球用的信号发射装置、球及球定位方法与流程

本发明涉及一种放置在球内的信号发射装置，通过这样的发射装置可以使得球能被检测到，从而可以对其所处位置或者落点位置进行监测；本发明还涉及采用这个装置的球以及球的定位方法。

背景技术：

球手需要不断训练以提高他们的熟练程度，因为他们在一些运动项目中会试图把球尽量击至一个期望的目标区域，譬如高尔夫球运动。传统的操作方法需要一个观察者来判断球离目标区域有多近，并记录得分。但这种方法既不精确又耗费时间，特别是当训练场上有众多球员一起进行训练，且目标区域有大量的球时。

虽然，有一些系统利用了射频识别技术(美国专利号：us9339697b2，由luciano，jr.等)实现，在这种情况下，可以使用rfid芯片球跟踪得分。然而，这种方案需要对训练区域和目标区域进行广泛的改建，例如将漏斗状结构放入其中，以便将落入指定区域的每个球引导到rfid阅读器，因为这些无源rfid阅读器的读取范围很小。但是这样的改建涉及土地挖掘工程，会造成自然环境被破坏，而且造价高昂。

中国专利文献cn102553200b，基于zigbee的高尔夫球落点定位系统，公开了一种基于zigbee的球定位系统，其高尔夫球带有有源电子标签，通过多个zigbee读卡器一起读取标签球发出的信息，从而跟踪高尔夫球的落点区域、滚动区域和静止区域。该套系统虽然对使用场地的改建要求比较少，而且高尔夫球中所带的zigbee有源电子标签的功耗也比较低，但是这套系统也存在一些问题，主要表现是，zigbee有源电子标签会一直工作，这个时候在进行球的回收时，高尔夫球里面的有源电子标签的信号有可能会被zigbee系统再次接收到，从而造成不被期望的二次计分，引起系统的计分错误，此时要纠正这样的错误必须人工在计算机系统里面进行纠正，而这样的纠正操作是比较麻烦的，而且还是要在人员及时发现这样的错误出现的情况下。

鉴于现有系统所存在的问题，有必要对现有的相关装置及方法进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种球用的信号发射装置，该装置具有低功耗、耐用、可避免重复计分的优点。

为达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案：

球用的信号发射装置，包括pcb板；特别地，在pcb板上设有微控制器、存储器、发射机、rf匹配网络、天线、电池和磁簧开关；

所述微控制器、发射机、rf匹配网络和天线依次电性连接以能够进行周期性的rf信号的发射；

所述存储器为非易失性存储器，与所述微控制器电性连接以存储唯一标识号和配置数据，所述配置数据至少包括让所述微控制器进入休眠状态的延时值t1；

所述磁簧开关与所述微控制器电性连接，在磁簧开关被触发的情况下，它将给予微控制器一个激活信号，该激活信号用于激活微控制器；微控制器被激活后，微控制器进入根据所述配置数据而决定的信号发射状态，在该信号发射状态下微控制器通过天线发射出包含所述唯一标识号在内的rf信号；

所述电池为pcb板上的用电器提供电能。

通过这样的技术方案，可利用外部的专门的磁场对磁簧开关进行触发，在此之后微控制器将从休眠状态进入到激活状态。微控制器在激活状态下，其工作参数是由配置数据来决定的，且配置数据包括有让微控制器进入休眠状态的延时值t1，即微控制器在工作t1时长后又会重新进入到休眠状态。这样就能实现对rf信号发射的持续时间或者重复次数进行控制，避免因rf信号发射的持续时间过长或重复次数过多，在回收带本装置的球而经过其他信号接收装置时，被其他信号接收装置读取到球内的信号发射装置的唯一标识号(id号)，造成计分系统可能性地错误地统计了该过程引起的得分。微控制器进入休眠状态后，可利用外部的专门的磁场对磁簧开关进行再次触发以再次激活本装置。另外，这样的结构设定也能大幅节省电池的电能，延长电池的使用寿命。因为在将本装置应用到高尔夫球内时，从唤醒本装置让其进入到激活状态至高尔夫球被完成得分计算的整个过程中，所需要的时间通常在30秒至3分钟，期间包含了摆放球的时间、击打瞄准时间、球飞行时间、球滚动时间和球静止后对其进行定位计算的时间，随后本装置便可马上进入到休眠状态，而在休眠状态下本装置不再向外发送任何信号。可见，本装置事实上大部分时间都是处于休眠的状态的，而以磁簧开关作为激活信号的发生元件时，可让本装置的休眠电流不高于3微安，比现有采用zigbee系统的电流在毫安级别的装置更省电。另外，本信号发射装置与信号接收装置之间为单向传输系统，即只从信号发射装置向信号接收装置发射信号，而信号接收装置不向信号发射装置发射信号，于是信号发射装置完全不必处于一个能耗较高的信号接收待命状态。

作为优选结构，所述pcb的轮廓形状优选为圆形，采用硬质的类型。

微控制器优选采用可被固件编程的类型。

微控制器被激活后，微控制器进入根据所述配置数据而决定的信号发射状态，在该信号发射状态下微控制器通过天线发射出的rf信号还可以带有用于反映电池剩余电量的电量值p1。这样可以通过一台专用的装置提前筛选出那些低电量的装置，避免在使用过程中才出现电量不足所引起的不被期望的情况。而那些被筛选出来的低电量的装置后续可以被决定进行重制或丢弃。

所述配置数据除了包括让微控制器进入休眠状态的延时值t1外，还可以包括信号发射强度值s1和/或信号发射延迟值d1。于是，被配置有不同信号发射强度值s1的信号装置其所发出的信号强度是互不相同的，厂家可以根据场地上的信号接收装置的分布位置、分布密度等因素对配置数据的该项进行合适的设定，以获得最理想的使用效果。另外，有可能发生这样的极端情况：两个或多个信号发射装置同时落入同一信号接收装置的信号接收区域，并且该些信号发射装置刚好同时发射信号且信号的工作频率相同，此时如果这些信号发射装置它们的信号发射延迟值d1相同，则这些信号发射装置的信号将互相干扰而一直不会被接收到，于是也就不能被识别或定位。在为不同的信号发射装置设定不同的信号发射延迟值d1之后，即使刚开始时这些信号发射装置因同时发射工作频率相同的信号而不能被信号接收装置识别，但在随后的一轮或几轮信号发射动作后，它们各自所发出的信号在时间上的错开程度会越来越大，以致它们之间的互相干扰情况会逐渐减轻，直至它们各自发出的信号都能被信号接收装置接收到，被识别出来和被定位，这就避免了它们一直互相干扰直至各自都进入了休眠状态仍不被检测出来的问题。

微控制器、存储器、发射机、rf匹配网络、磁簧开关和天线最好处在pcb板的一侧，电池处在pcb板的另一侧。这样可以使得整个装置的重心更为集中在中央，避免影响其所在的球的动平衡。本装置所使用的电池可以是纽扣电池，其具有体积小、重量轻的优点，且一般都能满足本装置的使用寿命需要。

天线优选是全向发射天线，这将确保其能向各个方向的信号接收装置发送信号，以便信号接收装置结合计算系统来准确定位本装置所处的位置。另外，天线优选工作在ism波段的uhf频率，且可以被制成一个件而焊接在pcb上且被弯曲以节省装置整体的体积，或者在pcb上直接刻蚀出天线。

本发明的球用的信号发射装置采用单向通信方式，可以实现防错误计分功能，而且硬件成本可低至用户不吝丢弃，对于需要大量使用该种装置的运动来说能很好地节省使用成本，以让该运动能更容易地被推广。

本发明还提供一种球，其内部带有电子装置，可以主动地向外发出rf信号以供接收系统识别和定位，并具有较好的使用寿命。采用以下的技术方案：

球，特别地，包括核体和至少一层覆盖层；覆盖层包裹所述核体，最外层的覆盖层构成球的外形；所述核体是上述球用的信号发射装置被绝缘材料包覆而成。

核体可以是真球体或者正方体，或者是其他的形状中心和重心相重叠的立体形状。

为了避免核体与覆盖层之间因遭受击打力而形成不可接受的间隙或损坏，影响球的飞行、弹跳或滚动，在核体上最好形成有倒扣槽，用于覆盖层的材料进入其中并由此不易与核体分离。

覆盖层的材料的选择可以根据球的使用特点而定，可以是硬质材料或者是诸如橡胶的软质材料或者是发泡材料。覆盖层可以是多层的，不同的覆盖层可以选择不同种类的材料。

本发明的球可以被制成高尔夫球，这是一种最典型的应用方式，当然也可以将本球制成适用于其他游戏项目的用球，具有低成本、使用寿命长等优点。

本发明还提供一种球定位方法，可以避免球被多次识别而导致错误的计分。

采用以下的技术方案：

球定位方法，在球的内部设置磁敏触发元件和有源信号发射装置；在球的目标降落区域设置一套或多套信号接收装置；还包括与信号接收装置连通的定位计算机；

有源信号发射装置平时处于休眠状态，在休眠状态下有源信号发射装置并不对外发射任何rf信号；在使用外部的磁场来触发所述磁敏触发元件后，有源信号发射装置将进入激活状态并保持一段时间，当该保持时间结束则有源信号发射装置将重新进入到休眠状态；在激活状态下有源信号发射装置将周期性地向外非指向性地发出rf信号，该rf信号至少携带有用于代表球的唯一标识号的信息，但有源信号发射装置任何时候都不进行rf信号的接收；

信号接收装置通过空气仅进行来自有源信号发射装置发射的rf信号的接收，却不发射任何rf信号，当球落入信号接收装置的接收范围后，信号接收装置将收到rf信号，信号接收装置在对rf信号进行完整性检查后，至少提取其中的用于代表球的唯一标识号的信息，信号接收装置还读取和计算rf信号的接收电平，转换为rssi(receivedsignalstrengthindicator)信息，将所述的球的唯一标识号信息和rssi信息通过线缆发送至定位计算机；

定位计算机在接收到来自信号接收装置的信息后，结合预先被输入的信号接收装置的现场安装位置而估算出球在场地地图上的停留位置。

该方法采用磁敏触发元件来对有源信号发射装置进行唤醒激活，而有源信号发射装置被激活后仅工作一段短暂的时间，然后再次进入休眠状态直至下一次被重新唤醒激活。通过这样的技术方案，可以构建一个低成本的以单向传输方式实现球定位的系统，并且这样的球定位方法可以进一步避免特定情况下出现的被二次定位而导致计算结果出错的问题。

所述rf信号还可以带有用于反映电池剩余电量的电量值p1。而电量值p1只是rf信号的其中一种载荷信息，rf信号也可以带有其他有关球的工作状态的可用于被计算机系统监控的载荷信息。

该方法中，可以对一个以上的有源信号发射装置分别写入不同的信号发射强度值s1和/或信号发射延迟值d1，以作出因地制宜的球的电能的消耗方案，以及避免特定情况下出现的被二次定位而导致计算结果出错的问题。

该方法中，在一个场地配置有多套信号接收装置的情况下，可以将这些信号接收装置划分为若干组，每组由一台定位计算机进行球的停留位置估算。每组所包含的信号接收装置可以是一台或以上。

该方法中，各信号接收装置定期向定位计算机发送“心跳”信号，以供定位计算机诊断与其连通的各信号接收装置是否正常工作。

本发明的球定位方法具有实用稳定、低功耗、低成本、低系统构建难度等优点。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例1的电路原理方块图；

图3是实施例1的不同的信号发射装置它们的rf信号实现互相分离的原理图；

图4是实施例2的高尔夫球的剖视结构示意图(球用的信号发射装置没有被剖切)；

图5是实施例2的核体的剖视结构示意图(球用的信号发射装置没有被剖切)；

图6是实施例3的核体的主视结构示意图；

图7是图6的a-a剖视示意图；

图8是实施例3的核体的结构示意图(示意有球用的信号发射装置)；

图9是实施例3的高尔夫球的剖视结构示意图(球用的信号发射装置没有被剖切)。

附图标记说明：100-球用的信号发射装置；101-pcb板；102-微控制器；103-天线；104-电池；105-磁簧开关；200-高尔夫球；201-核体；2011-绝缘材料；202-第一覆盖层；203-第二覆盖层；204-球窝；301-核体；302-第一覆盖层；305-倒扣槽；3051-开口；3052-底部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

实施例1

本实施例是一种球用的信号发射装置。

如图1所示，本实施例的球用的信号发射装置100包括pcb板101，在pcb板上设有微控制器102、存储器、发射机、rf匹配网络、天线103、电池104和磁簧开关105。

如图2所示，微控制器102、发射机、rf匹配网络和天线103依次电性连接以能够进行周期性的rf信号的发射；

存储器为非易失性存储器，与微控制器102电性连接以存储唯一标识号和配置数据。配置数据包括让微控制器102进入休眠状态的延时值t1、信号发射强度值s1和信号发射延迟值d1。

磁簧开关105与微控制器102电性连接，在磁簧开关105被触发的情况下，它将给予微控制器102一个激活信号，该激活信号用于激活微控制器102；微控制器102被激活后，微控制器102进入根据配置数据而决定的信号发射状态，在该信号发射状态下微控制器102通过天线103发射出包含唯一标识号和用于反映电池104剩余电量的电量值p1在内的rf信号。

而电池104则是2颗串联的纽扣电池，为pcb板101上的用电器提供电能。当然，也可以仅采用一颗规格合适的电池来负责供电。电池的正极和负极可以直接与pcb板上引出的正极导体件和负极导体件对应焊接在一起，以增强供电的可靠性。

如图1所示，本实施例的pcb板101是硬质pcb板而非薄膜pcb等柔性pcb，具有比较稳定的结构形态，且pcb板101是圆形的，同等面积下尺寸最小，可以更容易放入到体积小的球体中。微控制器102、存储器、发射机、rf匹配网络和磁簧开关105处在pcb板101的一侧，电池104则处在pcb板101的另一侧，以使整个装置的重心更集中在中央。

天线103被焊接在pcb板101上，被制成为全向天线，工作在ism波段的uhf频率。为稳固天线103与pcb板101之间的相对位置，可以在天线103与pcb板101之间浇注一定量的液态的树脂，然后对树脂进行固化处理，以增强天线103的物理稳固性。

通过写入器向微控制器102写入运行所需的固件程序。另外将唯一标识号以及延时值t1、信号发射强度值s1和信号发射延迟值d1等配置数据写入到存储器中。然后再将微控制器102和存储器焊接到pcb板101的正确焊接位上，为降低成本和缩小体积一般不再考虑在pcb板上预留调试用的物理触点。要将处于休眠状态的球用的信号发射装置激活，只要将该装置放置到一个足够强的磁场环境中即可，磁场环境可令磁簧开关105的触点发生机械闭合或机械断开而产生一个电性的通或断动作，该电性的通或断动作将改变微控制器102对应的管脚的电平状态，管脚的该电平状态的改变即为一个激活信号，微控制器102就是根据这个激活信号来判断进入激活状态的时机。而磁场环境可以是方向恒定不变的磁场环境或者是方向不断变化的磁场环境。

微控制器102被激活后，即进入激活状态，在该状态下，微控制器102读取存储器中的有关唯一标识号、延时值t1、信号发射强度值s1和信号发射延迟值d1等信息，当硬件上还具备电量测量能力时，微控制器102还读取用于反映电池104剩余电量的电量值p1，然后在延时值t1所限定的激活时间内，根据信号发射强度值s1决定的天线发射功率和信号发射延迟值d1决定的天线信号发射延迟，仅发射地发出rf信号，并借由rf信号向信号接收装置传递球的唯一标识号和载荷信息如电量值p1。当延时值t1结束，则本装置马上结束rf信号的发射，重新进入休眠状态，直至下次被激活。

如图3所示，不同的信号发射装置其信号发射延迟值d1被设定为不同的值，这使得两个或多个信号发射装置即使同时落入同一信号接收装置的信号接收区域，但随着时间的过去，只要这两个装置仍处在激活状态，它们最终还是可以避免一直互相干扰而都被信号接收装置识别。然而因为引起问题的情况需要同时符合较多的条件，因此事实上出现问题的概率并非是很大的。在这样的情况下并不一定需要为每个用在同一系统的信号发射装置都设定不同的信号发射延迟值d1，而是将这些信号发射装置分成若干组，同组的信号发射装置的信号发射延迟值d1是相同的，但是不同组的信号发射装置的信号发射延迟值d1是不同的。这样的分组通常只需2组至4组，则可极大降低上述问题情况的出现概率。

信号接收装置内建rf信号接收天线。信号接收装置根据唯一标识号即可对球进行识别，并且通过rssi对球的停留位置进行估算。而所传递的球的电量值p1则可用于系统对球状态的监控。

由于本装置是采用电平状态的改变来实现休眠状态至激活状态之间的转变，而并非现有zigbee系统的以芯片的工作负荷量的多少来切换节能模式和标准模式，因此在电池体积受到严重制约的情况下，本装置能提供更长的工作时长，并且成本更低。

实施例2

本实施例是一种球，更具体地说，本实施例以一种高尔夫球的结构作例。

如图4所示，本实施例的高尔夫球200分为核体201、第一覆盖层202和第二覆盖层203。

其中，如图5所示，核体201是实施例1的球用的信号发射装置100被绝缘材料2011包覆而构成。绝缘材料包覆信号发射装置的方法可以是灌注液态树脂到信号发射装置上，然后对树脂进行固化，也可以将信号发射装置放入一模具内，在其表面进行注塑。为降低对球的动平衡的影响，本实施的核体做成球体。

如图4所示，第一覆盖层202为橡胶层，为高尔夫球提供足够的弹性。第二覆盖层203为离子聚合物外层，提高高尔夫球的耐击打能力。第二覆盖层203作为最外层的覆盖层，其外表面还制有典型高尔夫球表面该有的众多的球窝204。

实施例3

如图6、图7、图8、图9所示，本实施例与实施例2的区别在于：在核体301的外表面上还形成有倒扣槽305，用于第一覆盖层302的材料进入其中并由此不易与核体分离。

具体地说，如图7所示，倒扣槽305作为一个开槽结构，其底部3052的宽度比其开口3051的宽度更宽，如此，首先是液态的第一覆盖层302的材料经倒扣槽305的开口3051进入到底部3052且固化后，该底部3052的材料将形成一个相对稳定的形状，从此不能经倒扣槽305的开口3051脱离。这样就可以提高核体301与第一覆盖层302之间的连接力，延长球的使用寿命。

图6是本实施核体301的主视结构示意图，由于本实施例的对称的设计，核体301的后视图、左视图、右视图、俯视图和仰视图都是与图6相同的，在此不再一一画出。

应当说明的是，根据上述对倒扣槽的工作原理的说明，倒扣槽事实上可以具有很多不同的截面形状和走向路线布局。譬如：截面形状可以是倒t形、燕尾形等。而倒扣槽的走向路线布局可以是本实施例的经纬线布局，也可以按照经典足球表面的多边形之间分界线布局。经典足球的球表面用12块五边形和20块六边形拼合而成。

实施例4

本实施例是一种球定位方法。

在球的内部设置磁敏触发元件和有源信号发射装置；在球的目标降落区域设置一套或多套信号接收装置；还包括与信号接收装置连通的定位计算机。

有源信号发射装置平时处于休眠状态，在休眠状态下有源信号发射装置并不对外发射任何rf信号。在使用外部的磁场来触发磁敏触发元件如磁簧开关后，有源信号发射装置将进入激活状态并保持一段时间，当该保持时间结束则有源信号发射装置将重新进入到休眠状态。在激活状态下有源信号发射装置将周期性地向外非指向性地发出rf信号，该rf信号携带有用于代表球的唯一标识号的信息和球的剩余电量的电量值p1，但有源信号发射装置任何时候都不进行rf信号的接收。

本实施的rf信号的格式是这样的：

前导序列+唯一标识号+载荷信息+校验和

剩余电量的电量值p1是载荷信息的其中一种可能性的信息内容。

在场地配置多套信号接收装置的情况下，可以将这些信号接收装置划分为若干组，每组信号接收装置通过线缆与一台定位计算机连通。同组的信号接收装置它们的信号接收总范围力求覆盖一个目标降落区域。同组的各信号接收装置定期向定位计算机发送“心跳”信号，以供定位计算机诊断与其连通的各信号接收装置是否正常工作。

信号接收装置通过空气仅进行来自有源信号发射装置发射的rf信号的接收，却不发射任何rf信号，当球落入信号接收装置的接收范围后，信号接收装置将收到rf信号，信号接收装置在对rf信号进行完整性检查后，至少提取其中的用于代表球的唯一标识号的信息，信号接收装置还读取和计算rf信号的接收电平，转换为rssi(receivedsignalstrengthindicator)信息，将所述的球的唯一标识号信息和rssi信息通过线缆发送至定位计算机。

定位计算机在接收到来自信号接收装置的信息后，结合预先被输入的信号接收装置的现场安装位置而估算出球在场地地图上的停留位置。如果定位计算机只收到来自1台信号接收装置对某球的rssi信息，则此时定位计算机可以根据该信号接收装置的实地安装位置和信号接收范围而估算出球停在一个平面范围内。如果定位计算机收到来自2台信号接收装置对某球的rssi信息，则此时定位计算机可以根据该2信号接收装置的实地安装位置和信号接收范围而估算出球停在一个线段范围内。如果定位计算机收到来自3台或以上信号接收装置对某球的rssi信息，则此时定位计算机可以根据该些信号接收装置的实地安装位置和信号接收范围而估算出球停在一个点上。

根据场地的大小规模，多个信号接收装置被划分为若干组的情况下，相当于配置有复数台定位计算机，可以将这些定位计算机估算出的球停留位置数据统一传送至一数据服务器，然后数据服务器的这些数据可以被终端设备进行读取，以便运动员或教练或裁判或观众可以通过所述终端设备获知这些数据或以这些数据为基础经加工统计后而得出的数据。终端设备可以是与数字显示屏或图形显示屏相连通的迷你电脑，或者是诸如手机、平板电脑等的移动终端设备。

由于有源信号发射装置进入激活状态后只保持一段时间便自动进入休眠装置，于是应当确保该时长考虑了摆放球的时间、击打瞄准时间、球飞行时间、球滚动时间和球静止后对其进行定位计算的时间等因素。在此基础上该保持时间应当尽可能的短，这样可以确保有源信号发射装置尽可能节省电能，延长使用寿命，并且如果有源信号发射装置的激活状态持续时间太长，则在进行球回收的时候且无可避免地经过其他信号接收装置的时候，可能会引起其他定位计算机的定位计算，进而向管理计算机发送了误导信息。这相当于如果该保持时间被设定得合理的话，既可以减少球的耗电量又可以避免向管理计算机发送误导信息。

通过本球定位方法，可以构建一个低成本且实用稳定的测量系统或游戏系统。其中一种典型的用途是采用本方法来构建一个高尔夫的练习和计分系统。

本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。