本發(fā)明涉及一種自動測距裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置及方法。

背景技術(shù)：

體育競賽的田賽長距離投擲項目有標(biāo)槍、鐵餅、鏈球等，其現(xiàn)(國際、國內(nèi)大型賽事)測量距離方法為：裁判員尋找投擲物落點，在落點處放置“六棱鏡”，測距儀掃描“六棱鏡”測算出投擲距離。而普通測量方法是裁判員尋找落點，用仗繩測量。

傳統(tǒng)的兩種測量方法缺點是：1、尋找投擲物落點有一定危險性，各級別比賽都曾經(jīng)出現(xiàn)過標(biāo)槍扎傷裁判員、鐵餅砸傷裁判員、鏈球鏈掃傷裁判員等現(xiàn)象；2、多次投擲時出現(xiàn)的多個交叉落點裁判易出現(xiàn)落點判斷錯誤；3、仗繩有一定的伸縮誤差；4、“六棱鏡”掃描測距易受天氣、光線等干擾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置及方法，在投擲場地中設(shè)置三個測點，采用超聲波接收傳感器利用聲音的傳播距離不同帶來的超聲波接收傳感器接收的信號時間差，根據(jù)幾何定律，利用pc機(jī)的計算機(jī)軟件計算出投擲距離，在顯示屏中進(jìn)行顯示。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置，包括傳感器、信號處理單元、pc機(jī)及顯示屏，所述的傳感器包括設(shè)置于投擲物上的紅外測距傳感器和超聲波發(fā)射器以及分別設(shè)置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器，當(dāng)紅外線測距傳感器檢測到投擲物距離地面2cm時，觸發(fā)超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波信號，此時，設(shè)置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器進(jìn)行超聲波信號的接收。

所述的超聲波接收傳感器通過信號線連接信號處理單元，信號處理單元以通訊接口方式連接pc機(jī)，pc機(jī)通過接口與顯示屏相連接。

所述的超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號發(fā)送至信號處理單元進(jìn)行信號處理，之后將信號發(fā)送至pc機(jī)，pc機(jī)通過計算三個測點接收到的超聲波信號的時間差，計算出投擲物的投擲距離。

所述的紅外測距傳感器和超聲波發(fā)射器通過信號線相連接，均安裝于投擲物內(nèi)部。

所述的超聲波接收傳感器為超聲波接收探頭，其接收到的超聲波信號需經(jīng)過信號處理單元進(jìn)行放大、波形變換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

所述的信號處理單元為數(shù)據(jù)采集卡，接收所述的傳感器的4～20ma標(biāo)準(zhǔn)信號，通過modbus-rtu方式或usb通訊方式將信號發(fā)送至pc機(jī)。

所述的紅外測距傳感器可以設(shè)置于投擲物上的多個面，多角度判斷離地距離。

利用所述體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置的一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距方法，測點a、b和c為固定點，投擲點o為固定點，由此則：a與b、b與c、c與a之間的距離c、b、a為已知定值，o與a、b、c之間的距離a0、b0、c0為已知定值；a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc為已知值；

包括以下步驟：

步驟一、計算ab與ao的夾角θ1和ao與ac的夾角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：

b0²＝c²+a0²-2ca0cosθ1

c0²＝b²+a0²-2ba0cosθ2

步驟二、根據(jù)a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc列出以下方程：

lb＝la+v(tb-ta)

lc＝la+v(tc-ta)

其中：la為測點a與落地點p的距離，lb為測點b與落地點p的距離，lc為測點c與落地點p的距離，v為聲速；

步驟三、將步驟二中的lb和lc公式代入以下方程組中：

lc²＝la²+b²-2labcosθ3

lb²＝la²+c²-2laccos(θ1+θ2+θ3)

求出la和θ3；

步驟四、利用步驟一至步驟三中的計算結(jié)果由下列公式計算出投擲點o和落地點p之間的距離lop：

lop＝a0²+la²-2a0lacos(θ2+θ3)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置及方法，摒棄了以往的體育項目測距方法，也不用人力丈量，在投擲場地中設(shè)置三個測點，采用超聲波接收傳感器利用聲音的傳播距離不同帶來的超聲波接收傳感器接收的信號時間差，能夠根據(jù)幾何定律，利用pc機(jī)的計算機(jī)軟件計算出投擲距離，測量結(jié)果比人工丈量結(jié)果精確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提出的一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距方法的幾何原理圖。

圖3是本發(fā)明提出的一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置及方法的具體實施例圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置，包括傳感器、信號處理單元、pc機(jī)及顯示屏，所述的傳感器包括設(shè)置于投擲物上的紅外測距傳感器和超聲波發(fā)射器以及分別設(shè)置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器，當(dāng)紅外線測距傳感器檢測到投擲物距離地面2cm時，觸發(fā)超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波信號，此時，設(shè)置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器進(jìn)行超聲波信號的接收。

所述的超聲波接收傳感器通過信號線連接信號處理單元，信號處理單元以通訊接口方式連接pc機(jī)，pc機(jī)通過接口與顯示屏相連接。

所述的超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號發(fā)送至信號處理單元進(jìn)行信號處理，之后將信號發(fā)送至pc機(jī)，pc機(jī)通過計算三個測點接收到的超聲波信號的時間差，計算出投擲物的投擲距離。

所述的紅外測距傳感器和超聲波發(fā)射器通過信號線相連接，均安裝于投擲物內(nèi)部。

所述的超聲波接收傳感器為超聲波接收探頭，其接收到的超聲波信號需經(jīng)過信號處理單元進(jìn)行放大、波形變換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

所述的信號處理單元為數(shù)據(jù)采集卡，接收所述的傳感器的4～20ma標(biāo)準(zhǔn)信號，通過modbus-rtu方式或usb通訊方式將信號發(fā)送至pc機(jī)。

所述的紅外測距傳感器可以設(shè)置于投擲物上的多個面，多角度判斷離地距離。

所述的數(shù)據(jù)采集卡優(yōu)選型號為dam0404，包括4路di輸入和4路do輸出，支持rs232modbusrtu串口通信協(xié)議。

所述的紅外測距傳感器優(yōu)選sharp的紅外測距傳感器，所述的超聲波發(fā)射器及超聲波接收探頭為現(xiàn)有技術(shù)，超聲波發(fā)射電路及接收電路的設(shè)計為常見的電路設(shè)計，這里不做詳細(xì)敘述。

常規(guī)的超聲波單發(fā)射電路結(jié)構(gòu)簡單，小功率的超聲波發(fā)射電路能夠集成到一塊小面積的電路板上，安裝或預(yù)埋于鐵餅、鏈球和標(biāo)槍內(nèi)部，還可以安裝于標(biāo)槍的槍桿部分。

如圖2所示，利用所述體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距裝置的一種體育競賽遠(yuǎn)距離投擲項目自動測距方法，測點a、b和c為固定點，投擲點o為固定點，由此則：a與b、b與c、c與a之間的距離c、b、a為已知定值，o與a、b、c之間的距離a0、b0、c0為已知定值；a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc為已知值；

包括以下步驟：

步驟一、計算ab與ao的夾角θ1和ao與ac的夾角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：

b0²＝c²+a0²-2ca0cosθ1

c0²＝b²+a0²-2ba0cosθ2

步驟二、根據(jù)a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc列出以下方程：

lb＝la+v(tb-ta)

lc＝la+v(tc-ta)

其中：la為測點a與落地點p的距離，lb為測點b與落地點p的距離，lc為測點c與落地點p的距離，v為聲速；

步驟三、將步驟二中的lb和lc公式代入以下方程組中：

lc²＝la²+b²-2labcosθ3

lb²＝la²+c²-2laccos(θ1+θ2+θ3)

求出la和θ3；

步驟四、利用步驟一至步驟三中的計算結(jié)果由下列公式計算出投擲點o和落地點p之間的距離lop：

lop＝a0²+la²-2a0lacos(θ2+θ3)。

以上的計算方法的計算過程能夠在pc機(jī)中完成，在pc機(jī)中安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件來自動完成計算，應(yīng)用軟件可以由vb、vc開發(fā)，或直接由matlab算出結(jié)果。

如圖3所示，為具體實施例圖，在標(biāo)槍投擲場地上分別設(shè)置的測點a、測點b、測點c，以標(biāo)槍投擲區(qū)扇形中心點為投擲點o，落地點p根據(jù)實地落地位置，由本發(fā)明的裝置及方法計算出投擲點o與落地點p的距離。

以上實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。