專利名稱：立定跳遠(yuǎn)自動測距儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教學(xué)儀器，尤其涉及一種體育教學(xué)中使用的立定跳遠(yuǎn)測距儀。
背景技術(shù)：
立定跳遠(yuǎn)是各地中招體育考試的必考或選考科目，是學(xué)生在校期間體育達(dá)標(biāo)的必 測項(xiàng)目。在傳統(tǒng)的立定跳遠(yuǎn)中測量采用的是人工測量的方法，裁判需要反復(fù)地用尺子測量 成績，用肉眼讀數(shù)并記錄，工作的效率不高。在測量過程中，裁判用肉眼判斷成績，判斷是否 踩起跳線犯規(guī)，難免會因?yàn)殚L時間的反復(fù)測量造成疲勞，也難免會有主觀因素造成的誤差。 為了提高裁判的工作效率，減輕裁判工作量，避免主觀因素造成的成績誤差，立定跳遠(yuǎn)測距 儀的設(shè)計就很有必要。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體育測量產(chǎn)品也在不斷的更新?lián)Q代，已經(jīng)出現(xiàn)了紅外 測量和光電測量以及機(jī)械測量和電子測量等立定跳遠(yuǎn)儀器，國家鼓勵有條件的學(xué)校使用電 子測量產(chǎn)品，越來越多的學(xué)校會采用新型的智能的測距產(chǎn)品去代替繁瑣的人工測量，有效 的提高體育測試工作的效率，節(jié)約人力資源成本。已有的利用非接觸紅外傳感器測量的立 定跳遠(yuǎn)測距儀成本較高，系統(tǒng)比較耗電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確的立定跳遠(yuǎn)自動測距儀。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，由數(shù)據(jù) 采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)顯示部分和電源部分組成，數(shù)據(jù)采集部分與數(shù)據(jù)處理部分相 連，數(shù)據(jù)顯示部分與數(shù)據(jù)處理部分相連，電源部分分別與數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分及數(shù) 據(jù)顯示部分相連。所述的數(shù)據(jù)采集部分包括一個跳遠(yuǎn)毯，跳遠(yuǎn)毯由起跳毯、過渡毯、測量毯和防護(hù)毯 依次相連而成，所述的測量毯包括上、下兩層橡膠墊，在上層橡膠墊上附著有上層導(dǎo)電橡膠 條，在上層導(dǎo)電橡膠條正下方的下層橡膠墊上附著有呈等距分布的下層導(dǎo)電橡膠條，在相 鄰的導(dǎo)電橡膠條之間有彈性絕緣體；所述的起跳毯表面有起跳線和犯規(guī)線，在起跳線下方 的毯體內(nèi)裝有一對導(dǎo)電橡膠條，在犯規(guī)線下方的毯體內(nèi)也裝有一對導(dǎo)電橡膠條。所述的起跳毯、過渡毯、測量毯和防護(hù)毯均為邊長1米的正方形，測量毯內(nèi)的導(dǎo)電 橡膠條寬度均為0. 5厘米、長度均為80厘米，兩個相鄰的下層導(dǎo)電橡膠條之間的距離為0. 5 厘米，起跳毯表面有三條起跳線，每條起跳線前方0. 5厘米處有一條犯規(guī)線，相鄰的兩條犯 規(guī)線之間的距離為30厘米。所述的起跳毯和防護(hù)毯的邊緣處分別裝有提手。采用上述技術(shù)方案的測距儀，可以自動測量離起跳線落地點(diǎn)最近的成績，顯示成 績，極大的方便了裁判的工作。整個測量過程沒有人為的按鍵，智能化和自動化程度更高， 可以提高學(xué)校體育測試的效率。成本低，實(shí)用性強(qiáng)，完全符合實(shí)際使用的要求，便于推廣使用。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為跳遠(yuǎn)毯的主視示意圖。圖3為測量毯的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為主機(jī)模塊的電路原理圖。圖5為從機(jī)模塊的電路原理圖。圖6為犯規(guī)報警部分的電路原理圖。圖7為電源部分的原理框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，整個立定跳遠(yuǎn)測距儀的系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)顯 示部分以及電源各部分組成。具體實(shí)施時，數(shù)據(jù)采集部分由跳遠(yuǎn)毯和從機(jī)模塊完成，數(shù)據(jù)處 理由主機(jī)模塊完成，數(shù)據(jù)顯示部分采用具有亮度高優(yōu)點(diǎn)的LED顯示，立定跳遠(yuǎn)測距儀的電 源部分采用大容量的蓄電池和12v的開關(guān)電源，測距儀的供電可以在電池供電與市電供電 之間自動切換。軟件部分采用了 C51編寫。如圖2所示，跳遠(yuǎn)毯由起跳毯1、過渡毯2、測量毯3和防護(hù)毯4依次相連而成，起 跳毯、過渡毯、測量毯和防護(hù)毯均為邊長1米的正方形，整個跳遠(yuǎn)毯長4米、寬1米。如圖3 所示，測量毯3包括上、下兩層橡膠墊，在上層橡膠墊31上附著有上層導(dǎo)電橡膠條32，在上 層導(dǎo)電橡膠條正下方的下層橡膠墊35上附著有呈等距分布的下層導(dǎo)電橡膠條34，所有的 導(dǎo)電橡膠條寬度均為0. 5厘米、長度均為80厘米，兩個相鄰的下層導(dǎo)電橡膠條之間的距離 為0. 5厘米，在相鄰的兩個導(dǎo)電橡膠條之間有彈性絕緣體33，在測量毯內(nèi)共有100對導(dǎo)電橡 膠條。所有的上層導(dǎo)電橡膠條接的是+5v的電源，而每個下層導(dǎo)電橡膠條對應(yīng)著接單片機(jī) 的一個IO 口，這樣相當(dāng)于組成一個大的獨(dú)立式鍵盤。當(dāng)測量毯上面有人落地時，會使上下 兩面的導(dǎo)電橡膠條接觸產(chǎn)生電信號，相當(dāng)于有按鍵按下了。起跳毯1表面有三條起跳線7，每條起跳線前方0. 5厘米處有一條犯規(guī)線6，相鄰 的兩條犯規(guī)線之間的距離為30厘米，這樣設(shè)置的理由是根據(jù)普通人的腳長，起跳線之間 距離相差30cm時就可以保證在起跳時不會同時踩到2條起跳線，對報警線的軟件設(shè)計是運(yùn) 動員只有在踩到起跳線的同時踩到了報警線，主機(jī)才會發(fā)出報警的聲音，這樣可以有效的 解決人員在跳毯上的走動而引起的無效報警問題。起跳毯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與測量毯的結(jié)構(gòu)基本 相同，即包括上、下兩層橡膠墊，兩層橡膠墊之間裝有導(dǎo)電橡膠條和彈性絕緣體，不同的是， 只在每條起跳線和犯規(guī)線的下方各裝有一對導(dǎo)電橡膠條。為了節(jié)約設(shè)計成本，過渡毯和防護(hù)毯是普通的橡膠毯，并不具備測量的功能。為了方便移動，四塊方形毯子可以折疊在一起成為一個邊長1米的毯子，并且在 起跳毯和防護(hù)毯的邊緣處分別裝有提手5，可以一個人提著移動。表1說明了選擇不同起跳線時對應(yīng)自動測距儀的量程L。在適用過程中允許學(xué)生 根據(jù)自身水平選擇起跳線。起跳線和報警線的信息從機(jī)采集之后通過串口發(fā)送給主機(jī)，主 機(jī)再做處理。表1起跳線與測量范圍
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數(shù)據(jù)的測量方面，測量毯內(nèi)上、下面對應(yīng)貼上導(dǎo)電橡膠條，平時上下的導(dǎo)電橡膠條 是不接觸，當(dāng)有人跳在上面時帶動橡膠條接觸，相應(yīng)的電路連通，從機(jī)通過采集數(shù)據(jù)，可以 知道人的落地點(diǎn)。導(dǎo)電橡膠條的一端接從機(jī)，從機(jī)采集各個IO 口的狀態(tài)，通過軟件設(shè)計知 道離起跳線最近的落地點(diǎn)。主機(jī)與從機(jī)之間采用RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)查詢各個從機(jī)，把數(shù) 據(jù)收集過來，處理之后顯示在LED上。為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳送的快速性與可靠性，主機(jī)對從機(jī)進(jìn)行不間斷的查詢方式，而且 根據(jù)實(shí)際需要對標(biāo)準(zhǔn)的主從通信方式進(jìn)行改善，使系統(tǒng)的的穩(wěn)定性與可靠性達(dá)到實(shí)時環(huán)測 量境的要求。主機(jī)部分主要完成的是不僅處理從機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并送顯示模塊顯示，還要 把犯規(guī)信息告訴裁判。如圖4所示，主機(jī)由單片機(jī)1U2、總線驅(qū)動雙向三態(tài)門1U1、通信接 頭1U3、收發(fā)器1U6、低壓差線性調(diào)壓器1U6、連接器1U4連接而成，蜂鳴器BUZZER與單片 機(jī)相連，其中，單片機(jī)1U2采用P89LPC921，總線驅(qū)動雙向三態(tài)門IUl采用74HC245、1U3采 用HEADER5X2、收發(fā)器1U6采用MAX485、低壓差線性調(diào)壓器1U6采用LMl 117、連接器1U4 采用DB9。當(dāng)使用內(nèi)部復(fù)位和內(nèi)部RC振蕩器的時候，不需要外接單片機(jī)的Pl.O(TXD)和 Pl. 1 (RXD)，通過MAX485與從機(jī)部分進(jìn)行通信。P0. 0連接MAX485的狀態(tài)控制端，置位時允 許發(fā)送，清零時允許接收。P0. 1控制蜂鳴器BUZZER，當(dāng)有犯規(guī)信息的時候，主機(jī)通過軟件的 設(shè)置控制蜂鳴器報警2秒，提示裁判成績無效。Pl. 2，Pl. 3，Pl. 4，P3. 0，P3. 1通過74HC245 的驅(qū)動，1U3接移位寄存器74HC595后連接顯示模塊，用于輸出顯示的測量值。由于單片機(jī) P89LPC921的工作電壓為+2. 4v-+3. 6v，所以采用了一片LMl 117把+5v的電壓轉(zhuǎn)換之后供 單片機(jī)使用。連接器1U4用于外接計算機(jī)，把測得成績送給計算機(jī)，方便對成績的統(tǒng)計和打 印成績單。如圖5所示的從機(jī)模塊，由單片機(jī)2U1、收發(fā)器2U2、接口排針2J1和2J2、以及 一些電阻、電容等連接而成，其中，單片機(jī)2U1采用P89LPC921，收發(fā)器2U2采用MAX485。 P89LPC921共有20個口，當(dāng)使用內(nèi)部RC振蕩器和內(nèi)部復(fù)位的時候，除去電源和地，可以用 18個口。在這個系統(tǒng)中，通信用的MAX485需要用2個數(shù)據(jù)口 PL 0、P1. 1和一個控制口 P0. 7， 所以余下15個IO 口可以使用，在使用的時候沒有用Pl. 5 (RST)，用了 14個IO 口 P0. 0， P0. 1，P0. 2，P0. 3，P0. 4，P0. 5，P0. 6，Pl. 2，Pl. 3，Pl. 4，Pl. 6，Pl. 7，P3. 0，P3. 1，連接的是測 量毯的導(dǎo)電橡膠條，當(dāng)有人踩在測量板上的時候相應(yīng)的IO 口位置，把跳遠(yuǎn)的距離轉(zhuǎn)換成電 平信號，獲得測量數(shù)據(jù)。其中2J1是與主機(jī)通信的接口排針，2J2是與導(dǎo)電橡膠條相連的接 口排針，用以傳送數(shù)據(jù)信息。由于每個單片機(jī)P89LPC921只有14個IO 口可用，則測量毯上的100個導(dǎo)電橡膠
5條就需要8個單片機(jī)來連接，其中7個單片機(jī)如圖5所示那樣，共接98個導(dǎo)電橡膠條，剩余 的2個橡膠條接在第8個單片機(jī)3U1上，如圖6所示，這個單片機(jī)3U1上還接了起跳線和犯 規(guī)線下方的6個導(dǎo)電橡膠條。顯示模塊采用3位LED數(shù)碼管，亮度高，不論在室外或室內(nèi)都能得到很好的顯示效 果。顯示部分可以采用串行顯示的方法，節(jié)省單片機(jī)的IO 口去實(shí)現(xiàn)其他的功能。使用串行 顯示的過程中，需要用軟件的方法把數(shù)據(jù)一位一位地送顯示，然后通過串入并出的移位寄 存器74HC595把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)點(diǎn)亮響應(yīng)的數(shù)碼管。立定跳遠(yuǎn)自動測距儀需要連續(xù)的長時間工作，電源關(guān)系著整個系統(tǒng)的性能。在設(shè) 計中使用了交流電源和蓄電池的切換。電源框圖如圖7所示，在市電供電和蓄電池供電之 間采用了一個繼電器，當(dāng)采用市電供電的時候，12v的開關(guān)電源工作給系統(tǒng)提供直流電，并 且同時充電電路工作，開始給蓄電池充電；當(dāng)市電切斷的時候，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合蓄電 池開始給系統(tǒng)供電，這樣可以保證系統(tǒng)可以長期可靠的運(yùn)行。立定跳遠(yuǎn)測距儀完成的功能如下一、可以自動的測量離起跳線落地點(diǎn)最近的成績，顯示成績，避免了裁判的重復(fù)性 工作和主觀判斷失誤的可能性，極大的方便了裁判的工作。二、在起跳毯上設(shè)置了三根起跳線，可以在測量毯有限的的長度下，選擇不同的起 跳線而獲得更廣的跳遠(yuǎn)測量距離，在大大節(jié)約硬件成本的同時可以滿足實(shí)際的測量需要。 在實(shí)際的使用過程中，可以根據(jù)年齡、性別等自主選擇起跳線，且主機(jī)可以根據(jù)不同的起跳 線計算出相應(yīng)的實(shí)際測量距離。在量程的確定上參考了國家體育達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足中 小學(xué)生乃至大學(xué)生的測量需求。三、設(shè)有犯規(guī)報警線，在踩起跳線的同時踩到犯規(guī)線會會發(fā)出警報信號，語音提示 犯規(guī)，更加智能。軟件設(shè)計與現(xiàn)實(shí)的測量規(guī)則相同，更加貼近實(shí)際。四、市電和電池兩用供電，且自動轉(zhuǎn)換，在使用市電的情況下，電池自動斷開供電， 且可以對電池充電，在沒有市電的條件下可以用蓄電池連續(xù)工作10小時以上。五、具備擴(kuò)展功能和計算機(jī)通信，把測得成績送給計算機(jī)，方便對成績的統(tǒng)計和 打印成績單，省去了裁判的手工記錄工作，更加的人性化。六、整個測量過程沒有人為的按鍵，智能化和自動化程度更高，可以提高學(xué)校體育 測試的效率。成本低，實(shí)用性強(qiáng)，完全符合實(shí)際使用的要求，便于推廣使用。
權(quán)利要求
一種立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，其特征在于由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)顯示部分和電源部分組成，數(shù)據(jù)采集部分與數(shù)據(jù)處理部分相連，數(shù)據(jù)顯示部分與數(shù)據(jù)處理部分相連，電源部分分別與數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分及數(shù)據(jù)顯示部分相連。
2.如權(quán)利要求1所述的立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集部分包括 一個跳遠(yuǎn)毯，跳遠(yuǎn)毯由起跳毯、過渡毯、測量毯和防護(hù)毯依次相連而成，所述的測量毯包括 上、下兩層橡膠墊，在上層橡膠墊上附著有上層導(dǎo)電橡膠條，在上層導(dǎo)電橡膠條正下方的下 層橡膠墊上附著有呈等距分布的下層導(dǎo)電橡膠條，在相鄰的導(dǎo)電橡膠條之間有彈性絕緣 體；所述的起跳毯表面有起跳線和犯規(guī)線，在起跳線下方的毯體內(nèi)裝有一對導(dǎo)電橡膠條，在 犯規(guī)線下方的毯體內(nèi)也裝有一對導(dǎo)電橡膠條。
3.如權(quán)利要求2所述折立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，其特征在于所述的起跳毯、過渡毯、測 量毯和防護(hù)毯均為邊長1米的正方形，測量毯內(nèi)的導(dǎo)電橡膠條寬度均為0.5厘米、長度均為 80厘米，兩個相鄰的下層導(dǎo)電橡膠條之間的距離為0. 5厘米，起跳毯表面有三條起跳線，每 條起跳線前方0. 5厘米處有一條犯規(guī)線，相鄰的兩條犯規(guī)線之間的距離為30厘米。
4.如權(quán)利要求2所述的立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，其特征在于所述的起跳毯和防護(hù)毯的 邊緣處分別裝有提手。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)顯示部分和電源部分組成，數(shù)據(jù)采集部分與數(shù)據(jù)處理部分相連，數(shù)據(jù)顯示部分與數(shù)據(jù)處理部分相連，電源部分分別與數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分及數(shù)據(jù)顯示部分相連。這種立定跳遠(yuǎn)自動測距儀，可以自動測量離起跳線落地點(diǎn)最近的成績，顯示成績，極大的方便了裁判的工作。整個測量過程沒有人為的按鍵，智能化和自動化程度更高，可以提高學(xué)校體育測試的效率。成本低，實(shí)用性強(qiáng)，完全符合實(shí)際使用的要求，便于推廣使用。
文檔編號G01B7/02GK101890219SQ200910064950
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者寧遼貞, 桂博, 范俊鋒, 趙安慶 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)