レーザー光による ボールの球速の測定とコースの判定

レーザー光による
ボールの球速の測定とコースの判定
このシステムを使用するメリット
野球好きならたくさんいるけれど、野球をするにも人数が少ないので
キャッチボールをする程度のことしかなかなかできません。
その様な人達にこのシステムがおすすめです。
このシステムは、網状に張り巡らされたレーザー光の中に、ボールを通過させることに
よって、球速の測定とコースの判定を同時に行うことができます。
球速を気軽に測れるようになったり、詳細なコースの判定が行えたりすると、
自分の現在の具体的な能力が分かり、上を目指そうという気をより一層おこさせます。
これにより、遊びでしている人から部活動をしている人まで
全体の投手としてのレベルアップを図ることができます。
システムの概要
発光素子から発せられたレーザー光を、受光素子が受けている状態で、
ボールがレーザー光を通過すると光が遮断される。光が遮断されている時間と
ボールが光を遮っている間に通過した距離より、ボールの球速を求める。
コースの判定は、図(1)のように縦横それぞれに配置された
素子のどの位置の素子の光が遮られたかにより、行う。
図(1)
独創的な部分
・スピード判定とコース判定が同時に出来る。
・ストライクかボールかを判定して LCD のディスプレイに表示できる。
・ボールのコースをパソコンのディスプレイに表示する。
・安価で実現できる。
類似品との相違点
・スピードガンもボールの速度を測れるが、コースの判定まではできない。
発光･受光素子周辺の回路の設計
図(a)：原理図
図(a)の回路のような回路を作成する。
通常では、受光素子はパルスを認識してパルス検出回路の出力を”H”にする。この時、発光素子から発せられている
光を遮ると、その瞬間に受光素子はパルスを認識することができず、パルス検出回路の出力は”L”に切り替わる。
遮ることをやめれば、再び検出回路の出力は立ち上がり、”L”から”H”へと切り替わる。
この”H”から”L”に変化し、さらに”H”から”L”へ変化するまでの時間をカウンタ回路でカウントし、その経過時間
により球速を求め、LCD に表示させる。
図(b)
コース判定については、図(b)のように光が遮られパルスを認識できない縦・横それぞれの受光素子の番号を、
カウンタ回路で検知させ、その情報を LCD と PC に渡して、LCD では「ストライク」や「ボール」などの表示をさせて、
PC ではボールの通過位置を表示させる。
設計回路の原理を、図(b)のタイムチャート図に示す。
図(b)：各回路のタイムチャート
カウンタの動作を見てのとおり、カウントアップのみの動作を表した。
光を遮った瞬間、パルス検出は”H”から”L”へ切り替わり、カウンタはカウントアップして”１”へと変化する。
再びパルス検出が”L”から”H”へと切り替わるまで、カウンタは”１”のままである。
これは、パルス検出が”L”から”H”へ立ち上がることによりカウンタが動作すると言うことを意味している。
求めた球速のデータから時速とストライク判定した結果を LCD に表示させる。
1 行目に
○○○km/h（3 桁まで表示予定）
2 行目に
「ストライク」又は「ボール」を表示
また、パソコンにはボールの座標を送ってプログラムで絵を表示させる。
パソコンにコースの情報を送る際にはシリアル通信を使う。
ＰＣのディスプレイでの表示画面
コースの判定・球速算出の詳細
先ほどのカウンタが 1 になっている間に何回命令を実行できたかを数えておき、
その数とあらかじめ設定された球の直径から球の球速を算出する。
コースの判定には、受光素子ごとに光が遮断されたらリセット信号が入力されるまで
ずっと信号を出し続ける回路をつけておき、球速を算出した後にその信号を発している素子の
番号を割り出して判定する方法を使う。こうすることで、出来るだけ正確な球速を求めること
が出来る。
CPU ボードの組み立て
使う部品・・・CPU(H8
３６６４)、LCD（2 桁 16 文字キャラクタディスプレイ）
コネクタ（パソコン接続用）、スイッチ（リセットボタン）
対象者
・野球好きなら誰でも。
実行環境
ＯＳ
Windows XP
開発環境
使用言語
Ｃ言語
使用ＯＳ
Windows XP
使用ソフトウェア
プログラム開発
Visual C++6.0
cygwin
gcc