一种基于RFID的跳高垫及其使用方法与流程

本发明属于体育器材技术领域，具体涉及一种基于rfid的跳高垫及其使用方法。

背景技术：

体育跳高项目中的背跃式等跳高项目在跳高杆的另一侧会设置体育跳高垫保护运动员，但是现有的体育跳高垫都是放置在地面上不动的或者只会直线运动，如果运动员由于横向速度跳跃后的落地点在跳高垫的边缘位置或者外侧，由于跳高垫不运动或者只会直线运动，运动员可能会掉在地上，扭伤脚踝等身体部位。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于rfid的跳高垫及其使用方法，通过计算运动员的位置坐标，同时让跳高垫的中心点定位跟踪运动员，使得运动员始终落在跳高垫中心点处。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于rfid的跳高垫，包括跳高垫本体和基座，还包括：第一读写器：用来与位置标签、第一移动标签与第二移动标签进行信息传输；位置标签：用来提供参考位置信息；第一移动标签：第一移动标签佩戴在运动员的身上，用来完成与位置标签的信息交互，然后将交互信息传送给第一读写器；第二移动标签：第二移动标签设置在移动跳高垫的中心点上，用来完成与位置标签的信息交互，然后将交互信息传送给第一读写器；所述控制器以位置标签为参照点，将跳高场地的地理信息映射成一张电子地图，当位置标签应答第一移动标签与第二移动标签时，交互信息与位置信息通过第一读写器被传送到控制器，控制器通过定位计算第一移动标签与第二移动标签的两组坐标数据，然后通过控制器来控制跳高垫，实现跳高垫跟踪运动员。所述位置标签有三个，分别固定在跳高垫下方的基座左侧两端以及基座右侧中间位置。所述基座的上面还设置有电动助力转向装置。所述电动助力转向装置包括控制电路、转向模块与驱动电路与电机，信号采集电路采集到的转矩和转换后的速度信号送控制电路处理后，再发出控制信号给信号发送电路，经过驱动电路驱动电机转动。所述跳高垫还包括在跳高杆所在平面产生射频信号的第二读写器。

所述的基于rfid的跳高垫的使用方法包括如下步骤：

步骤一：运动员从跳高杆起跳，控制器通过第一读写器获取第一移动标签和第二移动标签的射频信号，通过定位计算获取第一移动标签以及第二移动标签的两组坐标数据；

步骤二：控制器通过电动助力转向装置控制跳高垫的运动，使跳高垫中心点跟踪运动员的位置。

所述使用方法在步骤一之前还包括：第二读写器向跳高杆所在平面发送定向射频信号，获取第一移动标签的信号，检测到第一移动标签后，向控制器发送执行指令，控制器通过第一读写器获取第一移动标签以及第二移动标签的射频信号。

所述步骤一中的定位计算采用的是信号强度与距离的衰减公式：

电子地图中位置标签与第一移动标签的对应关系：

lao²＝(xa-x0)²+(ya-y0)²(1)

lbo²＝(xb-x0)²+(yb-y0)²(2)

lco²＝(xc-x0)²+(yc-y0)²(3)

其中，(xa，ya)、(xb，yb)与(xc，yc)分别为位置标签a、b与c的坐标；

信号强度与距离的衰减公式：

[rssi(a)-n]＝aqlao^-n(4)

[rssi(b)-n]＝aqlbo^-n(5)

[rssi(c)-n]＝aqlco^-n(6)

其中，a为常数，n为衰减指数，lao、lbo、lco分别为位置标签a到第一移动标签的距离、位置标签b到第一移动标签的距离，位置标签c到第一移动标签的距离，q为发射功率，n为环境噪声，rssi为信号强度。

本发明有益效果是:

本发明的一种基于rfid的跳高垫及其使用方法可以定位跟踪跳杆人员，即使跳杆人员的动作发生扭转，运动员也不会落到地面上，而是始终落在跳高垫的中心位置。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的系统示意图。

图2是本发明的具体实施方式的计算示意图。

图3是本发明的具体实施方式的系统结构图。

图4是本发明的具体实施方式的流程结构图。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明的主题思路是：本发明的跳高垫包括控制器、第一读写器、位置标签和移动标签，其中，位置标签包括三个，移动标签包括第一移动标签和第二移动标签，第一移动标签佩戴在运动员的身上，第二移动标签设置在移动跳高垫的中心点上。位置标签设置在跳高垫底部基座左侧的两端点，以及右侧的中点位置，位置标签的位置固定不动，相对地面静止。通过控制器、第一读写器以及位置标签来确认两个移动标签的位置，控制器通过控制跳高垫的运动机构使两个移动标签的水平x、y坐标一致，保证运动员始终处于跳高垫的中心位置。与此同时，运动员在起跳之前都要进行助跑，为了保证跳高垫有效的运动，通过在跳高杆上设置第二读写器来确定跳高垫的移动起始点。

以位置标签为参照点，将跳高的场地的地理信息制成一张电子地图，当位置标签应答第一移动标签时，交互信息(信号强度)与位置信息通过第一读写器被传送到控制器，控制器通过数据库映射以及计算得出跳高垫起跳点的位置以及第一与第二移动标签在电子地图中的坐标。

具体的，首先设定跳高垫的启动时间，第二读写器采用定向天线，签垂直于地面的平面内发射电磁波信号，同步发射无线信号，第二读写器通过天线与rfid电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作，利用第二读写器检测到的目标，在电磁波信号平面内就可以确定待检测rfid标签的穿过跳高杆的时间。

当跳高垫被启动之后，以第一移动标签为例，计算其坐标：

电子地图中位置标签与第一移动标签的对应关系：

lao²＝(xa-x0)²+(ya-y0)²(1)

lbo²＝(xb-x0)²+(yb-y0)²(2)

lco²＝(xc-x0)²+(yc-y0)²(3)

这里，(xa，ya)、(xb，yb)与(xc，yc)分别为位置标签a、b与c的坐标；

信号强度与信号源之间的关系如下(其中，rssi为信号强度)：

[rssi(a)-n]＝aqlao^-n(4)

[rssi(b)-n]＝aqlbo^-n(5)

[rssi(c)-n]＝aqlco^-n(6)

这里a为常数，n为衰减指数，通过现场实测获得，或是用经验值,lao、lbo、lco分别为位置标签a到第一移动标签的距离，位置标签b到第一移动标签的距离，位置标签c到第一移动标签的距离，q为发射功率，可调，其最大值为20dbm；n为环境噪声。由此计算方法可以得到第一移动标签的坐标(x0，y0)。同理计算出跳高垫中心点相对于三个位置标签的坐标。

跳高垫的第二移动标签也进行计算位置，同时将位置信息通过第一读写器传送给控制器,控制器将第一移动标签与第二移动标签的位置信息进行对比，然后将数据传送给跳高垫的转向装置，通过控制系统以及驱动系统完成跳高垫的转向与移动。

最后，本设计的跳高垫的运动装置包括电动助力转向装置，设置在跳高垫的底部且基座的上面，具体包括控制系统、转向模块和驱动部分这三个部分组成，控制系统主要由信号采集电路、单片机和信号发送电路组成。其中单片机是控制部分的核心部件，信号采集电路采集到的转矩和转换后的速度信号送单片机处理后，单片机再发出控制信号给信号发送电路，经过驱动电路驱动电机转动。转向模块主要由液压电机、角位移传感器组成。它起着转向辅助动力的产生，传递和中断的作用。而驱动部分是助力控制方式的具体体现，它由控制方式和控制策略来决定。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。