过所述固定孔与所述固定柱固定连接；
所述无线充电感应线圈位于所述底壳的外部，在将所述球类标签安装在球体内时，将所述底壳设置有所述第一凹槽的一侧紧贴球体的内壁；
所述球类标签还包括分别与所述无线充电感应线圈和充电电池相连接的充电板，所述底壳内壁上设置有用于容纳所述充电板的第二凹槽，所述充电板固定在所述第二凹槽内，所述充电板用于将所述无线充电感应线圈感应到的电流转换为所述充电电池的充电电流，所述第二凹槽的大小与所述充电板的形状相匹配。
2.根据权利要求1所述的基于UWB技术的球类定位系统，其特征在于，所述上盖的一侧设置有至少一个螺孔，所述底壳开设有与所述螺孔位置相匹配的通孔，所述上盖和所述底壳通过穿设在所述通孔和螺孔内的固定件固定连接。
3.根据权利要求1所述的基于UWB技术的球类定位系统，其特征在于，所述球类标签还包括设置在所述上盖外壁，与所述MCU控制芯片相连接的气压计，所述气压计用于检测所述球体的内部气压。
4.一种基于UWB技术的球类标签，其特征在于，所述球类标签包括：
上盖和底壳，所述上盖和底壳装配形成容纳空腔；
设置在所述容纳空腔内的圆片天线；
设置在所述容纳空腔内的电路板；
设置在所述电路板上，与所述圆片天线相连接的MCU控制芯片；
设置在所述容纳空腔内的充电电池；
与所述充电电池连接的无线充电感应线圈，所述充电电池用于为所述球类标签供电；所述无线充电感应线圈用于感应外部无线充电装置的电场；
所述底壳的外壁上开设有用于容纳所述无线充电感应线圈的第一凹槽，所述第一凹槽内设置有固定柱，所述无线充电感应线圈包括与所述固定柱相匹配的固定孔，所述无线充电感应线圈通过所述固定孔与所述固定柱固定连接；
所述无线充电感应线圈位于所述底壳的外部，在将所述球类标签安装在球体内时，将所述底壳设置有所述第一凹槽的一侧紧贴球体的内壁；
所述球类标签还包括分别与所述无线充电感应线圈和充电电池相连接的充电板，所述底壳内壁上设置有用于容纳所述充电板的第二凹槽，所述充电板固定在所述第二凹槽内，所述充电板用于将所述无线充电感应线圈感应到的电流转换为所述充电电池的充电电流，所述第二凹槽的大小与所述充电板的形状相匹配。
5.根据权利要求4所述的基于UWB技术的球类标签，其特征在于，所述上盖的一侧设置有至少一个螺孔，所述底壳开设有与所述螺孔位置相匹配的通孔，所述上盖和所述底壳通过穿设在所述通孔和螺孔内的固定件固定连接。
6.根据权利要求4所述的基于UWB技术的球类标签，其特征在于，所述球类标签还包括设置在所述上盖外壁，与所述MCU控制芯片相连接的气压计，所述气压计用于检测球体的内部气压。
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