CN114534235B - 一种发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法 - Google Patents

一种发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发球训练成绩自动判断及显示装置，包括两个相互配合的第一信号棒和第二信号棒，以及与所述信号棒通讯连接的电子显示屏；其中第一信号棒中设有复数个可以根据一定周期发射光信号的光信号发射单元，第二信号棒中设有复数个可接收光信号的光信号发射单元，第一信号棒与第二信号棒可分别固定在球网两侧立柱的上方，并在球网上方形成红外扫描区域，当羽毛球通过该红外扫描区域时，本装置即可根据信号的变化来计算羽毛球的飞行速度、角度和过网时所处的位置，并根据上述数据来计算发球成绩，从而使运动员单人也能完成发球训练。进一步地还能通过羽毛球的各项数据进行针对性训练，提高训练效果。

Description

一种发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法
技术领域
本发明属于体育器材技术领域，具体地涉及一种发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法。
背景技术
羽毛球作为一种广受喜爱的运动，在吸引了很多民众参与的同时也催生了大量的羽毛球运动员，目前羽毛球已经作为正式比赛项目在各大运动赛事中出现。与普通人将羽毛球作为娱乐的性质不同，运动员需要通过大量的训练来提高自身对球的掌控能力，例如发球、接球、扣球以及推球等。其中发球尤为重要，常常在得分要素中起到关键性作用，而发球的各种方式中，发出高质量的网前小球属于必须掌握的一项技能，因为网前小球对方接球后难以进行反击，因此己方会拥有更多的进攻得分机会。
现有的训练中往往是运动员个人进行网前小球发球训练，根据发出的羽毛球的飞行轨迹以及落地位置来判断发球质量，或者与其他技术人员进行一对一指导来分析发球质量，这种训练方式依赖于主观判断，当运动员进行独自训练时难以得知具体的发球质量以及发球存在的缺陷。
申请号为CN201910159319.1的专利文件公开了一种羽毛球推球训练监控评估系统，包括羽毛球训练场，羽毛球训练场上的球网处设有球高测量装置，球网的一侧为用于运动员做推球练习的训练区域，球网的另一侧为用于发球和检测落球位置的设备区域，所述设备区域包括位于后场的落球感应装置和位于后场后方场外的发球装置，发球装置的后方还设有用于显示击球得分的显示器、中央处理器以及电源装置；运动员通过按动球拍上的系统启动按钮来启动该系统。上述羽毛球推球训练监控评估系统能够自动测量羽毛球落下的位置、在空中飞行的高度以及飞行的速度，并且根据这三项指标对该次击球练习进行评分，但该系统测得的数据涵盖面不够广，例如缺乏球飞行过网时的角度、相对球网的水平位置等，且数据精确度不足，例如其测量获得速度数据代表的是由击球到球落地过程中羽毛球的平均速度，而羽毛球在飞行过程中因为空气阻力速度会存在明显变化，因此难以得知过网时羽毛球的飞行速度，难以进行针对性的训练。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种发球训练成绩自动判断及显示装置，该装置能计算羽毛球过网时的多项飞行状态数据，并根据飞行状态数据进行评分，从而帮助运动员进行训练。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种发球训练成绩自动判断及显示装置，包括两个相互配合的第一信号棒和第二信号棒，以及与所述信号棒通讯连接的电子显示屏；所述的第一信号棒与第二信号棒可分别安装于球网两侧立柱上端，并在第一信号棒与第二信号棒之间形成检测区域；
所述的第一信号棒中设置有第一光学传感器和发射控制模块；所述的第一光学传感器包括复数个光信号发射单元；所述的复数个光信号发射单元在第一信号棒上呈单列或多列纵向排列；
所述的发射控制模块，用于控制所述的复数个光信号发射单元依次发射光信号，且使所述的复数个光信号发射单元在任意时刻至多只有一个光信号发射单元发射光信号；
所述的第二信号棒中设置有第二光学传感器、与所述第二光学传感器通讯连接的逻辑处理单元、用于读取所述逻辑处理单元处理结果并生成成绩数据的成绩判断单元和用于读取所述成绩数据并将发球成绩数据转化为数字信号的成绩输出单元；
所述的第二光学传感器包括复数个光信号接收单元和至少一个感应信号生成单元；所述的复数个光信号接收单元在第二信号棒上呈单列或多列纵向排列；
所述的第一信号棒与第二信号棒可分别安装于球网两侧立柱上端，并使第一传感器与第二传感器之间形成检测区域；
所述光信号接收单元接收来自光信号发射单元发射的光信号；并且，每个所述的光信号接收单元至少对应一个所述的光信号发射单元；
所述感应信号生成单元用于检测光信号接收单元接收光信号，并生成相应的感应信号；
所有光信号发射单元均发送一次光信号为一个扫描周期，一个扫描周期内产生的所有感应信号生成一个感应信号集合；
所述的逻辑处理单元用于读取所述的感应信号集合，并根据不同感应信号集合中感应信号的数量和类型的变化，计算出羽毛球通过所述装置时的飞行状态信息；
所述的成绩判断单元用于接收来自逻辑处理单元的飞行状态信息，将飞行状态信息代入至预设的算法中计算得到发球成绩数据；
所述的成绩输出单元用于接收来自成绩判断单元生成的发球成绩数据，并将发球成绩数据转化为电子显示屏可读取的数字信号。
本发明通过设置多个光信号发射单元与光信号接收单元来获取羽毛球过网时的更多飞行状态信息，光信号发射单元和光信号接收单元分别安装在两个柱状的信号棒中，在信号棒中多个光信号发射单元/光信号接收单元纵向等距排列，信号棒上开设有用于信号收发的开口，信号棒的下端可放置在羽毛球网两侧立柱上并与立柱相固定，当固定完成后，两壳体结构用于信号收发的开口相对，使羽毛球网上方形成由第一光学传感器和第二光学传感器生成的扫描区域。本发明的每个光信号发射单元均与最多m个光信号接收单元形成信号传递，即总共最多形成n*m个感应信号，将上述每个感应信号对应的光信号发射单元与光信号接收单元之间进行连线，则会形成n*m条信号路径，这些信号路径将会形成一个供计算羽毛球飞行状态的检测网络，当羽毛球飞行过网时，因为阻挡作用一些感应信号会消失，根据消失的感应信号所对应的信号路径可计算得到阻挡物所在区域。本发明中，信号棒的供电来源可以是外接输电线路，也可以是一次性电源或可充电的移动电源，优选地为可充电的移动电源，以方便装置拆装和携带。
进一步地，所述的飞行状态信息包括高度位置信息、水平位置信息、飞行速度信息和飞行角度信息；
所述的逻辑处理单元包括：
位置信息处理单元，用于计算羽毛球通过球网时的相对于预设原点的高度位置信息和水平位置信息；
速度信息处理单元，用于计算羽毛器通过球网时的飞行速度信息；
角度信息处理单元，用于计算羽毛球通过球网时的飞行角度信息。
进一步地，所述的第二信号棒中还包括与感应信号生成单元形成通讯连接的校准模块，所述的校准模块用于读取感应信号生成单元中生成的感应信号集合并判断光学传感器中光信号发射单元与光信号接收单元是否完整对应，并以可见的方式发送校准完成信号或校准未完成信号。
进一步地，所述的成绩输出单元与所述的逻辑处理单元形成通讯连接，成绩输出单元可接收来自逻辑处理单元的飞行状态信息并将飞行状态信息转化为电子显示屏可读取的数字信号。
进一步地，所述的信号棒底部设有定位磁吸组件。利用定位磁吸组件，信号棒可通过磁吸的方式固定在羽毛球网的立柱上方，安装和拆卸方便。优选地，磁吸组件底部应当形成朝上的内凹形状，以配合大多数立柱上端的球形凸起面。
进一步地，所述的两个信号棒具有能相互配合的对接面，对接面上设置有对接磁吸组件。当训练完成后，可取下两信号棒，并将两信号棒的对接面贴合，此时对接面上的对接磁吸组件可以使两信号棒组合为一体，方便携带。优选地，信号棒为半圆筒结构，两信号棒可组合为完整圆筒，此时信号棒下端的定位磁吸组件同样能起到将两个信号棒组合为一体的效果。
本发明的另一目的在于提供上述发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、第一光学传感器的n个光信号发射单元与第二光学传感器对应的m个光信号接收单元之间进行红外扫描，红外扫描的每一扫描周期依次包括以下过程：1号光信号发射单元向1~m号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,m)；2号光信号发射单元向1~m号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,m)；……；n号光信号发射单元向1~m号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(n,1)、M(n,2)、……、M(n,m)；每一扫描周期中的所有感应信号生成一个最多包含n*m个感应信号的感应信号集合；其中感应信号数量为n*m的感应信号集合记为完整集合，感应信号数量小于n*m的感应信号集合记为缺失集合；
S2.1、逻辑处理单元接收感应信号数量为（n*m-k）的缺失集合后，读取该缺失集合相较完整集合缺少的 k个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即M(X1,Y1）、M(X2,Y2）、……、M(Xk,Yk），X1~Xk号光信号发射单元和与其对应的Y1~Yk号光信号接收单元之间成k条交错的直线，k条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h和水平位置信息s；其中，k为不小于4的正整数；
S2.2、逻辑处理单元计算最先出现的缺失集合与在该缺失集合之后最先出现的完整集合所对应的两个扫描周期之间的时间间隔t1，根据羽毛球的长度L与时间间隔t1计算羽毛球的飞行速度v，即羽毛球的飞行速度信息；
S2.3、根据S2.1中所述的方法，逻辑处理单元计算扫描周期T1中羽毛球的高度位置信息h1和水平位置信息s1、扫描周期T2中羽毛球的高度位置信息h2和水平位置信息s2、描周期T1与扫描周期T2之间的时间间隔t2，获取羽毛球在扫描周期T1与扫描周期T2之间的水平方向上的位置变化∆s和竖直方向上的位置变化∆h，根据v、t2和∆s计算得到羽毛球在水平方向上的偏角α，根据v、t2和∆h计算得到羽毛球在竖直方向上的偏角β，即羽毛球的飞行角度信息；
S2.4、逻辑处理单元将包含高度位置信息h、水平位置信息s、飞行速度信息v、飞行角度信息α和β在内的飞行状态信息发送至成绩判断单元；
S3、成绩判断单元将飞行状态信息代入至预设的算法中，得到发球成绩数据，并将发球成绩数据输送至成绩输出单元；
S4、成绩输出单元将发球成绩数据转化为电信号输送至电子显示屏；
S5、电子显示屏接收来自成绩输出单元的电信号后以可见的方式显示成绩数值。
本发明在进行羽毛球速度计算时将羽毛球过网时的运动状态视为水平运动，以一般羽毛球运动轨迹而言，在羽毛球过网时大多与水平面平行或夹角不大，此时羽毛球水平方向上的实际长度与其理论长度的差值较小，尤其是在发网前小球时，球的飞行速度不快，因此飞行轨迹近似抛物线，此时球网部位与抛物线的中点重合度较高，羽毛球的运动状态可视作平行，即此时的速度计算公式可认为是为v=L/t1，其中L为羽毛球的理论长度，羽毛球的理论长度一般因为不同生产厂家的工艺区别会存在一定的波动，但其波动范围有限，因此可以预设为一个合理的常量。
在进行空间位置计算时，利用n个光信号发射单元和m个光信号接收单元形成的检测网络，当羽毛球飞越球网时，利用其遮蔽检测网络产生的响应信号变化即可大致判断其位置，具体算法相当于由二维坐标系中的k个已知点得到距离这k个已知点最近的另一坐标点，在计算时，通常将最下方的光信号接收模块或者光信号发射模块所在位置设为原点，羽毛球的位置可以用二维坐标的形式表示。
在进行角度计算时，截取某一时间点A羽毛球所在位置和间隔较短的时间点B羽毛球所在位置，测得将两位置的高度差和水平方向的位移大小，由于羽毛球的速度已经测得，因此可计算获得羽毛球的飞行角度。具体地，tanα=s1/（v·t2），tanβ=s2/（v·t2）。羽毛球的飞行速度通常为数十米每秒，因此其通过扫描区域的总耗时在2~10ms之间，在2~10ms的短暂时间内可以认为羽毛球的角度方向基本不变。
进一步地，上述发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法还包括以下步骤：S5、逻辑处理单元将飞行状态数据发送至成绩输出单元，成绩输出单元通过电子显示屏分别显示发球高度、水平位置、飞行速度和飞行角度数据。
进一步地，上述发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法还包括：S0、设置光信号发射单元与光信号接收单元，调整光信号发射单元与光信号接收单元的相对位置，直至与光学传感器连接的校准模块显示校准完成信号；所述的校准模块接收到m*n个感应信号后显示校准通过信号，否则显示校准未完成信号。通过校准模块可判断光学传感器是否设置到位，本发明在某种实施方式中光学传感器的光信号发射单元与光信号接收单元是通过磁吸或其他可拆卸及调节的安装方式设置在羽毛球网立柱两侧的，因此需要校准模块辅助光学传感器的设置。
进一步地，步骤S2.3中扫描周期T1和扫描周期T2分别对应的感应信号集合中，感应信号的数量均小于或等于（n*m-3）。
本发明还提供另一发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法，该方法将光信号发射单元与光信号接收单元设置为两纵列，第一列光信号发射单元与第一列光信号接收单元对应，第二列光信号发射单元与第二列光信号接收单元对应，具体如下：
S1、位于第一信号棒上的n个光信号发射单元呈两纵列排布，其中第一纵列和第二纵列均包含a个光信号发射单元，且满足2a=n；位于第二信号棒上的m个光信号发射单元呈与光信号对应的两纵列排布，其中第一纵列与第二纵列均包含c个光信号接收单元，且满足2c=m；其中第一纵列的每个光信号发射单元与第一纵列的所有光信号接收单元对应；第二纵列的每个光信号发射单元与第二纵列的所有光信号接收单元对应；第一纵列和第二纵列分别进行周期同步的红外扫描；
第一纵列每个扫描周期包括：第一纵列的1号光信号发射单元向1~c号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,c)；2号光信号发射单元向1~c号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,c)；……；a号光信号发射单元向1~c号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(a,1)、M(a,2)、……、M(a,c)；每一扫描周期中的所有感应信号形成一个最多包含a*c个感应信号的第一信号集合；其中感应信号数量为a*c的第一信号集合记为第一信号完整集合，感应信号数量小于a*c的第一信号集合记为第一信号缺失集合；
第二纵列每个扫描周期包括：第二纵列的1号光信号发射单元向1~c号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号N(1,1)、N(1,2)、……、N(1,c)；2号光信号发射单元向1~c号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号N(2,1)、N(2,2)、……、N(2,c)；……；a号光信号发射单元向1~c号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号N(a,1)、N(a,2)、……、N(a,c)；每一扫描周期中的所有感应信号形成一个最多包含a*c个感应信号的第二感应信号集合；其中感应信号数量为a*c的第二信号集合记为第二信号完整集合，感应信号数量小于a*c的第二信号集合记为第二信号缺失集合；
S2.1、逻辑处理单元接收感应信号数量为（a*c-k）的第一信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 k个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即M(X1,Y1）、M(X2,Y2）、……、M(Xk,Yk），X1~Xk号光信号发射单元和与其对应的Y1~Yk号光信号接收单元之间成k条交错的直线，k条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h和水平位置信息s；其中，k为不小于4的正整数；
或者，逻辑处理单元接收感应信号数量为（a*c-k）的第二信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 k个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即N(X1′,Y1′）、N(X2′,Y2′）、……、N(Xk′,Yk′），X1′~Xk′号光信号发射单元和与其对应的Y1′~Yk′号光信号接收单元之间成k条交错的直线，k条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h和水平位置信息s；
S2.2、当逻辑处理单元接收到的第一信号集合由第一完整信号集合转变为第一缺失信号集合时，记录该时间点A；当逻辑处理单元接收到的第二信号集合由第二完整信号集合转变为第二缺失信号集合时，记录该时间点B；计算出时间点A与时间点B之间的时间间隔t1，随后根据第一纵列与第二纵列之间的间距d以及时间间隔t1计算出羽毛球的飞行速度v，即羽毛球的飞行速度信息；
S2.3、逻辑处理单元接收感应信号数量为（a*c-i）的第一信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 i个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即M(X1,Y1）、M(X2,Y2）、……、M(Xi,Yi），X1~Xi号光信号发射单元和与其对应的Y1~Yk号光信号接收单元之间成i条交错的直线，i条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h1和水平位置信息s1；其中，i为不小于4的正整数；
同时，逻辑处理单元接收感应信号数量为（a*c-i）的第二信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 i个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即N(X1′,Y1′）、N(X2′,Y2′）、……、N(Xi′,Yi′），X1′~Xi′号光信号发射单元和与其对应的Y1′~Yi′号光信号接收单元之间成i条交错的直线，i条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h2和水平位置信息s2；
获取羽毛球在水平方向上的位置变化∆s和竖直方向上的位置变化∆h，其中∆s=s1- s2，∆h= h1-h2；根据∆s和d可计算得到羽毛球在水平方向上的偏角α，根据∆h和d可计算得到羽毛球在竖直方向上的偏角β，即羽毛球的飞行角度信息；
S2.4、逻辑处理单元将包含高度位置信息h、水平位置信息s、飞行速度信息v、飞行角度信息α和β在内的飞行状态信息发送至成绩判断单元；
S3、成绩判断单元将飞行状态信息代入至预设的算法中，得到发球成绩数据，并将发球成绩数据输送至成绩输出单元；
S4、成绩输出单元将发球成绩数据转化为数字信号输送至电子显示屏；
S5、电子显示屏接收来自成绩输出单元的数字信号后以可见的方式显示成绩数值。
综上所述，应用本发明方案可以取得以下有益效果：
1、本发明设置有多个光信号发射单元和光信号接收单元，通过光信号发射单元与光信号接收单元形成的监测网络可测量与计算羽毛球过网时的飞行参数，并将飞行参数带入至成绩算法中得到最终的成绩数值，最后将成绩数据显示在电子显示屏上，使训练人员能够直接得知自己的发球质量，提高单人训练效果。
2、本发明通过光信号发射单元与光信号接收单元形成的监测网络可测得羽毛球过网时的位置信息、速度信息、角度信息，信息涵盖面更广，有助于更加精确地计算发球质量对应的分数。
3、本发明可将羽毛球过网时的位置信息、速度信息、角度信息显示在电子显示屏上，结合发球质量分数以及显示的位置信息、速度信息、角度信息显可以对缺陷进行针对性的训练，提高训练效率。
4、本发明的信号棒可通过磁吸的方式设置在羽毛球网立柱两侧，并且通过校准模块来进行辅助安装，安装方便，且两信号棒之间可配合形成一体结构，便于携带至不同场所。
附图说明
图1是实施例1中信号棒安装方式示意图；
图2是实施例1中信号棒的结构示意图；
图3是实施例1中发球训练成绩自动判断及显示装置的结构示意图；
图4是实施例1中发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法；
图5是实施例2中发球训练成绩自动判断及显示装置的结构示意图；
图6是实施例2中发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法；
图7是实施例3中信号棒的结构示意图；
图8是实施例1中发球训练成绩自动判断及显示装置的结构示意图；
图9是实施例1中发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法
图中，1-第一信号棒，2-第二信号棒，11-第一光学传感器，12-定位磁吸组件，13-对接磁吸组件。
具体实施方式
下面结合实施例与附图来对本发明进行详细阐述。
实施例1
如图1~图4所示，本实施例提供了一种发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法。
发球训练成绩自动判断及显示装置包括相互配合的第一信号棒1和第二信号棒2以及与第二信号棒通讯连接的电子显示屏；
第一信号棒1内设置有包括6个光信号发射单元与发射控制模块的第一光学传感器11，第二信号棒中设置有包括6个光信号接收单元以及感应信号生成单元的第二光学传感器，每个所述的光信号发射单元均可向所述的6个光信号接收单元发射信号，光信号接收单元接收到光信号后通过感应信号生成单元生成相应的感应信号；发射控制模块用于控制所述的6个光信号发射单元依次发射光信号，且使所述的复数个光信号发射单元在任意时刻至多只有一个光信号发射单元发射光信号，6个光信号发射单元均发射一次信号即为一个扫描周期；光学传感器的安装方式如图1所示，光信号发射单元通过第一信号棒设置于球网其中一侧立柱上方，光信号接收单元通过第二信号棒设置于球网另一侧立柱上方；信号棒结构如图2所示，第一信号棒和第二信号棒为半圆筒结构，两信号棒可组合形成完整圆筒结构，两信号棒的下端均设有定位磁吸组件12，通过定位磁吸组件信号棒可与立柱形成磁吸固定并安装在立柱上方，两信号棒的对接面上设有对接磁吸组件13，对接磁吸组件可使两信号棒组装后保持结构稳定，便于携带。
第二信号棒中还包括：与所述第二光学传感器通讯连接的逻辑处理单元、用于读取所述逻辑处理单元处理结果并生成成绩数据的成绩判断单元和用于读取所述成绩数据并将发球成绩数据转化为数字信号的成绩输出单元；
所述光信号接收单元接收来自光信号发射单元发射的光信号；并且，每个所述的光信号接收单元至少对应一个所述的光信号发射单元；
所述的逻辑处理单元用于读取所述的感应信号集合，并根据不同感应信号集合中感应信号的数量和类型的变化，计算出羽毛球通过所述装置时的飞行状态信息；
所述的成绩判断单元用于接收来自逻辑处理单元的飞行状态信息，将飞行状态信息代入至预设的算法中计算得到发球成绩数据；
所述的成绩输出单元用于接收来自成绩判断单元生成的发球成绩数据，并将发球成绩数据转化为电子显示屏可读取的数字信号。
如图4所示，上述发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法包括以下步骤：
S101：光学传感器进行红外扫描，扫描频率为1kHz，当扫描范围内无羽毛球时，红外扫描的每一扫描周期依次包括以下过程：1号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,6)；2号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,6)；……；6号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(6,1)、M(6,2)、……、M(6,6)；每一扫描周期中的所有感应信号形成一个包含36个感应信号的感应信号集合，记为完整集合；当扫描范围内存在羽毛球时，因为羽毛球阻拦，红外扫描生成的某感应信号集合相对于完整集合包含的感应信号数量减少，该感应信号集合记为缺失集合；
S102：逻辑处理模块接收并读取各感应信号集合中感应信号的数量和类型变化，通过以下方法计算获得飞行状态信息：
（1）速度信息处理单元计算最先出现的缺失集合与在该缺失集合之后最先出现的完整集合分别对应的两扫描周期之间的时间间隔t1（ms），并通过预设的羽毛球的长度L（mm）与时间间隔t1通过v=L/ t1计算出羽毛球的飞行速度v（m/s）；
（2）逻辑处理单元在T1周期收到的某一缺失合集相对于完整合集恰好有四个感应信号M（X1，Y1）、M（X2，Y2）、M（X3，Y3）、M（X4，Y4）消失，位置信息处理单元根据以下方法计算羽毛球的高度位置信息和水平位置信息：光信号发射单元X1与光信号接收单元Y1、光信号发射单元X2与光信号接收单元Y2、光信号发射单元X3与光信号接收单元Y3、光信号发射单元X4与光信号接收单元Y4在二维平面上形成的四条信号通路具有若干交点，位置信息处理单元计算在上述若干交点所处的二维平面上距离所有交点的距离之和最小的中心坐标位置（x0，y0），其中x0代表此时羽毛球的水平位置，y0代表此时羽毛球的高度位置；
（3）逻辑处理单元在T2周期接收到的某一缺失集合，该相对于完整集合有六个感应信号M（X1，Y1）、M（X2，Y2）、M（X3，Y3）、M（X4，Y4）、M（X5，Y5）、M（X6，Y6）消失，角度信息处理单元根据以下方法计算羽毛球的飞行角度信息：光信号发射单元X1与光信号接收单元Y1、光信号发射单元X2与光信号接收单元Y2、光信号发射单元X3与光信号接收单元Y3、光信号发射单元X4与光信号接收单元Y4、光信号发射单元X5与光信号接收单元Y5、光信号发射单元X6与光信号接收单元Y6在空间上分别形成六条信号通路，六条信号通路之间形成若干交点，角度信息处理单元计算在上述若干交点所处的二维平面上距离所有交点的距离之和最小的中心坐标位置（x0′，y0′），其中x0′代表此时羽毛球的水平位置，y0′代表此时羽毛球的高度位置，随后角度信息处理单元读取步骤（2）中位置信息处理单元计算获得的坐标位置（x0，y0）并计算T1周期与T2周期之间的时间差t2，通过tanα=s1/（v·t2）和tanβ=s2/（v·t2）计算得出羽毛球在水平方向的偏角α以及在竖直方向上的偏角β，上述公式中∆s= x0-x0′，∆h= y0-y0′，∆s和∆h取绝对值，单位为mm，t2的单位为ms；
（4）逻辑处理单元将包含高度位置信息h、水平位置信息s、飞行速度信息v、飞行角度信息α和β在内的飞行状态信息发送至成绩判断单元；
S103：成绩判断单元将飞行状态信息代入至预设的算法中，得到发球成绩数据，并将发球成绩数据输送至成绩输出单元；
S104：成绩输出单元将发球成绩数据转化为数字信号输送至电子显示屏；
S105：电子显示屏接收到数字信号后显示其对应的成绩数值。
实施例2
本实施例提供了另一发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法。
如图5所示，本实施例发球训练成绩自动判断及显示装置与实施例1基本相同，区别在于：
本实施例中还包括与第二光学传感器连接的校准模块，校准模块用于判断光信号发射单元与光信号接收单元之间是否正确对应；
本实施例中逻辑处理单元与成绩输出单元形成通讯连接；
本实施例中光信号发射单元与光信号接收单元的数量分别为7和8。
如图6所示，本实施例中发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法包括以下步骤：
S100：在球网两侧的立柱上方设置第一信号棒和第二信号棒，调节信号棒位置，光学传感器进行红外扫描，扫描频率为1kHz，每一扫描周期依次包括以下过程：1号光信号发射单元向1~8号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,8)；2号光信号发射单元向1~8号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,8)；……；7号光信号发射单元向1~8号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(7,1)、M(7,2)、……、M(7,8)；每一扫描周期形成的所有感应信号为一个感应信号集合，感应信号集合发送至校准模块，当校准模块接收到的所有感应信号集合中均包含56个感应信号时，校准模块显示绿灯，即代表校准完成，否则显示红灯；
S101：光学传感器进行红外扫描，扫描频率为1kHz；当扫描范围内无羽毛球时，红外扫描的每一扫描周期依次包括以下过程：1号光信号发射单元向1~8号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,8)；2号光信号发射单元向1~8号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,8)；……；7号光信号发射单元向1~8号光信号接收单元分别发送信号，并分别形成感应信号M(7,1)、M(7,2)、……、M(7,8)；每一扫描周期中的所有感应信号形成一个包含56个感应信号的感应信号集合，记为完整集合；
当扫描范围内存在羽毛球时，因为羽毛球阻拦，红外扫描生成相对于完整集合包含的感应信号数量较少的感应信号集合，该感应信号集合记为缺失集合；
S102：逻辑处理模块接收并读取各感应信号集合中感应信号的数量和类型变化，通过以下方法计算获得飞行状态信息：
（1）速度信息处理单元计算最先出现的缺失集合与随后最先出现的完整集合分别对应的扫描周期之间的时间间隔t1（ms），并通过羽毛球的长度L（mm）与时间间隔t1通过v=L/t1计算出羽毛球的飞行速度v（m/s）；
（2）逻辑处理单元在T1周期收到的某一缺失合集相对于完整合集恰好有五个感应信号M（X1，Y1）、M（X2，Y2）、M（X3，Y3）、M（X4，Y4）、M（X5，Y5）消失，位置信息处理单元根据以下方法计算羽毛球的高度位置信息和水平位置信息：光信号发射单元X1与光信号接收单元Y1、光信号发射单元X2与光信号接收单元Y2、光信号发射单元X3与光信号接收单元Y3、光信号发射单元X4与光信号接收单元Y4、光信号发射单元X5与光信号接收单元Y5在二维平面上形成的五条信号通路具有若干交点，位置信息处理单元计算在上述若干交点所处的二维平面上距离所有交点的距离之和最小的中心坐标位置（x0，y0），其中x0代表此时羽毛球距离预设原点的水平距离，即水平位置信息s，y0代表此时羽毛球距离预设原点高度距离，即高度位置信息h；
（3）逻辑处理单元在T2周期接收到的某一缺失集合，该相对于完整集合有八个感应信号M（X1，Y1）、M（X2，Y2）、M（X3，Y3）、M（X4，Y4）、M（X5，Y5）、M（X6，Y6）、M（X7，Y7）、M（X8，Y8）消失，角度信息处理单元根据以下方法计算羽毛球的飞行角度信息：光信号发射单元X1与光信号接收单元Y1、光信号发射单元X2与光信号接收单元Y2、光信号发射单元X3与光信号接收单元Y3、光信号发射单元X4与光信号接收单元Y4、光信号发射单元X5与光信号接收单元Y5、光信号发射单元X6与光信号接收单元Y6、光信号发射单元X7与光信号接收单元Y7、光信号发射单元X8与光信号接收单元Y8在空间上分别形成八条信号通路，八条信号通路之间形成若干交点，角度信息处理单元计算在上述若干交点所处的二维平面上距离所有交点的距离之和最小的中心坐标位置（x0′，y0′），其中x0′代表此时羽毛球距离预设原点的水平距离，y0′代表此时羽毛球距离预设原点高度距离，随后角度信息处理单元读取步骤（2）中位置信息处理单元计算获得的坐标位置（x0，y0）并计算T1周期与T2周期之间的时间差t2，通过tanα=s1/（v·t2）和tanβ=s2/（v·t2）计算得出羽毛球在水平方向的偏角α以及在竖直方向上的偏角β，上述公式中∆s= x0-x0′，∆h= y0-y0′，∆s和∆h取绝对值，单位为mm，t2的单位为ms；
（4）逻辑处理单元将包含高度位置信息h、水平位置信息s、飞行速度信息v、飞行角度信息α和β在内的飞行状态信息发送至成绩判断单元与成绩输出单元；
S103：成绩判断单元将飞行状态信息代入至预设的算法中，得到发球成绩数据，并将发球成绩数据输送至成绩输出单元；
S104：成绩输出单元将发球成绩数据和飞行状态数据转化为数字信号输送至电子显示屏；
S105：电子显示屏接收到数字信号后显示其对应的成绩数值与飞行状态数值。
实施例3
本实施例提供了另一发球训练成绩自动判断及显示装置及其使用方法。
如图7所示，本实施例中的信号棒与实施例1中的结构基本相同，区别在于本实施例中位于第一信号棒上的光信号发射模块呈两纵列排列，第一纵列和第二纵列均包含6个光信号发射模块；位于第二信号棒上的光信号接收模块呈两纵列排列，第一纵列和第二纵列均包含6个光信号接收模块。
如图8所示，本实施例中发球训练成绩自动判断及显示装置与实施例1相同，区别仅在于上述的光信号发射模块与光信号接收模块在信号棒上的排布方式不同。
如图9所示，本实施例中发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法与实施例1相同，但本实施例中逻辑处理模块的具体运算方式与实施例1不同。
具体地，发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法如下：
S101、位于信号棒上的12个光信号发射单元呈两纵列排布，其中第一纵列和第二纵列均包含6个光信号发射单元；位于信号棒上的12个光信号发射单元呈与光信号对应的两纵列排布，其中第一纵列与第二纵列均包含6个光信号接收单元；其中第一纵列的每个光信号发射单元与第一纵列的所有光信号接收单元对应；第二纵列的每个光信号发射单元与第二纵列的所有光信号接收单元对应；光学传感器的第一纵列和第二纵列分别进行周期同步的红外扫描；
第一纵列每个扫描周期包括：第一纵列的1号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并最多分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,6)；2号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并最多分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,6)；……；6号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并最多分别形成感应信号M(6,1)、M(6,2)、……、M(6,6)；每一扫描周期中的所有感应信号形成一个最多包含36个感应信号的感应信号集合，该感应信号集合称为第一信号集合；其中感应信号数量为36的第一信号集合记为第一信号完整集合，感应信号数量小于36的第一信号集合记为第一信号缺失集合；
第二纵列每个扫描周期包括：第二纵列的1号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并最多分别形成感应信号N(1,1)、N(1,2)、……、N(1,6)；2号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并最多分别形成感应信号N(2,1)、N(2,2)、……、N(2,6)；……；a号光信号发射单元向1~6号光信号接收单元分别发送信号，并最多分别形成感应信号N(6,1)、N(6,2)、……、N(6,6)；每一扫描周期中的所有感应信号形成一个最多包含36个感应信号的感应信号集合，该感应信号集合称为第二信号集合；其中感应信号数量为36的第二信号集合记为第二信号完整集合，感应信号数量小于36的第二信号集合记为第二信号缺失集合；
S102、逻辑处理模块接收并读取各感应信号集合中感应信号的数量和类型变化，通过以下方法计算获得飞行状态信息：
（1）逻辑处理单元接收感应信号数量为32的第一信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 4个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即M(X1,Y1）、M(X2,Y2）、M(X3,Y3）、M(X4,Y4），X1~X4号光信号发射单元和与其对应的Y1~Y4号光信号接收单元之间成4条交错的直线，4条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h和水平位置信息s；
（2）当逻辑处理单元接收到的第一信号集合由第一完整信号集合转变为第一缺失信号集合时，记录该时间点A；当逻辑处理单元接收到的第二信号集合由第二完整信号集合转变为第二缺失信号集合时，记录该时间点B；计算出时间点A与时间点B之间的时间间隔t1，随后根据第一纵列与第二纵列之间的间距d以及时间间隔t1计算出羽毛球的飞行速度v，即羽毛球的飞行速度信息；
（3）逻辑处理单元接收感应信号数量为32的第一信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 4个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即M(X1,Y1）、M(X2,Y2）、M(X3,Y3）、M(X4,Y4），X1~X4号光信号发射单元和与其对应的Y1~Y4号光信号接收单元之间成4条交错的直线，4条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点坐标位置（x0，y0）；
同时，逻辑处理单元接收感应信号数量为32的第二信号缺失集合后，读取该缺失集合相较第一完整集合缺少的 i个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即N(X1′,Y1′）、N(X2′,Y2′）、N(X3′,Y3′）、N(X4′,Y4′），X1′~X4′号光信号发射单元和与其对应的Y1′~Y4′号光信号接收单元之间成4条交错的直线，4条直线相互之间形成若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心坐标位置（x0′，y0′）；
获取羽毛球在水平方向上的位置变化∆s和竖直方向上的位置变化∆h，其中∆s=x0- x0′，∆h= y0- y0′；根据∆s和d可计算得到羽毛球在水平方向上的偏角α，根据∆h和d可计算得到羽毛球在竖直方向上的偏角β，即羽毛球的飞行角度信息，具体地，tanα=∆s/d，tanβ=∆h/d；其中d为第一纵列与第二纵列之间的间距，为已知常量；
（4）逻辑处理单元将包含高度位置信息h、水平位置信息s、飞行速度信息v、飞行角度信息α和β在内的飞行状态信息发送至成绩判断单元；
S103、成绩判断单元将飞行状态信息代入至预设的算法中，得到发球成绩数据，并将发球成绩数据输送至成绩输出单元；
S104、成绩输出单元将发球成绩数据转化为数字信号输送至电子显示屏；
S105、电子显示屏接收来自成绩输出单元的数字信号后以可见的方式显示成绩数值。
以上所述的本发明实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发球训练成绩自动判断及显示装置，其特征在于：包括两个相互配合的第一信号棒和第二信号棒，以及与所述信号棒通讯连接的电子显示屏；
所述的第一信号棒中设置有第一光学传感器和发射控制模块；所述的第一光学传感器包括复数个光信号发射单元；所述的复数个光信号发射单元在第一信号棒上呈单列或多列纵向排列；
所述的发射控制模块，用于控制所述的复数个光信号发射单元依次发射光信号，且使所述的复数个光信号发射单元在任意时刻至多只有一个光信号发射单元发射光信号；
所述的第二信号棒中设置有第二光学传感器、与所述第二光学传感器通讯连接的逻辑处理单元、用于读取所述逻辑处理单元处理结果并生成成绩数据的成绩判断单元和用于读取所述成绩数据并将发球成绩数据转化为数字信号的成绩输出单元；
所述的第二光学传感器包括复数个光信号接收单元和至少一个感应信号生成单元；所述的复数个光信号接收单元在第二信号棒上呈单列或多列纵向排列；
所述的第一信号棒与第二信号棒可分别安装于球网两侧立柱上端，并使第一传感器与第二传感器之间形成检测区域；
所述光信号接收单元接收来自光信号发射单元发射的光信号；并且，每个所述的光信号接收单元至少对应一个所述的光信号发射单元；
所述感应信号生成单元用于检测光信号接收单元是否接收到光信号，当检测到光信号接收单元接收到光信号后感应信号生成单元生成相应的感应信号；
所有光信号发射单元均发送一次光信号为一个扫描周期，一个扫描周期内产生的所有感应信号生成一个感应信号集合；
所述的逻辑处理单元用于读取所述的感应信号集合，并根据不同感应信号集合中感应信号的数量和类型的变化，计算出羽毛球通过所述装置时的飞行状态信息；
所述的成绩判断单元用于接收来自逻辑处理单元的飞行状态信息，将飞行状态信息代入至预设的算法中计算得到发球成绩数据；
所述的成绩输出单元用于接收来自成绩判断单元生成的发球成绩数据，并将发球成绩数据转化为电子显示屏可读取的数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种发球训练成绩自动判断及显示装置，其特征在于：
所述的飞行状态信息包括高度位置信息、水平位置信息、飞行速度信息和飞行角度信息；
所述的逻辑处理单元包括：
位置信息处理单元，用于计算羽毛球通过球网时的相对于预设原点的高度位置信息和水平位置信息；
速度信息处理单元，用于计算羽毛器通过球网时的飞行速度信息；
角度信息处理单元，用于计算羽毛球通过球网时的飞行角度信息。
3.根据权利要求1所述的一种发球训练成绩自动判断及显示装置，其特征在于：所述的第二信号棒中还包括与感应信号生成单元形成通讯连接的校准模块，所述的校准模块用于读取感应信号生成单元中生成的感应信号集合并判断光学传感器中光信号发射单元与光信号接收单元是否完整对应，并以可见的方式发送校准完成信号或校准未完成信号。
4.根据权利要求1所述的一种发球训练成绩自动判断及显示装置，其特征在于：所述的成绩输出单元与所述的逻辑处理单元形成通讯连接，成绩输出单元可接收来自逻辑处理单元的飞行状态信息并将飞行状态信息转化为电子显示屏可读取的数字信号。
5.根据权利要求1所述的一种发球训练成绩自动判断及显示装置，其特征在于：所述的信号棒底部设有定位磁吸组件。
6.根据权利要求5所述的一种发球训练成绩自动判断及显示装置，其特征在于：所述的两个信号棒具有能相互配合的对接面，对接面上设置有对接磁吸组件。
7.权利要求1~6任一发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、第一光学传感器具有n个单纵列排布的光信号发射单元，第二光学传感器具有m个单纵列排布的光信号接收单元；第一光学传感器的n个光信号发射单元与第二光学传感器对应的m个光信号接收单元之间进行红外扫描，红外扫描的每一扫描周期依次包括以下过程：1号光信号发射单元向1~m号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(1,1)、M(1,2)、……、M(1,m)；2号光信号发射单元向1~m号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(2,1)、M(2,2)、……、M(2,m)；……；n号光信号发射单元向1~m号光信号接收单元分别发送信号，并通过感应信号生成单元最多分别形成感应信号M(n,1)、M(n,2)、……、M(n,m)；一个扫描周期中的所有感应信号生成一个最多包含n*m个感应信号的感应信号集合，其中n和m均为不小于2的正整数；其中感应信号数量为n*m的感应信号集合记为完整集合，感应信号数量小于n*m的感应信号集合记为缺失集合；
S2.1、逻辑处理单元接收感应信号数量为（n*m-k）的缺失集合后，读取该缺失集合相较完整集合缺少的 k个感应信号所对应的光信号发射单元与光信号接收单元编号信息，即M(X1,Y1）、M(X2,Y2）、……、M(Xk,Yk），X1~Xk号光信号发射单元和与其对应的Y1~Yk号光信号接收单元之间可形成k条交错的直线，k条直线相互之间具有若干个交点，逻辑处理单元根据上述若干个交点的空间位置，并在上述若干个交点所处的二维平面上计算得到与上述若干个交点距离之和最短的中心点位置，即羽毛球的高度位置信息h和水平位置信息s；其中，k为不小于4的正整数；
S2.2、逻辑处理单元计算最先出现的缺失集合与在该缺失集合之后最先出现的完整集合所对应的两个扫描周期之间的时间间隔t1，并根据羽毛球的长度L与时间间隔t1计算羽毛球的飞行速度v，即羽毛球的飞行速度信息；
S2.3、根据S2.1中所述的方法，逻辑处理单元计算扫描周期T1中羽毛球的高度位置信息h1和水平位置信息s1、扫描周期T2中羽毛球的高度位置信息h2和水平位置信息s2、扫描周期T1与扫描周期T2之间的时间间隔t2，获取羽毛球在扫描周期T1与扫描周期T2之间的水平方向上的位置变化∆s和竖直方向上的位置变化∆h，根据v、t2和∆s计算得到羽毛球在水平方向上的偏角α，根据v、t2和∆h计算得到羽毛球在竖直方向上的偏角β，即羽毛球的飞行角度信息；
S2.4、逻辑处理单元将包含高度位置信息h、水平位置信息s、飞行速度信息v、飞行角度信息α和β在内的飞行状态信息发送至成绩判断单元；
S3、成绩判断单元将飞行状态信息代入至预设的算法中，得到发球成绩数据，并将发球成绩数据输送至成绩输出单元；
S4、成绩输出单元将发球成绩数据转化为数字信号输送至电子显示屏；
S5、电子显示屏接收来自成绩输出单元的数字信号后以可见的方式显示成绩数值。
8.根据权利要求7所述的发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S6、逻辑处理单元将飞行状态信息发送至成绩输出单元，成绩输出单元将飞行状态信息转化为数值信息后发送至电子显示屏，电子显示屏以可见的方式显示发球高度、水平位置、飞行速度和飞行角度数值。
9.根据权利要求7所述的发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法，其特征在于：还包括：S0、设置第一光学传感器和第二光学传感器，调整光信号发射单元与光信号接收单元的相对位置，直至与感应信号生成单元连接的校准模块以可见的方式发送校准完成信号；所述的校准模块接收到包含m*n个感应信号的一个感应信号集合后即发送校准通过信号，否则发送校准未完成信号。
10.根据权利要求7所述的发球训练成绩自动判断及显示装置的使用方法，其特征在于：步骤S2.3中扫描周期T1和扫描周期T2分别对应的感应信号集合中，感应信号的数量均小于或等于（n*m-4）。
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