CN113156930A - 一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，属于通信领域。所述系统包括：放置于迷宫起点的起点信号检测装置，放置于迷宫终点的终点信号检测装置，检测起点信号和终点信号的信号接收装置，处理起点信号和终点信号的上位机计分软件。起点信号检测装置与终点信号检测装置均为光照度检测模块，激光发射模块和光照度检测模块在同一侧；本发明采用电脑鼠遮挡激光光束通过车身反射光照引起光照度变化检测起点信号和终点信号。本发明采用单块板进行检测，避免对射式系统中因激光发散度过小，由电脑鼠撞板导致激光光束偏移引起的检测信号误报的情况，利用光信号进行电脑鼠状态检测，提高了计分系统的响应速度和准确性。

Description

一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统

技术领域

本发明涉及一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，属于通信领域。

背景技术

电脑鼠走迷宫竞赛计分系统是一款用于电脑鼠走迷宫竞赛的自动计分系统，用于辅助裁 判对选手的竞赛情况计分。其所述系统包含一个放置于迷宫起点处的起点模块、一个放置于 迷宫中心的终点模块、一个检测起点信号和终点信号的信号接收装置以及一款处理起点信号 和终点信号的上位机计分软件。

电脑鼠从规定的迷宫起点处出发，当离开起点时，起点模块检测到起点信号并发送给信 号接收装置，信号接收装置进行数据转换后发送给上位机计分软件。当电脑鼠到达终点时， 终点模块检测到终点信号并发送给信号接收装置，信号接收装置进行数据转换后发送给上位 机计分软件。上位机计分软件通过判断信号类型决定启动定时器或关闭定时器以计算电脑鼠 走迷宫的搜索时间和运行时间，并按照竞赛规则计算电脑鼠走迷宫的竞赛成绩，最后将成绩 显示给评委和观众。因此电脑鼠走迷宫竞赛计分系统对选手的竞赛成绩判定至关重要。

现有的计分系统是通过起点模块和终点模块中的超声波测距模块实现起点信号和终点信 号的检测。其原理是：将超声波测距模块放置在迷宫挡板一侧，超声波测距模块测量前方障 碍物与超声波探头的距离，当电脑鼠经过，此时测得的距离小于设定值，经控制器判断后， 发送起点信号或终点信号。

现有的计分系统是通过起点模块和终点模块中的激光对射式模块实现起点信号和终点信 号的检测。其原理是：将激光发射模块和光照度检测模块放置在迷宫挡板两侧，电脑鼠经过 时遮挡激光发射模块对射激光光束引起光照度检测模块光照度变化，经控制器判断后，发送 起点信号或终点信号。

这两种检测方式存在一定缺陷，具体表现为：由于超声波测距模块的测距耗时长，响应 速度慢，当电脑鼠高速冲刺时，容易造成起点信号和终点信号的漏检测，导致计分失败。超 声波测距模块的探测角度大，容易探测到迷宫的底板，此时测得的距离小于设定值，造成误 检测，进而导致计分失败。

激光对射式计分系统中，激光发散度过小，电脑鼠没有经过指定终点但是撞到了激光发 射板或者光照度检测板，导致激光光束偏移引起的检测信号误传，激光对射式计分系统检测 起点和终点信号需要4块电池同时供电，耗能大，成本高。

针对相关技术中的上述问题，目前还未有提出任何有效解决方案。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，能够实现对电 脑鼠走迷宫竞赛快速准确的计分。

本发明提供了一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，所述系统包括起点信号检测 装置、终点信号检测装置、信号接收装置和上位机计分软件。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述起点信号检测装置为放置在迷宫起点通道 一侧带有起点激光发射装置和起点光照度检测模块；所述终点信号检测装置为放置在迷宫终 点通道一侧带有终点激光发射装置和终点光照度检测模块。

进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述起点光照度检测模块包括：起点光照度传 感模组，适于测量所述激光发射模块发射的两束激光在电脑鼠经过时通过电脑鼠车身反射到 所述起点光照度传感模组上的光照度；起点控制模组，与所述起点光照度传感模组连接，根 据光照度变化判断是否发出起点信号；起点无线通信模组，与所述起点控制模组连接，适于 发送起点信号；第一电源电路，为所述起点光照度检测模块中的用电元器件提供电力能源。

所述起点激光发射模块包括：两个起点激光发射头，发射两束分别与平面呈82.82度的 激光光束交汇于迷宫起点通道上方，电脑鼠经过时通过电脑鼠车身反射的光源照射所述起点 光照度传感模组；第一电源电路，为所述起点激光发射模块中的用电元器件提供电力能源。

所述终点光照度检测模块包括：终点光照度传感模组，适于测量所述激光发射模块发射 的两束激光光束在电脑鼠经过时通过电脑鼠车身反射到所述终点光照度传感模组上的光照 度；终点控制模组，与所述终点光照度传感模组连接，根据光照度变化判断是否发出终点信 号；终点无线通信模组，与所述终点控制模组连接，适于发送终点信号；第二电源电路，为 所述终点光照度检测模块中的用电元器件提供电力能源。

所述终点激光发射模块包括：两个终点激光发射头，发射两束分别与平面呈82.82度的 激光光束交汇于迷宫终点通道上方，电脑鼠经过时通过电脑鼠车身反射的光源照射所述终点 光照度传感模组；第二电源电路，为所述终点激光发射模块中的用电元器件提供电力能源。

进一步地，上述方法还具有以下特点，所述起点无线通信模组和所述终点无线通信模组 均为LoRa无线通信模组。

进一步地，上述方法还具有以下特点，所述信号接收装置包括：接收无线通信模组，用 于接收所述起点光照度检测模块和所述终点光照度检测模块发送的信号；信号转换电路，与 所述接收无线通信模组连接，适于将所述接收无线通信模组接收的TTL电平信号转换为USB 电平信号；USB接口，与所述信号转换电路连接。

进一步地，上述方法还具有以下特点，所述接收无线通信模组为LoRa无线通信模组；所 述USB接口为B型USB接口母座。

进一步地，上述方法还具有以下特点，所述上位机计分软件通过所述USB接口与所述信 号接收装置相连接。

本发明利用光照度变化原理检测起点信号和终点信号，有以下优点：

第一，光照度检测模块检测速度快，避免了对起点信号和终点信号漏检测，提高了电脑 鼠走迷宫竞赛计分系统计分响应速度。

第二，信号检测装置由对射式改为反射式，避免了电脑鼠行驶过程中撞板或者其他原因 造成激光位置改变引起的检测信息误传，提高了积分系统的可靠性。

第三，信号检测装置由对射式改为反射式，功能板的数量由两块变为一块，减少了电池 的使用数量，节约资源，降低成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，而可 依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够通俗易 懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将列出实施例描述中所需要使用的 附图；

图1为本发明实施例中激光对射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统的结构示例图；

图2为本发明实施例中起点信号检测装置的结构示例图；

图3为本发明实施例中终点信号检测装置的结构示例图；

图4为本发明实施例中信号接收装置的结构示例图；

图5A为本发明实施例中起点和终点激光发射和光照度检测模块形状正视图；

图5B为本发明实施例中起点和终点激光发射和光照度检测模块形状俯视图；

图6A为本发明实施例中起点和终点安装检测装置迷宫挡板外观示意图；

图6B为本发明实施例中起点和终点信号检测装置示意图；

图7A为本发明实施例中信号接收装置外观示意图；

图7B为本发明实施例中信号接收装置示意图；

图8为本发明实施例中激光对射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统工作流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例 性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。 相反，提供这些实施例为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围传达给本领 域的技术人员。

图1为本发明实施例中激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统的结构示例图。如图1所 示，在本发明实施例中，激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统包括放置于迷宫起点处的起 点信号检测装置100、放置于迷宫终点处的终点信号检测装置200、与起点信号检测装置100 和终点信号检测装置200无线连接的信号接收装置300以及与信号接收装置300连接的上位 机计分软件400。

图1中，起点信号检测装置100包括起点光照度检测模块110和起点激光发射模块120。 起点光照度检测模块110和起点激光发射模块120放置在迷宫起点道路的一侧。起点信号检 测装置100的工作原理是：起点激光发射模块120发射两束激光光束交汇于迷宫起点通道上 方，电脑鼠经过时通过车身将激光反射到起点光照度检测模块110，起点光照度检测模块110 连续检测光照度，当电脑鼠经过并遮挡到激光光束时，起点光照度检测模块110检测到光照 度大于预定值，起点信号检测装置100向到信号接收装置300发送起点信号。

图1中，终点信号检测装置200包括终点光照度检测模块210和终点激光发射模块220。 终点光照度检测模块210和终点激光发射模块220放置在迷宫终点道路的一侧。终点信号检 测装置200的工作原理与起点信号检测装置100相同，所不同的是，终点信号检测装置200 发出的是终点信号。

综上所述，利用光照度变化原理检测出发信号和到达信号，起点信号检测装置100和终 点信号检测装置200的检测速度快，避免了起点信号和终点信号漏检测，提高了电脑鼠走迷 宫竞赛计分系统的响应速度。

图2和图3为起点信号检测装置和终点信号检测装置的结构示例图，如图2和图3所示， 在本发明实施例中，起点光照度检测模块110包括起点控制模组111、与该起点控制模组111 相连的起点光照度传感模组112、与该起点控制模组111相连的起点无线通信模组113以及 为起点光照度检测模块110中用电元器件供能的第一电源电路114，第一电源电路114同时为 起点激光发射模组115供能。终点光照度检测模块210包括终点控制模组211、与该终点控 制模组211相连的终点光照度传感模组212、与该终点控制模组211相连的终点无线通信模 组213以及为终点光照度检测模块210中用电元器件供能的第二电源电路214，第二电源电路 214同时为终点激光发射模组215供能。

其中，所述起点无线通信模组113和所述终点无线通信模组213均为LoRa无线通信模组， 用于无线发送起点信号和终点信号。

在一个具体应用中，第一电源电路114可以包括一块第一电池以及与第一电池相连的第 一电源管理芯片。

第二电源电路214可以包括一块第二电池以及与第二电池相连的第二电源管理芯片。

图4为本发明实施例中信号接收装置300的结构示例图，如图4所示，在本发明实例中， 信号接收装置300包括接收无线通信模组310、与接收无线通信模组310连接的信号转换电 路320以及与信号转换电路320连接的USB接口330。

其中，所述接收无线通信模组310为LoRa无线通信模组，用于接收起点无线通信模组 113发出的起点信号和终点无线通信模组213发出的终点信号。USB接口330为B型USB接口 母座。

在本发明实施例中，上位机400与信号接收装置300通过USB接口330连接。

下面通过具体应用实例对本发明实施例中的激光对射式计分系统做出进一步详细说明。

图5A为本发明实施例中起点和终点激光发射和光照度检测模块形状正视图。

图5A左右两侧的圆孔为激光发射端口，中间的圆孔对准图6B中的光照度传感模组2。

如图5A-图7B所示，在本例中，激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统包括起点信号检 测装置、终点信号检测装置、信号接收装置和上位机计分软件。起点信号检测装置包括起点 光照度检测模块和起点激光发射模块。终点信号检测装置包括终点光照度检测模块和终点激 光发射模块。起点光照度检测模块和终点光照度检测模块的结构相同。起点激光发射模块和 终点激光发射模块结构相同。信号接收装置通过USB接口与上位机中的上位机计分软件连接。 图5中，光照度检测模块、激光发射模块和信号接收装置的内部结构参见其箭头所指部分。

参见图5A-图7B，起点光照度检测模块和终点光照度检测模块以PCB板11为主体，安装 在8mm厚的迷宫挡板内，其中PCB板11呈矩形，长10cm、宽4.8cm。PCB板11由一节电压为+3.7V的锂电池10、电源管理芯片6、蜂鸣器7、USB充电接口9和开关8构成光照度检 测模块电源电路。电源管理芯片6将锂电池10的+3.7V电压转换为+5V电压给控制模组1、 光照度传感模组2、LoRa无线通信模组3、蓝色LED灯4、红色LED灯5和两个激光发射头供 电，使光照度检测模块处于工作状态。当锂电池10的电压降低到+3.4V后，电源管理芯片 驱动蜂鸣器7工作，实现欠压报警。通过USB充电接口9和电源管理芯片6为锂电池10充电， 使光照度检测模块处于充电状态。通过拨动开关8控制光照度检测装置处于工作状态还是充 电状态。

两个激光发射头安装在图5A所示结构左右两个直径6mm的圆柱形孔洞内，圆柱轴线与平 面呈82.82度，光照度检测模块2位于中心圆孔处，通过直径6mm的圆柱形开孔露出，两个 激光发射头和光照度检测模块2的相对位置在同一平面，放置在迷宫道路一侧，保证两个激 光发射头射出的激光光束经电脑鼠车身反射后，反射到处于中心位置的光照度传感模组2上。 光照度检测模块2测量间隔为16ms，并通过IIC协议与控制模组1连接并发送当前的光照度 数据。蓝色LED灯4亮表示电脑鼠未经过起点或终点，红色LED灯5亮表示电脑鼠经过起点 或终点。

当电脑鼠经过起点或终点时，电脑鼠遮挡两个激光发射头射出的激光光束，引起处于中 心位置的光照度传感模组2上的光照度增强，当控制模组1接收到光照度传感模组2发送的 光照度数据高于设定值时，控制模组1通过LoRa无线通信模组向信号接收装置发送起点信号 或终点信号，触发上位机积分软件进行计分，同时驱动红色LED灯5亮。

当电脑鼠未经过，激光发射头射出的激光光束无法反射到光照度传感模组2上，控制模 组1接收到光照度传感模组2发送的光照度数据低于设定值，驱动蓝色LED灯4亮。

信号接收装置用于接收起点信号和终点信号，其内部结构以PCB板24为主体，包括LoRa 无线通信模组23、信号转换电路24、USB接口22、红色指示灯19和蓝色指示灯20。USB接口连接上位机计分软件的同时并从上位机获得+5V电压为信号转换电路24和LoRa无线通信模组23供电，红色指示灯19亮代表上电成功，信号接收装置处于工作状态。

LoRa无线通信模组的波特率、数据位、校验位、停止位、地址、通道等信息需配置一致。 此外LoRa无线通信模组23连接外置天线18，以增强天线信号，便于信号接收装置的移动。

当LoRa无线通信模组23接收到LoRa无线通信模组3发送的起点信号或终点信号时的数 据时，蓝色指示灯20亮起，通过信号转换电路21将接收的数据转换为USB协议数据并通过 USB接口22传递给上位机计分软件，触发计分。

图8所示激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统的工作流程是：

步骤501，安装调试系统装置。

起点信号检测装置安装在迷宫的起点位置。终点信号检测装置安装在迷宫的起点位置。 信号接收装置通过USB接口与电脑相连，红色指示灯亮起，表示供电正常，信号接收装置工 作。

步骤502，配置上位机计分软件通讯参数、录入竞赛信息。

打开上位机计分软件，配置通讯串口的参数，实现与信号接收装置的数据传输。录入竞 赛相关信息。

步骤503，起点处检测到电脑鼠。

步骤504，起点信号检测装置向信号接收装置发送起点信号

当电脑鼠从起点出发，遮挡到起点激光发射头射出的激光光束，使起点光照度传感模组 检测的光照度大于预定值，此时起点光照度检测装置通过起点无线通信模组向信号接收装置 发送起点信号，并驱动红色LED灯亮起。信号接收装置将起点信号转化经过USB接口传输给 上位机计分软件。

步骤505，终点检测到电脑鼠。

步骤506，终点信号检测装置向信号接收装置发送到发信号。

当电脑鼠到达终点时，同样使终点光照度传感模组检测的光照度大于预定值，终点光照 度检测装置通过终点无线通信模组向信号接收装置发送终点信号，并驱动红色LED灯亮起。 信号接收装置将终点信号转化经过USB接口传输给上位机计分软件。

步骤507，上位机计分软件实时显示竞赛成绩和排名。

上位机计分软件根据起点信号和终点信号的间隔来计算迷宫时间和运行时间，最后算出 竞赛成绩和排名，并将成绩和排名直观显示。

本发明实施例的激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统利用光照度变化原理检测出发信 号和到达信号，光照度检测模块检测速度快，避免了起点信号和终点信号漏检测，提高了电 脑鼠走迷宫竞赛计分系统计分响应速度。避免由于激光发射模块射出的激光光束方向性高， 光束散射低，电脑鼠撞板导致的激光光束错位引起的信息误传的情况，从而提高了计分系统 的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (5)

1.一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，其特征在于，所述系统包括：放置于迷宫起点的起点信号检测装置，放置于迷宫终点的终点信号检测装置，监测起点信号和终点信号的信号接收装置，处理起点信号和终点信号的上位机计分软件。起点信号检测装置与终点信号检测装置均为光照度检测模块，激光发射模块和光照度检测模块在同一侧。

2.根据权利要求1所述的一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，其特征在于：所述起点信号检测装置包括放置在迷宫起点道路同一侧的起点光照度检测模块和起点激光发射模块；终点信号检测装置包括放置在迷宫起点道路同一侧的终点光照度检测模块和终点激光发射模块。

3.根据权利要求1所述的一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，其特征在于：所述起点激光发射模块为两个起点激光发射头，发射两束分别与平面呈82.82度的激光光束交汇于迷宫起点通道上方，电脑鼠经过时通过电脑鼠车身反射的光源照射所述起点光照度传感模组；终点激光发射模块为两个终点激光发射头，发射两束分别与平面呈82.82度的激光光束交汇于迷宫终点通道上方，电脑鼠经过时通过电脑鼠车身反射的光源照射所述终点光照度传感模组。

4.根据权利要求1所述的一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，其特征在于：所述起点光照度检测模块为放置在两个起点激光发射头的中心位置，用于检测起点信号；终点光照度检测模块为放置在两个终点激光发射头的中心位置，用于检测起终点信号。

5.根据权利要求1所述的一种激光反射式电脑鼠走迷宫竞赛计分系统，其特征在于：所述第一电源电路同时为起点光照度检测模块、起点激光发射模块和起点无线通信模组供能；第二电源电路同时为终点光照度检测模块、终点激光发射模块和终点无线通信模组供能。

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