一种铅球投掷比赛用自动化管理系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种铅球投掷比赛用自动化管理系统及其控制方法。该系统包括控制台和投掷场地，投掷场地内设有投掷区和落地区，落地区由并排设置的左活动板和右活动板组成，投掷场地内还设有驱动左活动板上下转动的第一驱动装置和驱动右活动板上下转动的第二驱动装置，落地区上表面设有轻触开关阵列，落地区正下方设有空腔，空腔底部沿纵向设有回球槽，投掷场地内还设有升降通道，升降通道底部设有用于放置铅球的托盘，托盘底部设有升降器，回球槽通过向下倾斜的导向槽与升降通道连通，托盘上设有第一压力传感器，控制台上设有中央控制模块和触摸屏。本发明能够精确的检测铅球的投掷距离，并自动将铅球回送到投掷区。

说明书

技术领域

本发明涉及体育运动比赛管理技术领域，尤其涉及一种铅球投掷 比赛用自动化管理系统及其控制方法。

背景技术

在铅球比赛中，目前已有一些半自动化或自动化的测距系统能自 动测出投掷距离。但这些系统都只是实现了局部的自动化，投掷出去 的铅球还需要人工捡回，且检测的精确度不高。

中国专利公开号CN202452970，公开日2012年9月26日，实 用新型的名称为基于规则同视场的几何图形标定技术的铅球测量装 置，该申请案公开了一种基于规则同视场的几何图形标定技术的铅球 测量装置，它由CCD摄像机、机架、测量计算机构成，CCD摄像机 安装在机架上，CCD摄像机通过数据线与测量计算机连接，测量计 算机中安装有图像分析测量模块、测量系统数据库、运动员信息数据 库。其不足之处是，该装置只能检测铅球的投掷距离，投掷出去的铅 球还需要人工捡回，且检测的精确度不高。

发明内容

本发明的目的是克服目前的铅球比赛中投掷出去的铅球需要人 工捡回，效率较低，且铅球测距检测精度不高的技术问题，提供了一 种铅球投掷比赛用自动化管理系统及其控制方法，其能够精确的检测 铅球的投掷距离，并自动将铅球回送到投掷区。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种铅球投掷比赛用自动化管理系统，包括控制台和投 掷场地，所述投掷场地内设有投掷区和落地区，所述投掷区呈圆形， 所述落地区呈矩形，所述落地区由并排设置的左活动板和右活动板组 成，所述左活动板的左侧边缘与投掷场地铰接，所述右活动板的右侧 边缘与投掷场地铰接，所述投掷场地内还设有驱动左活动板上下转动 的第一驱动装置和驱动右活动板上下转动的第二驱动装置，所述落地 区上表面设有轻触开关阵列，所述落地区正下方设有空腔，所述空腔 底部沿纵向设有回球槽，所述回球槽的底面从前至后向下倾斜，所述 回球槽的两侧设有向上倾斜的斜面，所述投掷场地内还设有升降通 道，所述升降通道底部设有用于放置铅球的托盘，所述托盘底部设有 升降器，所述回球槽通过向下倾斜的导向槽与升降通道连通，所述托 盘上设有第一压力传感器，所述控制台上设有中央控制模块和触摸 屏，所述中央控制模块分别与轻触开关阵列、第一驱动装置、第二驱 动装置、第一压力传感器、升降器和触摸屏电连接。

在本技术方案中，左活动板和右活动板对称设置，落地区的纵向 中轴线穿过投掷区的圆心。落地区的左上角编号为A角，落地区的 右上角编号为B角，落地区的左下角编号为C角，落地区的右下角 编号为D角，C角和D角连线与投掷区相切，以投掷区圆心为原点， 穿过原点且平行于C角和D角连线的直线为X轴，穿过原点且垂直 于C角和D角连线的直线为Y轴，建立直角坐标系，A角和原点连 线与C角和D角连线的相交点为G点，B角和原点连线与C角和D 角连线的相交点为H点，落地区内的封闭区域AGHB为投掷成绩有 效区。轻触开关阵列为N行、M列，每个轻触开关都具有已知的坐 标值，坐标值存储在中央控制模块内。触摸屏显示操作界面和投掷成 绩数据，便于工作人员操作。回球槽底面远离投掷区一端的水平位置 高于回球槽底面靠近投掷区一端的水平位置。

运动员投掷铅球时，当铅球落到落地区将轻触开关压下时，被压 下的轻触开关发出触发信号。如果铅球落地瞬间只将一个轻触开关压 下，该轻触开关最早发出触发信号，中央控制模块读取该轻触开关的 坐标，判断该坐标是否超出投掷成绩有效区，如果没有超出投掷成绩 有效区，则中央控制模块根据坐标计算投掷距离，并记录成绩，否则 中央控制模块判断本次投掷成绩无效；如果铅球落地瞬间同时将多个 轻触开关压下，这些被压下的轻触开关同时发出触发信号，中央控制 模块读取这些轻触开关的坐标，判断这些轻触开关的坐标是否超出投 掷成绩有效区，如果全部没有超出投掷成绩有效区，则中央控制模块 根据每个轻触开关的坐标分别计算投掷距离，取最小距离值作为本次 投掷成绩并记录，否则中央控制模块判断本次投掷成绩无效。

铅球落地后，中央控制模块控制第一驱动装置和第二驱动装置工 作，左活动板和右活动板向下转动，落地区打开，铅球落入回球槽， 在重力作用下，铅球经过回球槽和导向槽后进入托盘，托盘的水平位 置低于回球槽底面的水平位置，接着中央控制模块控制左活动板和右 活动板向上转动，落地区闭合。中央控制模块读取第一压力传感器发 送的信号，如果托盘内有铅球，中央控制模块控制升降器上升，升降 器带动托盘上升到升降通道顶部，运动员可再次进行投掷。

作为优选，所述回球槽位于左活动板与右活动板相接处的正下 方。左活动板和右活动板向下转动后，铅球可直接落入回球槽。

作为优选，所述轻触开关阵列包括呈阵列式布满落地区的若干个 轻触开关，任意相邻的两个轻触开关的间距相等。铅球落地的瞬间能 将至少一个轻触开关压下。

作为优选，落地区上表面还设有缓冲层，缓冲层覆盖于轻触开关 阵列之上。缓冲层起缓冲作用，能够泄放铅球落下瞬间的冲击，防止 轻触开关被砸坏，根据轻触开关的特点，当铅球离开后，轻触开关能 迅速恢复为未压下状态(输出高电平)。

作为优选，所述投掷区内设有第二压力传感器，所述第二压力传 感器与中央控制模块电连接。当运动员进入投掷区后，第二压力传感 器检测到运动员进入，系统开始检测投掷距离。

作为优选，所述投掷场地内还设有摄像头，所述摄像头的镜头朝 向投掷区，所述摄像头与中央控制模块电连接。

运动员进入投掷区后，中央控制模块控制摄像头拍摄此运动员的 脸部及运动号码牌，通过图像处理技术，与之前存储在系统中的图像 信息进行比对，判别是本人还是替代者，杜绝作弊，若发现作弊，则 进行警告，并拍摄、记录替代者信息，并和被替代者关联。摄像头还 能监控运动员在投掷时，脚是否踩到投掷区外，铅球是否移至肩下或 从肩后抛球等犯规行为。

作为优选，所述投掷场地内还设有声音输出装置和显示屏，所述 声音输出装置和显示屏分别与中央控制模块电连接。显示屏和声音输 出装置用于发出提示信息以及播报投掷成绩。

本发明的一种铅球投掷比赛用自动化管理系统的控制方法，落地 区的纵向中轴线穿过投掷区的圆心，将落地区的左上角编号为A角， 落地区的右上角编号为B角，落地区的左下角编号为C角，落地区 的右下角编号为D角，C角和D角连线与投掷区相切，以投掷区圆 心为原点，穿过原点且平行于C角和D角连线的直线为X轴，穿过 原点且垂直于C角和D角连线的直线为Y轴，建立直角坐标系，A 角和原点连线与C角和D角连线的相交点为G点，B角和原点连线 与C角和D角连线的相交点为H点，落地区内的封闭区域AGHB为 投掷成绩有效区，轻触开关阵列为N行、M列，包括以下步骤：

S1：系统初始化；

S2：中央控制模块通过显示屏和声音输出装置提示需进行投掷铅 球的运动员进场比赛；

S3：当运动员进入投掷区后，第二压力传感器检测到的压力发生 变化，中央控制模块控制摄像头拍摄运动员身上的号码牌，中央控制 模块通过图像处理技术识别号码牌，并与存储的号码进行比对，判断 运动员是否正确，如果正确则中央控制模块通过显示屏和声音输出装 置提示运动员拾取铅球，接着执行步骤S4，否则中央控制模块通过 显示屏和声音输出装置提示该运动员不是需进行比赛的运动员，接着 跳转至步骤S2；

S4：当托盘上的铅球被运动员取出后，第一压力传感器检测到的 压力发生变化，中央控制模块控制升降器下降，升降器带动托盘下降 到升降通道底部，中央控制模块通过显示屏和声音输出装置提示运动 员进行投掷；

S5：中央控制模块读取轻触开关阵列的信号，如果在设定的时间 内检测到有轻触开关被压下，则执行步骤S6，如果在设定的时间内 没有检测到轻触开关被压下，则中央控制模块通过声音输出装置提示 运动员该次投掷超时，投掷次数加1，接着执行步骤S9；

S6：轻触开关被压下时发出触发信号，中央控制模块读取最早发 出触发信号的所有轻触开关的坐标，判断这些轻触开关的坐标是否超 出投掷成绩有效区，如果全部没有超出投掷成绩有效区，则中央控制 模块根据每个轻触开关的坐标分别计算投掷距离，取最小距离值作为 本次投掷成绩并记录，投掷次数加1，否则中央控制模块判断本次投 掷成绩无效，投掷次数加1；

S7：中央控制模块控制第一驱动装置和第二驱动装置工作，左活 动板和右活动板向下转动，落地区打开，铅球落入回球槽，在重力作 用下，铅球经过回球槽和导向槽后进入托盘，接着中央控制模块控制 左活动板和右活动板向上转动，落地区闭合；

S8：中央控制模块读取第一压力传感器发送的信号，如果托盘内 有铅球，中央控制模块控制升降器上升，升降器带动托盘上升到升降 通道顶部；

S9：中央控制模块判断运动员投掷次数是否达到设定值，如果没 有达到投掷次数，中央控制模块通过显示屏和声音输出装置提示运动 员进行下一次投掷，接着跳转至步骤S5，如果达到投掷次数，中央 控制模块通过显示屏和声音输出装置提示下一个运动员入场比赛，投 掷次数清零，接着跳转至步骤S3。

作为优选，所述步骤S6中判断轻触开关坐标是否超出投掷成绩 有效区的方法包括以下步骤：读取轻触开关坐标(x_i，j，y_i，j)，其中i≤N， j≤M，该轻触开关和原点的连线与Y轴的夹角为β，A角和原点的连线与Y轴的夹角为α，如果β＜α，则判断该轻触 开关坐标没有超出投掷成绩有效区，否则判断该轻触开关坐标超出投 掷成绩有效区。

作为优选，所述步骤S6中中央控制模块根据坐标计算投掷距离 的方法包括以下步骤：读取最早发出触发信号的轻触开关坐标(x_i，j， y_i，j)，计算投掷距离R为投掷区的半径。

本发明的实质性效果是：能够精确的检测铅球的投掷距离，并自 动将铅球回送到投掷区，还能自动管理比赛过程，包括自动提示运动 员比赛，自动记录运动员信息，自动播报比赛成绩。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的空腔的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是本发明的一种电路原理连接框图；

图6是在落地区和投掷区建立直角坐标系的示意图。

图中：1、投掷场地，2、投掷区，3、落地区，4、左活动板，5、 右活动板，6、第一驱动装置，7、第二驱动装置，8、轻触开关阵列， 9、空腔，10、回球槽，11、斜面，12、升降通道，13、托盘，14、 升降器，15、第一压力传感器，16、中央控制模块，17、触摸屏，18、 第二压力传感器，19、摄像头，20、声音输出装置，21、显示屏，22、 导向槽，23、铅球。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具 体的说明。

实施例：本发明的一种铅球投掷比赛用自动化管理系统，如图1、 图5所示，包括控制台和投掷场地1，投掷场地1内设有投掷区2和 落地区3，投掷区2呈圆形，落地区3呈矩形，投掷区2内设有第二 压力传感器18，落地区3由并排设置的左活动板4和右活动板5组 成，左活动板4的左侧边缘与投掷场地1铰接，右活动板5的右侧边 缘与投掷场1地铰接，投掷场地1内还设有驱动左活动板4上下转动 的第一驱动装置6和驱动右活动板5上下转动的第二驱动装置7，落 地区3上表面设有轻触开关阵列8，如图2、图3、图4所示，落地 区3正下方设有空腔9，空腔9底部沿纵向设有回球槽10，回球槽 10的底面从前至后向下倾斜，回球槽10的两侧设有向上倾斜的斜面 11，回球槽10位于左活动板4与右活动板5相接处的正下方。投掷 场地1内还设有升降通道12，升降通道12底部设有用于放置铅球23 的托盘13，托盘13底部设有升降器14，回球槽10通过向下倾斜的 导向槽22与升降通道12连通，托盘13上设有第一压力传感器15。 投掷场地1内还设有摄像头19、声音输出装置20和显示屏21，摄像 头19的镜头朝向投掷区2。控制台上设有中央控制模块16和触摸屏 17，中央控制模块16分别与轻触开关阵列8、第一驱动装置6、第二 驱动装置7、第一压力传感器15、第二压力传感器18、升降器14、 触摸屏17、摄像头19、声音输出装置20和显示屏21电连接。

轻触开关阵列8包括呈阵列式布满落地区3的若干个轻触开关， 任意相邻的两个轻触开关的间距相等，铅球23落地的瞬间能将至少 一个轻触开关压下。落地区3上表面还设有缓冲层，缓冲层覆盖于轻 触开关阵列8之上，缓冲层起缓冲作用，能够泄放铅球23落下瞬间 的冲击，防止轻触开关被砸坏，根据轻触开关的特点，当铅球23离 开后，轻触开关能迅速恢复为未压下状态(输出高电平)。

左活动板4和右活动板5对称设置，落地区3的纵向中轴线穿过 投掷区2的圆心。如图6所示，落地区3的左上角编号为A角，落 地区3的右上角编号为B角，落地区3的左下角编号为C角，落地 区3的右下角编号为D角，C角和D角连线与投掷区相切，以投掷 区2圆心为原点，穿过原点且平行于C角和D角连线的直线为X轴， 穿过原点且垂直于C角和D角连线的直线为Y轴，建立直角坐标系， A角和原点连线与C角和D角连线的相交点为G点，B角和原点连 线与C角和D角连线的相交点为H点，落地区3内的封闭区域AGHB 为投掷成绩有效区。轻触开关阵列8为N行、M列，每个轻触开关 都具有已知的坐标值，坐标值存储在中央控制模块16内。触摸屏17 显示操作界面和投掷成绩数据，便于工作人员操作。回球槽10底面 远离投掷区2一端的水平位置高于回球槽10底面靠近投掷区2一端 的水平位置。

当运动员进入投掷区2后，第二压力传感器18检测到运动员进 入，系统开始检测投掷距离。运动员投掷铅球23时，当铅球23落到 落地区3将轻触开关压下时，被压下的轻触开关发出触发信号。如果 铅球23落地瞬间只将一个轻触开关压下，该轻触开关最早发出触发 信号，中央控制模块16读取该轻触开关的坐标，判断该坐标是否超 出投掷成绩有效区，如果没有超出投掷成绩有效区，则中央控制模块 16根据坐标计算投掷距离，并记录成绩，否则中央控制模块16判断 本次投掷成绩无效；如果铅球23落地瞬间同时将多个轻触开关压下， 这些被压下的轻触开关同时发出触发信号，中央控制模块16读取这 些轻触开关的坐标，判断这些轻触开关的坐标是否超出投掷成绩有效 区，如果全部没有超出投掷成绩有效区，则中央控制模块16根据每 个轻触开关的坐标分别计算投掷距离，取最小距离值作为本次投掷成 绩并记录，否则中央控制模块16判断本次投掷成绩无效。

铅球23落地后，中央控制模块16控制第一驱动装置6和第二驱 动装置7工作，左活动板4和右活动板5向下转动，落地区3打开， 铅球23落入回球槽10，在重力作用下，铅球23经过回球槽10和导 向槽22后进入托盘13，托盘13的水平位置低于回球槽10底面的水 平位置，接着中央控制模块16控制左活动板4和右活动板5向上转 动，落地区3闭合。中央控制模块16读取第一压力传感器15发送的 信号，如果托盘13内有铅球23，中央控制模块16控制升降器14上 升，升降器14带动托盘13上升到升降通道12顶部，运动员可再次 进行投掷。

运动员进入投掷区2后，中央控制模块16控制摄像头19拍摄此 运动员的脸部及运动号码牌，通过图像处理技术，与之前存储在系统 中的图像信息进行比对，判别是本人还是替代者，杜绝作弊，若发现 作弊，则进行警告，并拍摄、记录替代者信息，并和被替代者关联。 摄像头19还能监控运动员在投掷时，脚是否踩到投掷区外，铅球23 是否移至肩下或从肩后抛球等犯规行为。显示屏21和声音输出装置 用20于发出提示信息以及播报投掷成绩。

本发明的一种铅球投掷比赛用自动化管理系统的控制方法，适用 于上述的一种铅球投掷比赛用自动化管理系统，落地区的纵向中轴线 穿过投掷区的圆心，将落地区的左上角编号为A角，落地区的右上 角编号为B角，落地区的左下角编号为C角，落地区的右下角编号 为D角，C角和D角连线与投掷区相切，以投掷区圆心为原点，穿 过原点且平行于C角和D角连线的直线为X轴，穿过原点且垂直于 C角和D角连线的直线为Y轴，建立直角坐标系，A角和原点连线 与C角和D角连线的相交点为G点，B角和原点连线与C角和D角 连线的相交点为H点，落地区内的封闭区域AGHB为投掷成绩有效 区，轻触开关阵列为N行、M列，包括以下步骤：

S1：系统初始化；

S2：中央控制模块通过显示屏和声音输出装置提示需进行投掷铅 球的运动员进场比赛；

S3：当运动员进入投掷区后，第二压力传感器检测到的压力发生 变化，中央控制模块控制摄像头拍摄运动员身上的号码牌，中央控制 模块通过图像处理技术识别号码牌，并与存储的号码进行比对，判断 运动员是否正确，如果正确则中央控制模块通过显示屏和声音输出装 置提示运动员拾取铅球，接着执行步骤S4，否则中央控制模块通过 显示屏和声音输出装置提示该运动员不是需进行比赛的运动员，接着 跳转至步骤S2；

S4：当托盘上的铅球被运动员取出后，第一压力传感器检测到的 压力发生变化，中央控制模块控制升降器下降，升降器带动托盘下降 到升降通道底部，中央控制模块通过显示屏和声音输出装置提示运动 员进行投掷；

S5：中央控制模块读取轻触开关阵列的信号，如果在设定的时间 内检测到有轻触开关被压下，则执行步骤S6，如果在设定的时间内 没有检测到轻触开关被压下，则中央控制模块通过声音输出装置提示 运动员该次投掷超时，投掷次数加1，接着执行步骤S9；

S6：轻触开关被压下时发出触发信号，中央控制模块读取最早发 出触发信号的所有轻触开关的坐标，判断这些轻触开关的坐标是否超 出投掷成绩有效区，如果全部没有超出投掷成绩有效区，则中央控制 模块根据每个轻触开关的坐标分别计算投掷距离，取最小距离值作为 本次投掷成绩并记录，投掷次数加1，否则中央控制模块判断本次投 掷成绩无效，投掷次数加1；

S7：中央控制模块控制第一驱动装置和第二驱动装置工作，左活 动板和右活动板向下转动，落地区打开，铅球落入回球槽，在重力作 用下，铅球经过回球槽和导向槽后进入托盘，接着中央控制模块控制 左活动板和右活动板向上转动，落地区闭合；

S8：中央控制模块读取第一压力传感器发送的信号，如果托盘内 有铅球，中央控制模块控制升降器上升，升降器带动托盘上升到升降 通道顶部；

S9：中央控制模块判断运动员投掷次数是否达到设定值，如果没 有达到投掷次数，中央控制模块通过显示屏和声音输出装置提示运动 员进行下一次投掷，接着跳转至步骤S5，如果达到投掷次数，中央 控制模块通过显示屏和声音输出装置提示下一个运动员入场比赛，投 掷次数清零，接着跳转至步骤S3。

所述步骤S6中判断轻触开关坐标是否超出投掷成绩有效区的方 法包括以下步骤：读取轻触开关坐标(x_i，j，y_i，j)，其中i≤N，j≤M， 该轻触开关和原点的连线与Y轴的夹角为β，A角和 原点的连线与Y轴的夹角为α，如果β＜α，则判断该轻触开关坐 标没有超出投掷成绩有效区，否则判断该轻触开关坐标超出投掷成绩 有效区。

所述步骤S6中中央控制模块根据坐标计算投掷距离的方法包括 以下步骤：读取最早发出触发信号的轻触开关坐标(x_i，j，y_i，j)，计算投 掷距离R为投掷区的半径。