一種模擬真實足球射門的仿真裝置的製作方法
2023-05-22 22:33:51
專利名稱：一種模擬真實足球射門的仿真裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模擬真實足球射門的仿真裝置。
背景技術：
足球運動是一項全民的運動，通過該運動可以增強人們的體質，培養人們的團隊精神。但是由於足球場地佔地面積大，隨便建成足球場是不可能的，因此，往往影響了對青少年足球運動的培養和遏制了青少年足球運動的發展。
發明內容
本實用新型是為了解決現有足球場地少，難以滿足青少年參加足球運動尤其專門練習射門動作的困難，而提供的一種模擬真實足球射門的仿真裝置。本實用新型模擬真實足球射門的仿真裝置可以使參與者在小範圍內也能體驗到足球運動的真實感受，在參與的過程中，既挑戰自己身體的力量、速度與反應能力，也鍛鍊了身體，同時提高了對高科技與球類運動的興趣。
本實用新型採取的技術措施是模擬真實足球射門的仿真裝置，其特點是，包括一個小型封閉的仿真足球場，足球場的一側牆面同設為球門和投影屏幕，與球門相對的並相距點球距離處的場地上設有發球點，發球點的上方設有投影儀，在發球點和球門之間的上方兩側對稱各設有一光電耦合檢測器；還包括一個球運動檢測裝置和一計算機處理器；所述的發球點設有一個壓力傳感器，該壓力傳感器的輸出信號通過導線與光電耦合檢測器的輸出信號同步傳輸到球運動檢測裝置，所述的球運動檢測裝置將實時採集到的足球的運動參數傳輸到計算機處理器，經過計算機處理後的虛擬圖像信號傳送到投影儀，由投影儀輸出動畫影像信號投影到投影屏幕上顯示出來。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的每個光電耦合檢測器各包括一光學鏡頭、一線性光學耦合紅外成像晶片、一光學耦合檢測輸入驅動電路和一光學耦合信號輸出放大驅動電路，集成在一個箱體內。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的光學鏡頭採用光學耦合攝像機專用光學鏡頭。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的光學耦合檢測輸入驅動電路和一光學耦合信號輸出放大驅動電路為一光電耦合集成電路。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的球運動檢測裝置包括一掃描脈衝分配器、一檢測信號處理器以及一單片機；所述的光電耦合檢測器及壓力傳感器的輸出端分別與檢測信號處理器的輸入端連接；檢測信號處理器的輸出端分別輸出一檢測數據和一中斷信號，檢測數據與單片機的數據輸入端連接，中斷信號與單片機的總線接口連接；所述的單片機輸出一控制脈衝到掃描脈衝分配器進行分頻後，該分頻信號送到光電耦合檢測器的輸入端，控制光電耦合檢測器動作與否。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的掃描脈衝分配器由分頻相位分頻器構成。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的檢測信號處理器由模數轉換器構成。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，所述的足球場地的四周為牆壁，其中一側牆壁設有球門並作為投影屏幕，其它三個牆壁中至少有一側牆壁設有供參與者進出的門；所述的足球場地的頂部設有一整體防護網。
上述模擬真實足球射門的仿真裝置，其中，還可以包括一副環繞音響裝置，其喇叭分設在足球場地四周。
由於本實用新型採取了以上的技術方案，用計算機模擬真實的足球射門場景，並通過高解析度投影儀投射到高強度耐衝擊屏幕上，並輔之以立體聲現場環繞配音效果，使參加者如同置身於真實的球門之前，進行「點球大戰」。
本實用新型的具體結構由以下的實施例及其附圖進一步給出。
圖1是本實用新型的總體結構平面俯視示意圖。
圖2是本實用新型的電方框圖。
圖3是圖2中光電耦合檢測器的外形圖。
圖4是圖2中的球運動檢測裝置的電方框圖。
圖5是本實用新型的工作流程圖。
圖6是本實用新型的效果圖之一。
具體實施方式
請參閱圖1。本實用新型模擬真實足球射門的仿真裝置，包括一小型的矩形足球場地1，該場地可根據要求自行劃定，本實施例的場地長×寬設為7m×6m大小。場地1最裡側設有大型投影屏幕2，該大型投影屏幕2是模擬足球網的情形，其大小也可自行設定，本實施例的大型投影屏幕2模擬真正足球網的大小，設置為長4m、高3m。屏幕的前方兩側上方對稱各設有一光電耦合檢測器3，場地的適當位置還設置一球運動檢測裝置4，該球運動檢測裝置4與該光電耦合檢測器和壓力傳感器的輸出端電連接。與屏幕相對的適當距離處即設定的點球距離的場地上設有發球點，所述的發球點設有一個通過導線與光電耦合檢測器信號同步電連接於球運動檢測裝置輸入端的壓力傳感器5。發球點的上方設有投影儀6。
請參見圖2。這是本實用新型的仿真裝置的電方框圖，所述的光電耦合檢測器3與壓力傳感器5的輸出信號同步傳送到球運動檢測裝置4的輸入端，球運動檢測裝置4經過圖像信息處理後其輸出的信號傳送計算機7，由計算機進行虛擬圖像的處理後再傳輸到投影儀6，由投影儀6輸出虛擬撲球的影像信號投影到投影屏幕2上顯示出來。本實用新型採用Flash動畫的方式實現虛擬圖像的顯示，採用這種方式有幾個好處1、可以自由的替換顯示圖像；2、可以比較流暢的顯示圖像；3、可以自由的調整圖像速度；4、可以實現一些特殊的效果。
就實際效果而言，採用Flash方式實現圖像顯示能夠達到預期的目的。VC和Flash的結合通過ActiveX控制項實現。參與者9將球踢向屏幕內的球門，光耦合檢測器和球運動檢測裝置測出球的速度、角度並輸入計算機，投影屏幕的虛擬守門員做出相應的撲球動作。
請參見圖3。所述的每個光電耦合檢測器各包括一箱體10、一設在箱體窗口的光學鏡頭11、以及設在箱體內的一線性光學耦合紅外成像晶片、一光學耦合檢測輸入驅動電路和一光學耦合信號輸出放大驅動電路；光學鏡頭11採用CCD攝象機專用6mmF1.4光學鏡頭，此鏡頭在CCD(線性光學耦合紅外成像)晶片上成像為1024象素。經過4分頻處理，得到256線，因此檢測角度精度小於0.3度。當選用90度視場角鏡頭時，檢測面可以覆蓋整個檢測面。光學耦合檢測輸入驅動電路和一光學耦合信號輸出放大驅動電路由一光學耦合集成電路構成，該光電耦合檢測器的各組成部分均為現有技術，故不贅述。
請參見圖4。所述的球運動檢測裝置4包括一掃描脈衝分配器41、一檢測信號處理器42以及一單片機43；所述的光電耦合檢測器及壓力傳感器的輸出端分別與檢測信號處理器的輸入端連接；檢測信號處理器的輸出端分別輸出一檢測數據和一中斷信號，檢測數據與單片機的數據輸入端連接，中斷信號與單片機的總線接口連接；所述的單片機輸出一控制脈衝到掃描脈衝分配器進行分頻後，該分頻信號送到光電耦合檢測器的輸入端，控制光電耦合檢測器動作與否。
所述的單片機43自帶時間計數器，用於記錄兩組測量點之間的時間計數。單片機將數據存放在單片機的RAM區內。此RAM區為雙口讀寫，PC機7通過ISA總線直接讀取RAM區數據。PC機讀寫RAM區的地址可由單片機上地址開關設置(可設置地址在0200H-03E0H之間)。
球運動檢測裝置4採用ISA總線進行信號採集，同時進行時間計數。檢測數據為兩光電耦合檢測器的夾角與球從起始信號點到光電耦合檢測器檢測面的飛行時間。
使用時該球運動檢測裝置插在微計算機7的插槽中，以總線方式進行數據交換。系統程序以查詢方式訪問球運動檢測裝置的數據存貯區，並根據所採集到的內容進行一定的計算，從而得到運動物體的速度、位置和運行軌跡。
為防止足球踢出場外，在所述的小型的矩形足球場地的四周及頂部設有一整體防護網(未圖示)。
為增加氣氛，本實用新型模擬真實足球射門的仿真裝置還可以包括一副環繞音響裝置，其喇叭分設在場地四周(圖未示)。
圖5是本實用新型實現的基本流程圖。本實用新型實現的具體方式具體如下光電耦合檢測器懸掛於測量平面(即球場中部)的左、右上方，不斷描述所在監視平面的圖像的變化情況，當參與者點球時，球的運動軌跡發生變化，即鎖定平面變化點的坐標(單維)。兩部光電耦合檢測器同時工作時，即可確定當前面變化點的二維坐標。由於光電耦合檢測器安裝位置是固定的，從而得到運動物體通過測量點處時的空間坐標。
該檢測器主要用於檢測足球、高爾夫球等運動物體的空間位置並根據各測檢點之間(最少兩個點)的位置、運動消耗時間等計算出運動物體的速度和運行曲線。球速範圍球直徑大於13.65釐米時，檢測球速100米/秒以內球直徑小於10釐米時，檢測球速80米/秒以內球直徑小於5釐米時，檢測球速50米/秒以內檢測範圍光電耦合檢測器選用90度視場角鏡頭，可以覆蓋整個檢測面，檢測寬度＜＝5CM。
角度誤差小於0.3度定時精度小於0.05毫秒。
數據採集卡用於採集光電耦合檢測器所產生的位置信號，並送到計算機進行虛擬圖像的處理。
請配合參見圖1。參與者踢球前，投影儀將一個虛擬的足球球門和三維的守門員的圖形投影在正前方的大屏幕上，屏幕上虛擬的守門員不斷地在門前左右移動。當參與者將足球踢向大屏幕中的球門時，球經過斜上方的雙光耦合檢測器形成的檢測立面時，檢測系統將實時採集到足球的運動參數傳遞給計算機，計算機通過處理實時調整虛擬圖像中的球員做出相應的撲球的動作，圖6是其中的一個效果圖。
本實用新型可以微妙微俏地將足球射門和守門員撲球的情形融合於一體，圖像逼真，既可鍛鍊身體，又可提高射門技藝，促進足球運動的向前發展。同時又可使參與者感受到科技的無窮奧妙，培養創新意識。
權利要求1.模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，包括一個小型封閉的仿真足球場，足球場的一側牆面同設為球門和投影屏幕，與球門相對的並相距點球距離處的場地上設有發球點，發球點的上方設有投影儀，在發球點和球門之間的上方兩側對稱各設有一光電耦合檢測器；還包括一個球運動檢測裝置和一計算機處理器；所述的發球點設有一個傳感器，該傳感器的輸出信號通過導線與光電耦合檢測器的輸出信號同步傳輸到球運動檢測裝置，所述的球運動檢測裝置將實時採集到的足球的運動參數傳輸到計算機處理器，經過計算機處理後的虛擬圖像信號傳送到投影儀，由投影儀輸出動畫影像信號投影到投影屏幕上顯示出來。
2.根據權利要求1所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的每個光電耦合檢測器各包括一光學鏡頭、一線性光學耦合紅外成像晶片、一光學耦合檢測輸入驅動電路和一光學耦合信號輸出放大驅動電路，集成在一個箱體內。
3.根據權利要求2所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的光學鏡頭採用光學耦合攝像機專用光學鏡頭。
4.根據權利要求2所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的光學耦合檢測輸入驅動電路和一光學耦合信號輸出放大驅動電路為一光電耦合集成電路。
5.根據權利要求1所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的傳感器是壓力傳感器。
6.根據權利要求1所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的球運動檢測裝置包括一掃描脈衝分配器、一檢測信號處理器以及一單片機；所述的光電耦合檢測器及壓力傳感器的輸出端分別與檢測信號處理器的輸入端連接；檢測信號處理器的輸出端分別輸出一檢測數據和一中斷信號，檢測數據與單片機的數據輸入端連接，中斷信號與單片機的總線接口連接；所述的單片機輸出一控制脈衝到掃描脈衝分配器進行分頻後，該分頻信號送到光電耦合檢測器的輸入端，控制光電耦合檢測器動作與否。
7.根據權利要求6所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的掃描脈衝分配器由分頻相位分頻器構成。
8.根據權利要求6所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的檢測信號處理器由模數轉換器構成。
9.根據權利要求1所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，所述的足球場地的四周為牆壁，其中一側牆壁設有球門並作為投影屏幕，其它三個牆壁中至少有一側牆壁設有供參與者進出的門；所述的足球場地的頂部設有一整體防護網。
10.根據權利要求1所述的模擬真實足球射門的仿真裝置，其特徵在於，還可以包括一副環繞音響裝置，其喇叭分設在足球場地四周。
專利摘要本實用新型模擬真實足球射門的仿真裝置，其特點是，包括一個小型封閉的仿真足球場，足球場的一側牆面同設為球門和投影屏幕，與球門相對的並相距點球距離處的場地上設有發球點，發球點的上方設有投影儀，在發球點和球門之間的上方兩側對稱各設有一光電耦合檢測器；還包括一個球運動檢測裝置和一計算機處理器；發球點設有一個壓力傳感器，該壓力傳感器的輸出信號通過導線與光電耦合檢測器的輸出信號同步傳輸到球運動檢測裝置，球運動檢測裝置將實時採集到的足球的運動參數傳輸到計算機處理器，計算機調整虛擬圖像中的球員做出相應的撲球的動作的圖像信號傳送到投影儀，由投影儀輸出動畫影像信號投影到投影屏幕上顯示出來。具有逼真的效果。
文檔編號A63B71/00GK2654181SQ0327047
公開日2004年11月10日 申請日期2003年9月28日 優先權日2003年9月28日
發明者胡學增, 梁兆正, 許永順, 柯少敏, 肖建敏 申請人:上海科技館