一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统的制作方法
【专利摘要】提供一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，该系统包括球速采集子系统和球速显示、管理子系统。球速采集子系统包括发射装置和接收装置，发射装置和接收装置分别位于球网上方的两端；发射装置包括激光发射器阵列、无线模块、控制器、供电模块；接收装置包括激光传感器阵列、无线模块、控制器、供电模块、蓝牙模块、显示模块；激光发射器阵列具有两排等间距排布的激光头，可发射两组平行的激光束，每组激光束由在同一平面内等间距排布的多束激光组成，两组平行的激光束所在的平面均平行于球网；激光传感器阵列具有两排等间距排布的激光传感器，用于接收由激光发射器阵列发射的两组平行的激光束；供电模块可交流供和/或电池供电；两个子系统间可无线数据通讯；球速显示、管理子系统包括智能终端，可实现速度显示、历史记录、最高纪录、以及成绩分享等功能。
【专利说明】一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统
【技术领域】
[0001]本实用新型一般地涉及激光测速【技术领域】。特别地，涉及一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，属于体育训练用器械领域。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的提高，在紧张忙碌的工作外，已越来越重视身体的锻炼。而羽毛球运动，由于其在我国广泛的群众基础及运动发展水平，被广大运动爱好者所喜爱。在羽毛球比赛中，若发球技术高，会使直接得分率高，使对方回球质量不高，以利自己进攻。
[0003]现有羽毛球台在队员进行训练的时候，只是提供了练习的平台，无法获得队员的发球速度，这样不便于对队员的发球特点进行分析，以便于提高其发球质量。但在进行羽毛球运动时，除了比分之外，没有更好的对击球质量、速度的测量方式。现在某些赛事，会有对击球速度的测量，但都要借助于昂贵的进口测量设备。这些设备都无法普及到平时羽毛球运动场中。
[0004]现有的球场测速技术包括:
[0005]一、价格贵、垄断的国外技术，例如，“鹰眼系统”(正式名称是“即时回放系统”)，是在板球，网球和其他运动中使用的一套电脑系统，以追踪记录球的路径并显示记录的实际路径的图形图像，也可以预测球未来的路径。在一些运动中，如网球，鹰眼系统已成为裁判过程的一部分。该系统由8个或者10个高速摄像头、四台电脑和大屏幕组成。首先，借助电脑的计算把比赛场地内的立体空间分隔成以毫米计算的测量单位；然后，利用高速摄像头从不同角度同时捕捉网球飞行轨迹的基本数据；再通过电脑计算，将这些数据生成三维图像；最后利用即时成像技术，由大屏幕清晰地呈现出网球的运动路线及落点。“鹰眼”技术是最为普遍的测速技术，其缺点是技术核心被国外掌控，测速设备造价昂贵，民用普及难。
[0006]二、雷达测速和传感器测速。具体可参见下述的表I。
[0007]三、平民化的技术，例如，三轴加速度计。缺点是安装在原有设备上，无法在实际比赛中应用，影响原有产品性能。
[0008]随着当前智能设备的涌现，如何能将测量数据与智能终端向结合；如何能通过科学的手段，准确的反映出击球的力度和质量，并进行记录跟踪最终通过数据获取规律，更好的进行相关的训练，以在健身中获得技能的提高，已成为亟待解决的问题。
[0009]本实用新型所提出的系统和方法的优点在于:技术成熟、成本低廉易于普及；并且趣味性强、具有社交功能，用户粘度高。
实用新型内容
[0010]本实用新型克服现有技术存在的不足，提供一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统。本实用新型采用了以下技术方案:
[0011]一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其中:
[0012]该系统包括球速采集子系统和球速显示、管理子系统，其中
[0013]所述球速采集子系统包括发射装置和接收装置，所述发射装置和接收装置分别位于球网上方的两端；
[0014]所述发射装置包括:激光发射器阵列、无线模块、控制器、供电模块；
[0015]所述接收装置包括:激光传感器阵列、无线模块、控制器、供电模块、蓝牙模块、显示模块；
[0016]所述激光发射器阵列具有两排等间距排布的激光头，可发射两组平行的激光束，其中每组激光束由在同一平面内等间距排布的多束激光组成，所述两组平行的激光束所在的平面均平行于球网；
[0017]所述激光传感器阵列具有两排等间距排布的激光传感器，用于接收由激光发射器阵列发射的两组平行的激光束，其中每个激光传感器接收一个对应的激光头的信号；
[0018]所述无线模块用于向发射装置发送无线指令；
[0019]所述无线模块用于接收来自接收装置的无线指令，以控制激光发射器阵列的开启和关闭；
[0020]所述供电模块包括交流供电模块和/或电池供电模块，所述电池供电模块包括充电电池和充电电路；
[0021]所述蓝牙模块用于实现球速采集子系统和球速显示、管理子系统之间的无线数据通讯；
[0022]所述显示模块用于显示球速采集子系统的工作状态；
[0023]所述球速显示、管理子系统包括智能终端，该智能终端具有蓝牙模块，可以实现速度显示、历史记录、最高纪录、以及成绩分享功能。
[0024]进一步地,所述显示模块包括LED指示灯和/或显示屏。
[0025]进一步地，所述球速采集子系统和球速显示、管理子系统可使用专用三角支架固定，也可固定在球网支柱上。
[0026]进一步地，所述蓝牙模块可以同其他具有蓝牙通讯功能的设备进行通讯，该蓝牙模块支持蓝牙4.0协议并向下兼容。
[0027]进一步地，所述无线模块是固定频率无线通讯模块或红外模块。
[0028]进一步地，每组激光束中，每相邻两束激光之间的距离小于羽毛球的球头尺寸。
[0029]进一步地，所述每组激光头和每组激光传感器均为并联连接。
[0030]进一步地，所述控制器为可编程控制器。
[0031]进一步地，所述可编程控制器具有UART端口、ADC检测端口，以及外部中断端口。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本实用新型将通过实施例并参照附图的方式进行说明，其中:
[0033]图1是根据本实用新型一个实施例的系统架构图。
[0034]图2是根据本实用新型一个实施例的系统安装示意图。
[0035]图3是根据本实用新型一个实施例的球速采集子系统的电路框图。
[0036]附图标记说明:
[0037]1、球速采集子系统，2、球速显示、管理子系统，3、智能终端，4、发射装置，5、接收装置，6、激光发射器阵列，7、激光传感器阵列，8、无线模块，9、无线模块，10、控制器，11、供电模块，12、蓝牙模块，13、显示模块，14、球网，15、羽毛球，16、激光头，17、激光传感器，18、交流供电模块,19、电池供电模块，20、充电电池，21、充电电路。
【具体实施方式】
[0038]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的较佳实施例仅仅用于说明本实用新型的技术方案，并不用于限定本实用新型。
[0039]首先，将本申请的测速系统与现有技术中的雷达测速系统和传感器测速系统进行对比，见表1:
[0040]表I本申请的测速系统与现有雷达测速系统、传感器测速系统的对比
[0041]
本丨丨I沾的测速系统达涵速系统 I^器测速系统^..............?α'ΡΙ!^ ^定_____f_____________利_用_多 ___ 汽._______I_________________
球HW测_记_距_标丨如識天缝鑛6时,In丨..的IlUjit加速度激光的时卩彳，遞过时丨_ 反射?,?&频韦将I等传感器迸彳/相成物和！_定闻16计兑?H发射Λ频率I反之，mI I观数据_的测芯从IS
速度，外通过智能终端nw远离人线时，很锯相对关系转换I*
设龍小、id珙、统U、反射位U.频韦将低J'.速度ifu
发射机_率<._此_￥ I
僧出频申._A变数沿，
il.兑出丨丨标1:/讲达_
相对速度。
[0042]场怙况il'M球测速........WniJj.......^PtoTWilWii im 龙S 通 S_________Wm__________________丨_|ti 丨定 __祝琢更^球丨丨〒:!:________
法
^￥ToooI γ--
^Γι!α| --—Ik ^ll
^OTFRTj Wkyλ\
IiTi^rj.B..%.%
Ififii w.+>,'+.1 +?
汾述适rw)丨m及,进行辅适nir^M!!遽ftfi，j友案不2托，咴)丨m
助yii练并提G娱乐性扩展性、娱乐性+足。.?.^￥7r|niiIjMS^iI
成本，便于普及实施。
2.提供W小、反馈及统M.功能增加可.1
3.增—如对fV能终端?
支持，易十H
[0043]其次，下面将结合附图详细地描述本申请的技术方案。
[0044]图1是根据本实用新型一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统的一个实施例的系统架构图。
[0045]如图1所示，本发明的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统的系统架构分为两部分。部分一为球速采集子系统1，其包括可以发射、接收激光束的发射装置4、接收装置5 ;部分二为球速显示、管理子系统2，其包括智能终端3 ;两部分之间通过蓝牙模块12进行无线数据通讯。其中，所述无线模块8、9可支持固定频率无线或红外通信技术；所述智能终端3可以是支持智能操作系统(例如Android或苹果操作系统)的手机或平板电脑，或者笔记本电脑等。
[0046]羽毛球双方可使用一套本发明的系统；更优地，双方也可各有一套完整的系统，通过自己一方的智能终端获得球速值。
[0047]作为优选，整套系统的测速部分运用常用激光传感器件，价格便宜、技术成熟，可配以蓝牙4.0低功耗通讯模块。
[0048]球速采集子系统I和球速显示、管理子系统2 (智能终端3)之间的通讯通过接收装置5中的蓝牙模块12实现，所述蓝牙模块12与接收装置5中的控制器10相连。
[0049]球速显示、管理子系统2的显示部分利用当前普及度非常高的智能终端3，其基本功能包括:实时速度显示、历史记录、最高纪录、成绩分享等。在降低系统成本的同时方便进行应用程序的开发，并可通过智能终端3方便与朋友分享，增加健身、运动的趣味性。
[0050]图2是根据本发明一个实施例的系统安装示意图。如图2所示:
[0051]本发明的两个子系统:球速采集子系统1、球速显示、管理子系统2可以使用专用的三角支架进行固定，也可以固定在球网的支柱上。优选使用专用三角支架进行固定，稳定、牢固，同时为配合接收及发射端的角度调节，特设置校准点可方便进行校正。
[0052]所述球速采集子系统I固定于球网14的上方；所述球速显示、管理子系统2的位置可以任意放置，图2的实施例中示出了将智能终端3固定在球网的支柱上，也可以布置在其他位置，例如场边教练员手中。
[0053]该球速采集子系统I共包括两部分，一是发射装置4，二是接收装置5。将这两个装置分别固定(例如，用专用支架，或者直接固定在两个球网立柱上)于羽毛球场的球网14两端，位置应高于球网14。
[0054]发射装置4的激光发射器阵列6具有两排等间距激光头16，可发射两组平行的激光束，其中每组激光束由在同一平面内等间距排布的多束激光组成，所述两组平行的激光束所在的平面均平行于球网14 ；
[0055]接收装置5的激光传感器阵列7具有两排等间距激光传感器17，用于接收由激光发射器阵列6发射的两组平行的激光束，其中每个激光传感器17接收一个对应的激光头16的信号。
[0056]例如，激光发射器阵列6可将60个激光头16分为两组，每组30个并成一排，组成30*2阵列，间距保持一致。其中每3个串联在一起，由11.1V电池供电恒流输出，通过控制器1(MCU)控制开关。
[0057]例如，激光传感器阵列7可将60个光电三极管分为两组，每组30个并成一排，组成30*2阵列，间距保持一致，与激光发射阵列6相同。将每组30个并联成一路输出，全部受到激光照射时，输出为高电平，其中任一个没有受到激光照射时，输出改为低电平，由控制器1(MCU)进行中断处理。
[0058]激光发射器阵列6将在球网14上方射出两层间距相等的平行激光束，射到对面的激光传感器阵列7上，当羽毛球15飞过球网14上方时，会依次挡住两层激光束，通过激光传感器阵列7的激光传感器17检测到有光束被遮挡后，控制器10会记录下两束激光被遮挡的时间间隔，由于两束激光之间的间距S是已知的，因此可以求出羽毛球15在经过这段距离时的平均速度V。且激光束间距越小，求出的速度值越准确。
[0059]图3是根据本发明一个实施例的球速采集子系统的电路框图。如图3所示，各部分的功能描述如下:
[0060]左侧是接收装置5，右侧是发射装置4。装置4和5都有控制器10、供电模块11，其中供电模块11包括交流供电模块18和/或电池供电模块19，所述电池供电模块19包括充电电池20和充电电路21。接收装置5的蓝牙模块12用于实现球速采集子系统I和球速显示、管理子系统2之间的无线数据通讯。所述显示模块13用于显示球速采集子系统I的工作状态。无线发射模块9用于向发射装置4发送无线指令；无线接收模块8用于接收来自接收装置5的无线指令，以控制激光发射器阵列6的开启和关闭。
[0061]发射装置4:
[0062]启动供电模块11，工作指示灯亮起，进入待机模式，等待接收装置5下达指令；无线模块8收到接收装置5发送的“测试”指令，控制激光发射器阵列6按照指定频率闪亮3次；收到接收装置5发送的“启动”指令，控制激光发射器阵列6点亮；收到接收装置5发送的“关闭”指令，控制激光发射器阵列6关闭。当电池供电模块19中充电电池20的容量偏低(使用时间小于30分钟)时，电池低电指示灯亮起，提示应当及时充电。
[0063]接收装置5:
[0064]启动供电模块11，工作指示灯亮起，进入待机模式，等待智能终端3下达指令；蓝牙模块12收到智能终端3发送的“测试”指令，通过无线模块9对发射装置4发送“测试”指令，等待发射装置4启动；通过激光传感器阵列7检测激光是否按照指定频率闪亮，判定发射装置4安装位置是否正确，工作是否正常；如果工作正常，通过蓝牙模块12向智能终端3返回“准备就绪”指令，进入待机模式，等待智能终端3下达指令；收到智能终端3发送的“启动”指令，再将指令发送给发射装置4 ;激光传感器阵列7检测激光传感器17均已点亮后，进入工作状态，指示灯亮起，向智能终端3发送“已启动”指令；当激光传感器阵列7检测到有羽毛球依次穿过2层激光阵列时，系统计时器记录下两次传感器反馈信号时间Tl和T2，通过蓝牙模块12发送给智能终端3，由智能终端3负责计算羽毛球的运动速度；当收到智能终端3发来的“关闭”指令后，通过无线模块9发送给发射装置4，进入待机模式。当电池供电模块19中充电电池20的容量偏低(使用时间小于30分钟)时，电池低电指示灯亮起，提示应当及时充电。
[0065]无线接收模块8:
[0066]采用315M固定频率无线模块，接收指令，传给控制器1(MCU),再由控制器1(MCU)处理指令，控制激光阵列开启或关闭。
[0067]无线发射模块9:
[0068]采用315M固定频率无线模块，由接收装置5的控制器1(MCU)控制，向发射装置4发送指令，开启和关闭激光阵列。
[0069]控制器10:
[0070]设计使用AVR系列单片机，负责接收信号，控制装置4和5。接收装置5的控制器10 (MCU)硬件资源需要:多路I/O输出端口，I组UART端口，I路ADC端口，2路外部中断端口。发射装置4的控制器10 (MCU)硬件资源需要:多路I/O输出端口，I路ADC端口，I路外部中断端口。
[0071]蓝牙模块12:
[0072]蓝牙模块12与控制器1(MCU)通过UART端口相连，将接收到的控制器命令发送给控制器10 (MCU)，并传送控制器10 (MCU)返回的信息。作为优选，所述蓝牙模块12具备蓝牙4.0通讯技术，此时，控制器10 (MCU)与蓝牙模块12之间通过低功耗蓝牙4.0通讯协议进行通信。
[0073]其中，蓝牙模块12通信的数据协议:使用串口通信协议，默认为8位I字节，无停止位，无奇偶校验，波特率为38400，可以依据使用习惯进行修改。
[0074]其中，蓝牙模块12通信的数据包格式:数据包总共4字节:首字节(固定值)，指令字节，数据字节I (数据低位)，数据字节2 (数据高位)，其中:
[0075](I)首字节可设置为一固定数值，由智能终端3判断是否一致，用于进行数据包识别。
[0076](2)指令字节为指令代码，奇数为智能终端3发送指令，偶数为接收装置5返回指令。
[0077](3)数据字节为2字节，使用时将2字节合并为I个16位数字，主要用于表示时间参数，时间单位:微秒(us)。
[0078]显示模块13:
[0079]显示模块13包括绿色指示灯LEDO、红色指示灯LED1、红色指示灯LED2、蓝色指示灯LED3，分别由控制器1(MCU)控制，表示装置处于不同的工作状态。所述指示灯的工作状态如下:
[0080]绿色指示灯LEDO点亮:接收装置5已启动；
[0081]红色指示灯LEDl点亮:有激光传感器17长时间未受到激光照射；
[0082]红色指示灯LED2闪亮:充电电池20电压不足；
[0083]蓝色指示灯LED3闪亮:已与控制器10建立连接。
[0084]供电模块11:
[0085]供电模块11采取市电供电(交流供电模块18)及电池供电(电池供电模块19)平行的方式，由于此装置专为室内球场设计，室内球场供电相对容易解决。在供电方便的场馆采用直接市电供电的方式，在不易布线的场地采用可充电锂电池供电，一次充电确保正常使用8小时以上。
[0086]充电电池20:
[0087]设计使用3.7V容量为2000mAh和11.lV8000mAh的聚合物锂电池作为电源，分别为接收装置5和发射装置4供电。
[0088]充电电路21:
[0089]使用大功率锂电池充电电路为电池20充电，提高装置充电效率。
[0090]羽毛球测速方案原理为:
[0091]两组激光束所在平面之间的距离固定为S (例如50毫米)，当羽毛球15穿过第一组激光束所在平面时，系统会记录时间为Tl (单位为微秒us)，当羽毛球15穿过第二组激光束所在平面时，系统记录时间为T2，两时间之差AT = TZ-Tl,羽毛球15在两组激光束所在平面之间区域内运动的平均速度为V，则:
[0092]V = S/ΛΤ = S/(T2-T1)。
[0093]上式中，S为固定常数(实际测量值)，所述球速采集子系统I负责获取T1、T2数值，求其差值并发送给球速显示、管理子系统2，然后，由球速显示、管理子系统2的智能终端3进行计算，得到羽毛球15的运动速度V。所述球速显示、管理子系统2可实现速度显示、历史记录、最高纪录、以及成绩分享等功能。
[0094]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于: 该系统包括球速采集子系统(I)和球速显示、管理子系统(2)，其中 所述球速采集子系统(I)包括发射装置(4)和接收装置(5)，所述发射装置(4)和接收装置(5)分别位于球网(14)上方的两端； 所述发射装置(4)包括:激光发射器阵列￠)、无线模块(8)、控制器(10)、供电模块(11); 所述接收装置(5)包括:激光传感器阵列(7)、无线模块(9)、控制器(10)、供电模块(11)、蓝牙模块(12)、显示模块(13)； 所述激光发射器阵列(6)具有两排等间距排布的激光头(16)，可发射两组平行的激光束，其中每组激光束由在同一平面内等间距排布的多束激光组成，所述两组平行的激光束所在的平面均平行于球网(14)； 所述激光传感器阵列(7)具有两排等间距排布的激光传感器(17)，用于接收由激光发射器阵列(6)发射的两组平行的激光束，其中每个激光传感器(17)接收一个对应的激光头(16)的信号； 所述无线模块(9)用于向发射装置(4)发送无线指令； 所述无线模块(8)用于接收来自接收装置(5)的无线指令，以控制激光发射器阵列(6)的开启和关闭； 所述供电模块(11)包括交流供电模块(18)和/或电池供电模块(19)，所述电池供电模块(19)包括充电电池(20)和充电电路(21)； 所述蓝牙模块(12)用于实现球速采集子系统(I)和球速显示、管理子系统(2)之间的无线数据通讯； 所述显示模块(13)用于显示球速采集子系统(I)的工作状态； 所述球速显示、管理子系统(2)包括智能终端(3)，该智能终端(3)具有蓝牙通讯功能，可以实现速度显示、历史记录、最高纪录、以及成绩分享功能。
2.根据权利要求1所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述显示模块(13)包括LED指示灯和/或显示屏。
3.根据权利要求1所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述球速采集子系统(I)和球速显示、管理子系统(2)可使用专用三角支架固定，也可固定在球网支柱上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述蓝牙模块(12)可以同其他具有蓝牙通讯功能的设备进行通讯，该蓝牙模块(12)支持蓝牙4.0协议并向下兼容。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述无线模块(8、9)是固定频率无线通讯模块或红外模块。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:每组激光束中，每相邻两束激光之间的距离小于羽毛球的球头尺寸。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述每组激光头(16)和每组激光传感器(17)均为并联连接。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述控制器(10)为可编程控制器。
9.根据权利要求8所述的结合激光阵列及智能终端的羽毛球测速系统，其特征在于:所述可编程控制器具有UART端口、ADC检测端口，以及外部中断端口。
【文档编号】G01P3/68GK204008691SQ201420312343
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】程小葛, 刘乔玮 申请人:掌握主动科技（北京）有限公司