[发明专利]一种无线智能裁判系统及其实现智能裁判打分的方法

权利要求书

1.一种无线智能裁判系统，其特征在于，包括裁判手套，以及无线接收终端；其中所述裁判手套包括设置于手套内部的重力加速计单元、设置于手套背部的数据采集与控制单元，其中所述数据采集与控制单元包括用于供电的电源模块、采集电路、微处理器MCU、第一射频收发模块；所述无线接收终端包括第二射频收发模块、ARM处理器、存储单元、n个打分器、采集总线以及显示装置；

其中所述采集电路用于采集所述重力加速计单元采集的裁判手势信号，并通过传输总线将采集的信号发送至微处理器MCU；所述微处理器MCU通过通信接口与第一射频收发模块连接；所述第二射频收发模块与第一射频收发模块进行无线通信，将手套中微处理器MCU发送来的裁判手势信号传送至ARM处理器；所述存储单元中存储有手势字典数据，所述ARM处理器根据手势字典数据对于接收的裁判手势信号进行统一识别处理后，生成裁判手势判决指令；所述n个打分器分别通过采集总线将裁判打分结果发送至ARM处理器；所述ARM处理器将打分结果、裁判手势判决指令显示到显示装置上。

2.根据权利要求1所述的无线智能裁判系统，其特征在于：所述重力加速度计单元包括7个用于捕捉手势运动信息的重力加速度计传感器，其中5个重力加速度计传感器安置于每根手指的指尖处，第6个重力加速度计传感器安置于手掌心处，第7个重力加速度计传感器安置于手腕处。

3.根据权利要求1所述的无线智能裁判系统，其特征在于：所述电源模块包括充电及降压电路模块、电池组，其中所述充电及降压电路模块还包括一个USB接口，用于外接+5V直流电压对电池组进行充电，所述充电及降压电路模块将+5V直流电压转换为3.3V直流电压提供给所述电池组。

4.根据权利要求1所述的一种无线智能裁判系统，其特征在于：所述数据采集与控制单元还包括分别与微处理器MCU连接的LED阵列指示模块、按键电路、Flash存储电路模块、USB接口模块。

5.根据权利要求1所述的一种无线智能裁判系统，其特征在于：所述无线接收终端还包括一电源转换模块，用于将220V市电转换后提供给无线接收终端供电。

6.一种基于权利要求1-5任一所述无线智能裁判系统实现智能裁判打分的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，为不同类型赛事标注赛事类型ID，为每个赛事的不同裁判手势生成手势ID，生成裁判手势字典，具体如下：

A-1，在每一个手势动作中，定义每一个重力加速度传感器为一个通道，在一段时间内根据每个传感器在每个样本采样周期返回三维运动方向数据，生成三维运动方向数据组，构成该传感器的运动轨迹；

A-2，通过识别手势静默区间与手势起始位置，判断是否进行手势传感数据存储和传输：

定义：Kx(i)=[X(i+1)-X(i)]2+[X(i)-X(i-1)]2Ky(i)=[Y(i+1)-Y(i)]2+[Y(i)-Y(i-1)]2Kz(i)=[Z(i+1)-Z(i)]2+[Z(i)-Z(i-1)]2]]>

将所有采样值的{Kx(i),Ky(i),Kz(i)}组成K值序列进行判决，在K值序列中如果满足连续M个以上的K值大于0.1，则认为该样值点已经进入了手势起始位置时刻将所读取的三维运动方向数据进行存储传输；若不满足该条件或K值小于0.05，则认为是手势静默区，所读取的三维运动方向数据不进行存储传输；i为采样周期数，M为自然数；

A-3，具体字典训练生成过程：

A-3.1，标称姿态校正；校正初始化标准三维运动方向（X,Y,Z）位置，获得使用者的标准参数，获得三维方向的最大值（X_max,Y_max,Z_max），即获得个体的三维最大伸展量；

A-3.2，完成具体裁判动作的训练，裁判员演示裁判动作的具体过程，依次对每个裁判动作进行训练至少N次，N>=3，进入训练模式，获得和校正X,Y,Z三轴基本参量；

微处理器MCU对每个通道输出的数据进行处理，即通过步骤A-2检测发现手势起始位置，在记录连续数据后再次获得手势静默区时刻，保存为数组1；连续检测N次数据，获得N个数组，通过计算这个N个数组的数据方差，获取方差值最小的两组数据，取此两组数据平均值作为标准裁判手势字典数据，存储内容包括：手势ID、手势内容描述、手势总样值数、连续样值数据{X(N),Y(N),Z(N)}；

A-3.3，依次类推，直到所有裁判手势训练结束，最终生成该比赛的裁判手势字典；

步骤B，将生成的裁判手势字典加载至裁判手套端的Flash存储电路模块，以及无线接收终端的存储单元；

步骤C，无线智能手套中MCU裁判姿态判决步骤；

C-1，完成如步骤A-3.1的标称姿态校正步骤，以获得校正X，Y，Z三轴基本参量；

C-2，微处理器MCU记录每个传感器传送过来的连续的三维数据量，并进行手势起始位置判断和识别，一旦发现有手势动作启动，则进入预比对状态，直到检测到下一个手势静默区间；

C-3，对采集到的手势数据与基本参量进行校正，将三维数组｛（X,Y,Z）｝中的所有值与初始位置（X₀,Y₀,Z₀）做差，即获得以偏移位置为（0,0,0）的手势数据组P，

C-4，读取手势字典中的数据，分别从手势ID1开始，读取该手势的归一化样点总数M及其他所有参数，同时取P数据中从（0,0,0）开始的共M个样点，如果数据不足，则立即转入下一个手势ID数据，由此得到两组对比的三维序列P和Q，长度均为M个样值；

对P序列的所有（X,Y,Z）值进行如下运算：

Kx(i)=X(i+1)-X(i)X(i)-X(i-1)]]>

Ky(i)=Y(i+1)-Y(i)Y(i)-Y(i-1)]]>

Kz(i)=Z(i+1)-Z(i)Z(i)-Z(i-1)]]>

得到P序列的斜率参数序列K，同理，得到Q序列的斜率参数序列L；分别为：{Kx(i),Ky(i),Kz(i)}和{Lx(i),Ly(i),Lz(i)}，且i∈(1,M-1)；定义两个长度为M-1的序列的差异度指标：

Cov(K,L)=||E[(K-E(K))(L-E(L))]|-1|，其中E(K)表示K序列的数学期望；

如果对三个值Cov(K,L)x,Cov(K,L)y,Cov(K,L)z均满足<=0.2，则表明：P序列与手势ID序列是匹配的，将此序列作为对应该手势ID的情形之一；

C-5，连续对所有手势ID进行上述C-4的匹配过程，如果存在一个最小的差异度指标，则将差异度指标最小的那个认定为最佳匹配找到，如果差异度指标有一个大于0.2，则认为手势动作失效，重新进入匹配搜索状态；

C-6，微处理器MCU将匹配成功手势ID发送至无线接收终端；

步骤D，无线接收终端判决及显示；

ARM处理器根据随机密钥ID选择解密口令对手势ID和手套ID的数据进行解密；获得手势ID后，根据具体赛事类型结合裁判手势字典对裁判手势含义进行预估计；

检测是否收到打分器数据，如果打分器数据输入与裁判手势含义有冲突，则表明打分器成绩有误输入；如果手势含义允许打分器数据有效，则按照赛事类型决定打分类型；

在打分有效的情形下显示打分结果，在正常情况下显示裁判手势内容，进入循环判断接收到的裁判手势数据以及打分器数据的判决中，直到有终止命令或者异常终止命令终止工作，断开无线连接，等候下一次无线连接的握手信号。