[发明专利]一种用于足球定位球测试的系统

权利要求书

1.一种用于足球定位球测试的系统，其特征在于，包括测试垫、传感器组、MCU和显示屏；

传感器组设置在测试垫上，用于检测足球在测试垫上的落点；

传感器组的输出端与MCU相连，MCU与显示屏连接，显示屏用于显示测试成绩；

所述的传感器组为压力传感器阵列；压力传感器阵列由多个压力传感器（2）呈多行多列的方形阵列排布而成；任意相邻的4个压力传感器的连线能形成一个矩形，压力传感器阵列输出的数据发送到MCU进行定位计算处理；

压力传感器输出数字信号到MCU，所有的压力传感器均通过CAN总线与MCU通信连接；

压力传感器输出模拟信号，压力传感器依次经第一多路模拟选择器、放大器和A/D转换器与MCU相连；

第一多路模拟选择器为16路选1模块开关，或由2个16路选1模块开关并联而成的32选1模拟开关；

MCU基于各压力传感器的检测值计算落点位置；计算方法为：

步骤I：确定落点所在矩形单元，即目标矩形单元；

对测量值进行排序，去测量值最大的3个相连的压力传感器所在的矩形单元为目标矩形单元；

步骤II：计算在该目标矩形单元内4个计算点Q1~Q4的坐标；

将测量值换算成半径；

基于余弦定理计算该目标矩形单元中2个相连的压力传感器确定的计算点的坐标；

步骤III：求4个计算点Q1~Q4的重心即为落点P的坐标，完成落点计算；

则最终的落点P的位置即为Q1-Q4点的重心位置，即P(x_p，y_p)点的坐标计算如下：

x_p=（x _Q1+ x _Q2+ x _Q3+ x _Q4）/4;

y_p=（y _Q1+ y _Q2+ y _Q3+ y _Q4）/4;

其中，x _Q1、 x _Q2、 x _Q3、 x _Q4 分别为Q1-Q4点的横坐标；y _Q1、 y _Q2、y _Q3、y _Q4分别为Q1-Q4点的纵坐标；

最后再基于落点P(x_p，y_p)的位置换算成足球定位球测试成绩；

步骤II中，基于余弦定理计算该目标矩形单元中2个相连的压力传感器确定的计算点的坐标的方法如下：

设ABCD点为目标矩形区域的4个压力传感器，r1,r2，r3和r4分别为ABCD点的半径；

（1）计算由A、B点确定的交点Q1的方法：

基于余弦定理：cosB=(c²+a²-b²)/(2ac);

三角形ABQ1中，已知AB长为a，AQ1和BQ1的长度分别为r1和r2；

设AB和AQ1的夹角为α，则 有：

cosα=(a²+r1²-r2²)/(2*a*r1)；α=arcos[(a²+r1²-r2²)/(2*a*r1)];

则Q1点的坐标（x _Q1，y _Q1）如下：

x _Q1=x0+r1*cosα;

y _Q1=y0-r1*sinα;

其中，x0和y0分别为A点的横坐标和纵坐标；

（2）同理求得由BC点确定的交点Q2，由CD点确定的交点Q3，由AD点确定的交点Q4的坐标；

测试垫上设有弹性层，用于缓冲足球队测试垫的冲击，有利于准确测量；

还包括与MCU连接的通信模块和身份证验证模块；通信模块用于将测量数据和成绩传送到服务器或远程终端；

还包括备用测试系统：基于光电定位的足球定位球自动测试装置及系统；

基于光电定位的足球定位球自动测试装置，包括测试垫、外框和MCU；

测试垫设置在外壳中，外框为矩形，外框的第一侧和第二侧分别设有M和N个发光管，第一侧与第二侧相邻；

外壳的第三侧和第四侧分别设有M和N个光接收管；第三侧与第四侧相邻；且第一侧和第三侧相对，第二侧与第四侧相对；

M个发光管与M个接收管对应设置，没有阻挡时，M个发光管发出的光线能对应射到M个接收管中；

N个发光管与N个接收管对应设置，没有阻挡时，N个发光管发出的光线能对应射到N个接收管中；

所有的发光管受控于MCU，MCU控制所有的发光管的同时开闭，或能控制任一发光管关闭或打开；

所有的光接收管的输出电信号送入到MCU中；MCU根据该电信号判断足球的落点；

同一侧的相邻2个的发光管的间距小于足球的直径，同一侧的相邻2个的光接收管之间的间距小于足球的直径，从而保证足球在任何位置都能被检测到；

同一侧的发光管等间距设置或变间距设置；

为保证检测精度均一，第一侧和第二侧的多个发光管均等间距布置，且第一侧的发光管之间的间距与第二侧的发光管之间的间距相等；

MCU采用轮询的方式检测具体被阻挡光路的光接收管，从而实现足球的定位检测；

还包括检测飞行器，监控飞行器用于拍摄现场图像，并将现场图像传输到服务器；

基于光电定位的足球定位球自动测试系统进行测试时，测试方法如下：

步骤A：搭建测试系统；

搭建基于光电定位的足球定位球自动测试系统；

步骤B：双向光电扫描步骤；

启动X，Y方向的光电扫描，获得X方向和Y方向的扫描结果

扫描是指使得发光管发光，接收管若没有被遮挡，输出高电平，若被遮挡，输出低电平，轮询光接收管的电平信号，即可确定某一时刻哪一个或多个光接收管被遮挡；

步骤C：基于扫描结果确定落点位置，具体为第一落点位置，反弹落点位置不计；

基于X方向的扫描结果确定落点的X坐标；基于Y方向的扫描结果确定落点的Y坐标；最终得到落点的位置坐标；

放大器由2个运算放大模块级联而成，前级的运算放大模块为放大倍数可调的运算放大，基于第二多路模拟选择器实现调节，所有的压力传感器均通过CAN总线与MCU通信连接；

本电路采用二级放电电路，包括2个运放，分别是AMP1和AMP2，均为反比例放大器；其中AMP1能调节放电倍数，具体为具有4档调节倍数，具有电阻的设置，分别为2.4，1，0.51和0.27倍，而AMP2的放大倍数为1，即相当于反相器；且运放AMP1放大倍数的切换，是由4选1模拟选择器来实现的；最终的放大后的信号为V0，再进入ADC端进行模数转换；

基于压力传感器的测试系统以及基于光电检测的测试系统合并利用，MCU获得2个定位结果，即一个通过传感器阵列获得的定位结果，另一个为通过光接收管获得的定位结果，其中一个作为最终结果，一个作为备用；若根据前者精度更高，可以采用前一个，若精度相当，且后者速度更快，则选用第2个，若一个结果明显有误，则采用另一个，可靠性高；

检测垫处设置多块光伏板，光伏板为锂电池充电；

锂电池采用恒流充电电路充电，恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB；

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB；

飞行器包括支架、旋翼、底板、云台、支腿和相机；旋翼和云台设置在支架上；底板固定在支架底部；相机安装在云台上；支腿固定在底板的底部；相机包括机身和复合式镜头；机身内设有CCD传感器，机身上设有用于镜头对准的光电发射与接收装置；复合式镜头上设有转轴；复合式镜头内集成有4个子镜头；子镜头沿复合式镜头的周向均匀布置；复合式镜头的后端还设有与所述光电发射与接收装置适配的光反射片；机身内还设有用于驱动镜头旋转的步进电机；光电发射与接收装置和光反射片为2套，呈轴线对称，对准效果更好，只有2套光电发射与接收装置和光反射片都对准后，才认为镜头与CCD传感器对准；支腿为4根，支腿竖直设置，相邻支腿之间的设置有水平的横梁；支腿包括上支腿、下支腿和脚钉；上支腿下端设有导向槽；下支腿上端设有导向杆；导向杆插装在导向槽中；在导向槽内设有弹簧；弹簧设置在导向槽的顶壁与导向杆顶端之间； 下支腿的下端部设有脚钉；下支腿的下端部的外壁设有外螺纹；下支腿的下端部套接有带内螺纹的套筒，套筒的下端设有垫环；底盘上还设置有陀螺仪和无线通信模块；陀螺仪用于导航，无线通信模块用于接收遥控器的指令，并将拍摄的照片和视频信息传送到地面接收端设备；所述的支架为由4个结构相同的伸缩式悬臂组成的十字形悬臂架；每一个伸缩式悬臂包括外臂和内臂；外臂的内端部与内臂的外端部通过锁扣相连；锁扣上设有带倒刺的插脚；锁扣为多个；外臂的内端部和内臂的外端部均设有多组用于插脚穿过的插孔；每组插孔包括至少2个插孔；旋翼包括主旋翼和副旋翼；在外臂的外端部设有主旋翼和副悬臂；主旋翼和副悬臂共轴线设置，且主旋翼位于外臂的上方，副旋翼位于外臂的下方；主旋翼的桨径大于副旋翼的桨径；副旋翼为涵道风扇，副旋翼通过涵道风扇固定件固定在外臂的底部；锁扣具有壳体；壳体包括外壳体、压块和压簧；插脚为2根；插脚固定在外壳体上；压块位于外壳体内并套装在2根插脚上；压块能沿插脚移动；压块与插脚之间设有压簧，压簧套装在插脚的根部；外臂的内端部设有2组用于插脚穿过的插孔；外臂上的每组插孔包括2个插孔；锁扣为2个；内臂的外端部上等间距设有4组用于插脚穿过的插孔；内臂上的每组插孔包括2个插孔；副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.2-0.35；垫环为橡胶材质，脚钉为不锈钢材质。