一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置及方法與流程
本發明涉及一種自動測距裝置技術領域，特別涉及一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置及方法。
背景技術：
體育競賽的田賽長距離投擲項目有標槍、鐵餅、鏈球等，其現(國際、國內大型賽事)測量距離方法為：裁判員尋找投擲物落點，在落點處放置“六棱鏡”，測距儀掃描“六棱鏡”測算出投擲距離。而普通測量方法是裁判員尋找落點，用仗繩測量。
傳統的兩種測量方法缺點是：1、尋找投擲物落點有一定危險性，各級別比賽都曾經出現過標槍扎傷裁判員、鐵餅砸傷裁判員、鏈球鏈掃傷裁判員等現象；2、多次投擲時出現的多個交叉落點裁判易出現落點判斷錯誤；3、仗繩有一定的伸縮誤差；4、“六棱鏡”掃描測距易受天氣、光線等干擾。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置及方法，在投擲場地中設置三個測點，采用超聲波接收傳感器利用聲音的傳播距離不同帶來的超聲波接收傳感器接收的信號時間差，根據幾何定律，利用pc機的計算機軟件計算出投擲距離，在顯示屏中進行顯示。
為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：
一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置，包括傳感器、信號處理單元、pc機及顯示屏，所述的傳感器包括設置于投擲物上的紅外測距傳感器和超聲波發射器以及分別設置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器，當紅外線測距傳感器檢測到投擲物距離地面2cm時，觸發超聲波發射器發出超聲波信號，此時，設置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器進行超聲波信號的接收。
所述的超聲波接收傳感器通過信號線連接信號處理單元，信號處理單元以通訊接口方式連接pc機，pc機通過接口與顯示屏相連接。
所述的超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號發送至信號處理單元進行信號處理，之后將信號發送至pc機，pc機通過計算三個測點接收到的超聲波信號的時間差，計算出投擲物的投擲距離。
所述的紅外測距傳感器和超聲波發射器通過信號線相連接，均安裝于投擲物內部。
所述的超聲波接收傳感器為超聲波接收探頭，其接收到的超聲波信號需經過信號處理單元進行放大、波形變換和數據轉換。
所述的信號處理單元為數據采集卡，接收所述的傳感器的4～20ma標準信號，通過modbus-rtu方式或usb通訊方式將信號發送至pc機。
所述的紅外測距傳感器可以設置于投擲物上的多個面，多角度判斷離地距離。
利用所述體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置的一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距方法，測點a、b和c為固定點，投擲點o為固定點，由此則：a與b、b與c、c與a之間的距離c、b、a為已知定值，o與a、b、c之間的距離a0、b0、c0為已知定值；a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc為已知值；
包括以下步驟：
步驟一、計算ab與ao的夾角θ1和ao與ac的夾角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：
b02＝c2+a02-2ca0cosθ1
c02＝b2+a02-2ba0cosθ2
步驟二、根據a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc列出以下方程：
lb＝la+v(tb-ta)
lc＝la+v(tc-ta)
其中：la為測點a與落地點p的距離，lb為測點b與落地點p的距離，lc為測點c與落地點p的距離，v為聲速；
步驟三、將步驟二中的lb和lc公式代入以下方程組中：
lc2＝la2+b2-2labcosθ3
lb2＝la2+c2-2laccos(θ1+θ2+θ3)
求出la和θ3；
步驟四、利用步驟一至步驟三中的計算結果由下列公式計算出投擲點o和落地點p之間的距離lop：
lop＝a02+la2-2a0lacos(θ2+θ3)。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明提出的一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置及方法，摒棄了以往的體育項目測距方法，也不用人力丈量，在投擲場地中設置三個測點，采用超聲波接收傳感器利用聲音的傳播距離不同帶來的超聲波接收傳感器接收的信號時間差，能夠根據幾何定律，利用pc機的計算機軟件計算出投擲距離，測量結果比人工丈量結果精確。
附圖說明
圖1是本發明提出的一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置的結構示意圖；
圖2是本發明提出的一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距方法的幾何原理圖。
圖3是本發明提出的一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置及方法的具體實施例圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明提供的具體實施方式進行詳細說明。
如圖1所示，一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置，包括傳感器、信號處理單元、pc機及顯示屏，所述的傳感器包括設置于投擲物上的紅外測距傳感器和超聲波發射器以及分別設置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器，當紅外線測距傳感器檢測到投擲物距離地面2cm時，觸發超聲波發射器發出超聲波信號，此時，設置于測點a、b、c的超聲波接收傳感器進行超聲波信號的接收。
所述的超聲波接收傳感器通過信號線連接信號處理單元，信號處理單元以通訊接口方式連接pc機，pc機通過接口與顯示屏相連接。
所述的超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號發送至信號處理單元進行信號處理，之后將信號發送至pc機，pc機通過計算三個測點接收到的超聲波信號的時間差，計算出投擲物的投擲距離。
所述的紅外測距傳感器和超聲波發射器通過信號線相連接，均安裝于投擲物內部。
所述的超聲波接收傳感器為超聲波接收探頭，其接收到的超聲波信號需經過信號處理單元進行放大、波形變換和數據轉換。
所述的信號處理單元為數據采集卡，接收所述的傳感器的4～20ma標準信號，通過modbus-rtu方式或usb通訊方式將信號發送至pc機。
所述的紅外測距傳感器可以設置于投擲物上的多個面，多角度判斷離地距離。
所述的數據采集卡優選型號為dam0404，包括4路di輸入和4路do輸出，支持rs232modbusrtu串口通信協議。
所述的紅外測距傳感器優選sharp的紅外測距傳感器，所述的超聲波發射器及超聲波接收探頭為現有技術，超聲波發射電路及接收電路的設計為常見的電路設計，這里不做詳細敘述。
常規的超聲波單發射電路結構簡單，小功率的超聲波發射電路能夠集成到一塊小面積的電路板上，安裝或預埋于鐵餅、鏈球和標槍內部，還可以安裝于標槍的槍桿部分。
如圖2所示，利用所述體育競賽遠距離投擲項目自動測距裝置的一種體育競賽遠距離投擲項目自動測距方法，測點a、b和c為固定點，投擲點o為固定點，由此則：a與b、b與c、c與a之間的距離c、b、a為已知定值，o與a、b、c之間的距離a0、b0、c0為已知定值；a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc為已知值；
包括以下步驟：
步驟一、計算ab與ao的夾角θ1和ao與ac的夾角θ2，利用以下公式求出θ1和θ2：
b02＝c2+a02-2ca0cosθ1
c02＝b2+a02-2ba0cosθ2
步驟二、根據a、b、c三個測點接收聲音信號的時鐘ta、tb、tc列出以下方程：
lb＝la+v(tb-ta)
lc＝la+v(tc-ta)
其中：la為測點a與落地點p的距離，lb為測點b與落地點p的距離，lc為測點c與落地點p的距離，v為聲速；
步驟三、將步驟二中的lb和lc公式代入以下方程組中：
lc2＝la2+b2-2labcosθ3
lb2＝la2+c2-2laccos(θ1+θ2+θ3)
求出la和θ3；
步驟四、利用步驟一至步驟三中的計算結果由下列公式計算出投擲點o和落地點p之間的距離lop：
lop＝a02+la2-2a0lacos(θ2+θ3)。
以上的計算方法的計算過程能夠在pc機中完成，在pc機中安裝相應的應用軟件來自動完成計算，應用軟件可以由vb、vc開發，或直接由matlab算出結果。
如圖3所示，為具體實施例圖，在標槍投擲場地上分別設置的測點a、測點b、測點c，以標槍投擲區扇形中心點為投擲點o，落地點p根據實地落地位置，由本發明的裝置及方法計算出投擲點o與落地點p的距離。
以上實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。
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