迷你高尔夫模拟器前端检测系统的设计

迷你高尔夫模拟器前端检测系统的设计

文章设计了迷你高尔夫模拟器的前端检测系统。该系统通过激光器形成检测面，可以检测到经过检测面时高尔夫球的速度、偏角及仰角，并将数据发送给上位机PC，上位机得到数据后便可以模拟高尔夫球的运动轨迹，产生一种逼真的击球效果。

标签：AT89S52单片机；检测系统；高尔夫；模拟器

1 概述

室内模拟高尔夫在国际上已经成为了一种非常热门的康体项目，在国内也以其占地投资少、收益大、时尚健康，品位高雅而得到飞速发展。现在国内已有的高尔夫模拟器场所使用的都是国际先进的检测系统，还有比较高档的环境，并且只能一次性固定安装，需要一定的场地。对一些中等收入的高尔夫爱好者，这种消费也是一个很大的问题。文章设计的迷你高尔夫模拟器不需要专门的场合，仅仅需要几平方米的地方就够了。想练习高尔夫球的时候，只需要将迷你高尔夫模拟器放在客厅或其他几平米大的地方就可以进行高尔夫球练习，锻炼了身体的同时，也享受到了高尔夫球给人们带来的无限乐趣。

2 系统的构造及工作过程

图1中有三个激光光源，其中三条深色的线，分别代表三排检测接收器，每排检测接收器有128个接收传感器，这些传感器呈线状均匀分布。光源1和检测器1共同组成了检测面A，光源2、光源3、检测器2和检测器3共同组成了检测面B。检测面的大小取决于光源和检测接收器的相对位置。当有效击打高尔夫球时，高尔夫球杆的杆头和球依次经过检测面A飞向检测面B。此时，检测系统被触发，并记录高尔夫球飞经该检测面B时的位置信息（包括水平位置信息和高度信息），而自动屏蔽了杆头的信息。当球飞经检测面时，将激光器发出的激光挡住，同时在接收器上便形成了球的影子，即影子部位的接收传感器不能正常接收到激光，此时逻辑电路会产生一个触发信号给检测系统的微控制处理器，并将触发信号作为锁存信号，将各个接收传感器的状态锁存起来。微控制处理器收到触发信号后，通过扫描各锁存器的锁存结果，从而可以确定触发时该检测接收器上形成影子的位置，即得到了位置信息。当主控系统收到了触发信号后，便将各个检测系统获得的位置信息进行整合，通过串口将所获取的信息发送给上位机，上位机根据下位机的信息确定高尔夫球的飞行轨迹，模拟出一个逼真的击打场景。

3 系统的原理框图

整个系统由高度检测系统、水平检测系统、总控系统等三个子系统组成。

高度检测子系统和水平检测子系统的系统组成相同，如图3所示。高度检测

子系统的功能是当高尔夫球被有效击中后，当球飞经检测面B时，接收传感器的状态发生变化，经过信号转换后产生触发信号，同时锁存各个传感器的状态。微控制处理器AT89S52接收到触发信号后，通过软件控制读取状态锁存器的锁存结果，成功得到球飞经此面时的高度信息。高度检测子系统还要实现与总控子系统的相互通信，一方面，在打高尔夫球之前上位机需要检测各个接收传感器的状态，检查各接收传感器是否准备就绪；另一方面，由于高度检测子系统不能直接和上位机直接通信，因而高度信息必须通过主控系统才能到达上位机。水平检测系统与高度子系统的功能基本相同，在球飞经检测面B时，该系统记录水平位置上的影子信息。

图4所示为主控子系统的功能框图，主控子系统的主要功能是实现检测系统和上位机之间的相互通信。一方面主控子系统根据上位机的命令，查询各个检测子系统的传感器状态。另一方面当触发过后，主控子系统需要将各个检测子系统的记录结果上传给上位机。主控子系统也有一个辅助功能就是在高尔夫球飞过检测面A时，启动定时功能，当球飞经检测面B时将停止计时，这样可以获取高尔夫球飞经两个检测面时的时间差，进而可以得到时间参数，完成球速的计算。通过和高度检测子系統和水平检测子系统的数据通信和信号交互，运用几何方法，可以计算出高尔夫球的仰角、偏角、速度三个参数。

最后，根据自定义的通信协议，主控子系统将整理好的数据信息以一定的数据格式进行上传，上位机利用已安装的高尔夫球场软件模拟出高尔夫球的飞行过程，给练习者一个逼真的视觉效果。

4 结束语

本系统以单片机为主控芯片，设计了主控子系统和两个检测子系统，上行与PC通信，下行通过RS-485与各节点进行通信，这样的连接方法具有设备简单，价格低廉，检测灵敏度高等优点。经实验测试验证，该系统基本符合设计要求，达到了预期的效果。

参考文献

[1]李江全，魏中岩，姚帅，等. 单片机通信与控制应用编程实例[M].中国电力出版社，2012.

[2]郑锋，王巧芝，李英建，等. 51单片机应用系统模型模块开发大全[M].中国铁道出版社，2013.