投掷物的出手角度测量法

摘要

本发明公开了一种投掷物的出手角度测量法。本发明由主机和副机组成，副机的起始控制电路在投掷物出手的瞬间启动时间计算电路开始计时，当投掷物在落地的瞬间终止控制电路停止时间计算电路计时工作、时间计算电路计算出投掷物在空中的运行时间，此数据由射频电路发送；该主机的接收电路接收所需的副机工作数据、由键盘输入该投掷物的投掷距离计算出投掷物的出手角度。实用于如：测量体育运动项目的标枪、铁饼、铅球等投掷物的投掷距离，也实用于部队投弹训练时对训练弹的投掷距离的测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种投掷类运动中对投掷物的出手角度及投掷距离测算的方法。

背景技术

目前测距的器件及方法繁多，如有红外线测距仪、超声波测距仪、激光测距仪、无线电测距仪等。但这些器件都不能直接的对投掷物的出手角度及投掷距离进行测量。目前如体育运动中对标枪、铁饼等投掷物投掷距离的测量仍以拉皮尺或在投掷物的投掷场的投掷区划等份线的方法测量距离，或用一些高成本的、大型的设备来完成，这些方法的缺点是：1、测量效率低；2、测量现场的工作人员有人身安全隐患；3、成绩考核的过程中，在测量环节存在着作弊的可能等。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用无线电技术自动测量投掷物的出手角度及投掷距离的方法。实用于如：测量体育运动项目的标枪、铁饼、铅球等投掷物的投掷距离，也实用于部队投弹训练时对训练弹投掷距离的测量。

为实现所述目的，本发明由投掷物上携带的副机和主机构成；副机包括起始控制电路、时间计算电路、终止控制电路、射频电路，起始控制电路在投掷物出手的瞬间启动时间计算电路开始计时，当投掷物在落地的瞬间终止控制电路停止时间计算电路计时工作、时间计算电路计算出投掷物在空中的运行时间，射频电路来发送时间计算电路的工作信息；该主机内包括接收电路、角度计算电路、键盘、显示电路，接收电路接收所需的副机工作数据、由键盘输入该投掷物的投掷距离计算出投掷物的出手角度，由显示电路显示工作结果数据。

该投掷物上携带的副机电路上还有投掷物距地面的高度计算电路、其工作数据由射频电路发送，该主机接收投掷物距地面的高度数据、投掷物在空中的运行时间计算出该投掷物的投掷距离。

附图说明

图1是本发明投掷物的出手角度测量法的第一种实施例的方框图。

图中标记：a为副机；b为主机。

图2是本发明投掷物的出手角度测量法的第二种实施例的方框图。

图中标记：a为副机；b为主机。

图3是本发明投掷物的出手角度测量法的键盘及键盘输入法的第一种实施例的示意图。

图4是本发明投掷物的出手角度测量法的键盘及键盘输入法的第二种实施例的示意图。

图5是本发明投掷物的出手角度测量法的投掷物的运动轨迹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图1详细说明本发明优选的第一种实施例。

参见图1，采用单片机实现时间的测量，在物体出手时刻开始计时，落地时刻停止计时。投掷物飞行时间值通过无线电波信号发送给计算主机进行计算。

投掷物出手时刻的触发方式，采用手握式轻触开关构成起始控制电路，手握住物体时(开关处于闭合状态)，射频电路的发射电路开始进入工作状态，并发送无线信号给主机，提示已经进入工作状态；投掷物投掷出手时(开关处于打开状态)时间计算电路开始计算时间。起始控制电路也可以采用人体感应开关和相关电路产生，其原理方法可以是在投掷物的抓手处做有金属体、其连接到人体感应开关上，当投掷物在刚脱手的瞬间人体感应开关立即反应。

投掷物落地时刻的触发方式，采用振动式微动开关构成终止控制电路，落地时产生的振动产生的信号触发时间计算电路停止计时，时间计算电路计算出投掷物在空中的运行时间。并通过射频电路用无线信号把此时间数据传输给主机。

无线数据的传输，采用MAX公司先进的射频发射芯片，数据以ASK调制方式、射频频率300MHz-450MHz之间，发射功率可以到12dBm，传输距离可以到200米。

射频电路的发射电路可选用MAX7044或其他型号集成电路或能完成此工作的其他电路。

时间计算电路可以采用89C2051单片机或其他型号集成电路或能完成此工作的其他电路。

计算主机的数据接收、处理和显示见图1和图3。

采用12数字键盘做数据的键入，6位(两位小数)LED数码管显示数据。具体分布如下图：

LED1是电源指示灯。主机电源开关打开灯亮、电源开关关闭灯灭。

LED2是主机工作状态指示。工作正常亮，接收数据、数据处理过程中灯0.5S闪烁。

LED3是发射机工作状态指示。发射机处于工作状态灯亮，进入休眠状态灯灭。

无线数据的接收、处理，采用MAX公司先进的射频接收解调芯片MAX7033，接收数据灵敏度高、数据传输过程中不会出现错误。数据出来采用单片机完成，并通过LED数码管显示。

副机只要上电处于工作状态，LED3灯就长亮，副机进入休眠模式LED3灯灭。

主机的工作原理，主机通过主机的接收电路接收副机发送的投掷物在空中的运行时间并传送给主机的角度计算电路，为了计算的角度和实际之间的误差更小，可以在投掷投掷物之前通过键盘给先给角度计算电路输入运动员的出手高度，投掷物落地后再通过键盘给角度计算电路输入投掷物的投掷距离，最后计算出投掷物的出手角度并通过显示电路显示；主机的工作过程，打开电源，电源指示灯亮，数码管全亮1S(测试数码管好坏)，接着显示“H＊＊＊.＊＊”数码管上的字母“H”闪烁，提示输入投掷物出手高度，用键盘键入数据，按“确认”键确认输入，数码管上的字母“H”停止闪烁长显。等待发射机传回时间数据，此时数码管显示“S＊＊＊.＊＊”，字母“S”闪烁，当有数据传输回主机时，LED2闪烁，接收数据完成后LED长亮，并会在数码管上显示此时间。按“确认”键确认此时间数据，字母“S”停止闪烁。接着数码显示“L＊＊＊.＊＊”，字母“L”闪烁，提示键入投掷物飞行的距离，键入完成确认后，字母“L”停止闪烁。再按“确认”键，开始计算，数码管并显示投掷角度值，其显示格式为“A＊＊＊.＊＊”。此一个测量计算过程完成，按“删除”键，进入下一个测量计算过程。

角度计算电路可以采用80C51或89C51单片机或其他型号集成电路或能完成此工作的其他电路。

计算主机的数据接收、处理和显示的第二种实施例见图1和图4。

接收主机的工作过程，打开电源，电源指示灯亮，数码管全亮1S(测试数码管好坏)，等待发射机传回时间数据，此时数码管显示“S＊＊＊.＊＊”，字母“S”闪烁，当有数据传输回主机时，LED2闪烁，接收数据完成后LED长亮，并会在数码管上显示此时间。按“确认”键确认此时间数据，字母“S”停止闪烁。按“高度”键，数码管显示“H＊＊＊.＊＊”字母“H”闪烁，提示输入投掷物出手高度，用键盘键入数据，按“确认”键确认输入，数码管上的字母“H”停止闪烁长显。接着按“距离”键，数码管显示“L＊＊＊.＊＊”，字母“L”闪烁，提示键入投掷物飞行的距离，键入完成确认后，字母“L”停止闪烁。再按“计算”键，开始计算，数码管显示出投掷角度值，其显示格式为“A＊＊＊.＊＊”。此一个测量计算过程完成，按“删除”键，进入下一个测量计算过程。如果在参数输入时输入数字错误，按“删除”键删除，重新输入。如果忘记输入某个参数，按了“计算”键，数码管会显示“FFFF.FF”按“删除”键重新进入程序。

下面结合附图2详细说明本发明优选的第二种实施例。

根据本发明优选的第一种实施例的投掷物的出手角度测量法，在该投掷物上携带的副机电路上在增加投掷物距地面的高度计算电路，其工作数据由射频电路发送，主机接收投掷物距地面的高度数据、投掷物在空中的运行时间计算出该投掷物的投掷距离。

附图2所示的本发明优选的第二种实施例的主机电路中不设角度计算电路时就只计算投掷物的投掷距离，增设角度计算电路后主机可即计算投掷物的投掷距离又可计算投掷物的出手角度。角度计算电路和投掷距离计算电路也可以用一个单片机构成。

参见本发明的图5可知，用以下的计算公式可以计算出投掷物的出手角度。在实际的计算中，要考虑到投掷小球的初始高度，如图(5)就是初始高度为h为示意图：

下面有两个公式：

$>\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}_0^2-v_0{t}_0\sin a=h$>

x₀＝v₀t₀cosa

t₀——从抛出点到落地点的行进时间；

h——抛出点的初始高度，如图(5)

x₀——从抛出点到落地点的距离

g——重力加高度，一般取g＝9.8

所以得出的初始高度方向为：(也就是出手角度)

$>\mathrm{tga}=\frac{{\mathrm{gt}}_0^2-2h}{2_{x_0}}$>

这就是要求的式子。

把算出的角度代入(1)，(2)式，就可求出高度。

当然，我们可以做一个对应于以上公式的电路或用编程的方法来求出投掷物的出手角度。

如图(5)所示，用以下的计算公式可以计算出投掷物在空中运动轨迹的弧线长度，已知投掷物从抛出点到落地点运动的时间t0和投掷物运动的位移x0，由这两个条件可知道，投掷物抛出时的初速度VO和抛出时初速度与地面的夹角a之间的关系式为：

V0 t0 COS a＝x0

但是不能确定具体的初速度V0是多大，因为在这个问题中初速度V0和初速度的方向未知。

现在的已知条件也不能求出抛物线的方程，也无法求出曲线的长度，必须再加上一个条件。

这个条件可以是任意位移处的小球的高度，但是一般都是给出小球在中点位移处的高度，即

x0/2处的小球的高度h.

如果条件满足，则抛物线的方程不妨设为：y＝PX²+qX

这个方程一定是这样，p，q是已知数，可由已知条件得出。

y(0)＝0，y(x0/2)＝h，y(x0)＝0

由此可得出投掷物在空中运动轨迹的弧线长度表达式为：

$>S=\frac{1}{a(1-\frac{b}{\sqrt{1+b^2}})}+\mathrm{aIn}[1+\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}}]+\frac{1}{a(1+\frac{b}{\sqrt{1+b^2}})}$>

$>+\mathrm{aIn}[1-\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}}]-\frac{1}{a(1-\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}})}$>

$>-\frac{1}{a(1+\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}})}-\mathrm{aIn}[1-\frac{b}{\sqrt{1+b^2}}]$>

$>\mathrm{aIn}[1+\frac{b}{\sqrt{1+b^2}}]$>

(注：弧线长度的表达式中的a、b是所求抛物线的二次项和一次项的系数，a、b是根据本发明的方法所设计的具体电路的实验来计算的。实际上根据本发明的方法所设计的具体电路可以有多个不同的实施方案，不同的具体电路计算出的a，b有所不同。因此本说明书中推导的公式是在认为a，b已知的情况下推导出来的，写出了推倒结果，根据具体电路的实验的条件计算出来a，b，套进计算公式就可以求出来了。)

当然，我们可以做一个对应于以上公式的电路或用编程的方法来求出投掷物在空中运动轨迹的弧线长度。