一种RFID惯性融合台球进球判定装置及方法

本发明涉及智能体育装备、射频识别、嵌入式传感与工业通信，尤其涉及一种rfid惯性融合台球进球判定装置和方法。

背景技术：

1、台球比赛中的进球结果通常由裁判、运动员或现场工作人员人工观察和确认，人工方式对人员经验和观察位置具有较强依赖。

2、随着智能台球桌、自动计分、机器人陪练和赛事数据化的发展，需要在不显著改变比赛过程的前提下，对每次击球后的进球球号、球类及对应球袋进行自动、实时且可追溯的判定。

3、现有基于摄像机的进球识别方案容易受到球袋遮挡、球员身体遮挡、光照变化、反光以及球体高速运动的影响。

4、当球体进入袋口或落球通道后，摄像机可能无法持续获得完整图像，从而增加球号识别和进球确认的难度。

5、在袋口设置rfid读写器能够通过台球内部或表面的电子标签获得球号身份信息，为自动识别提供了可行路径。

6、然而，rfid读写器在连续盘点模式下会对同一标签持续上报，若直接依据上报次数计数，容易将一次进球重复记录为多次进球。

7、相邻球袋的天线覆盖区域可能发生重叠，同一台球在落入一个球袋时可能被两个或多个袋口节点同时读取，从而产生跨区域读取和重复归属问题。

8、位于桌面上但靠近袋口的台球也可能短时进入天线有效区域，单独依据rfid标签出现事件难以区分真实落袋与临近袋口的非进球状态。

9、在多袋口系统中，各袋口节点通常通过共享通信总线连接主控，若多个从节点地址重复、广播后同时响应或半双工收发方向控制不当，会产生总线冲突。

10、当主控查询某一节点超时并重新发送本轮结算请求时，若节点每次收到请求均推进计数快照，则同一轮次可能被重复结算或漏结算。

11、袋口节点长期处于振动、电磁干扰和长线通信环境中，惯性传感器可能因漏中断、i2c总线锁死或初始化失败而停止更新。

12、串口及dma接收也可能因噪声、溢出或接收状态异常而停滞，现有方案通常缺少传感器健康度、自动恢复和可观测诊断机制。因此，需要一种能够融合身份信息与真实冲击证据、抑制重复上报和跨读、支持安全重试并具备故障自恢复能力的台球进球判定方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种rfid惯性融合台球进球判定方法及系统，以解决单一rfid检测容易受重复上报、跨区域读取和临近袋口误读影响的问题。

2、本发明在台球桌的各球袋处分别设置袋口节点，各袋口节点通过共享半双工差分通信总线与主控连接，形成分布式进球判定架构。

3、每一袋口节点至少包括rfid读写器、袋口天线、惯性传感器、微控制器、地址配置模块和半双工差分通信模块，并可设置状态提示模块。

4、系统在上电阶段对节点地址进行连续采样、一致性校验和地址锁定，使各袋口节点具有互不相同且在运行期间稳定的通信地址。

5、袋口节点连续接收rfid标签上报帧并采集惯性传感器的三轴加速度数据，使台球身份信息和袋口冲击信息在统一时间基准下进入边缘处理流程。

6、当解析到满足预设编码规则的epc标识时，袋口节点建立候选进球事件，并以标签时间戳为基准建立覆盖冲击先于读取或读取先于冲击两种情况的时序融合窗口。

7、袋口节点在所述时序融合窗口内提取动态加速度峰值、冲击能量、rssi峰值、rssi增益、标签连续性以及冲击峰值与rfid峰值之间的时间偏差特征。

8、各特征经归一化后形成融合置信度，融合置信度用于表征候选事件为真实进球事件的可能程度。

9、系统根据惯性传感器和rfid读写器的健康状态动态设置各特征权重，当任一传感器不可用时，将相应权重置零并重新归一化其余权重。

10、事件阈值可采用固定阈值，也可依据无球状态下的背景数据、中位数和中位绝对偏差进行自适应更新。

11、当融合置信度达到事件阈值时，节点按照球号查询最近有效事件时间和在场状态，对持续盘点产生的同球号上报执行去重处理。

12、系统为每个球号设置静默重武装条件，仅在该球号连续未被检测达到预设时间或确认标签离开有效区域后，允许其产生新的有效进球事件。

13、当多个相邻袋口节点在跨节点时间窗内产生相同球号的候选事件时，主控依据融合置信度、rssi强度、冲击能量、峰值时间偏差和节点邻接关系进行仲裁。

14、跨节点仲裁仅保留一个最符合真实落袋特征的候选事件，并将其余候选事件标记为跨读抑制事件，避免同一台球在多个袋口重复计数。

15、有效进球事件确认后，袋口节点根据球类标识更新白球、黑球、全色球和半色球的本地累计计数，并保存最近球号、事件时间戳和置信度。

16、主控针对一次击球生成唯一轮次令牌，并使用同一轮次令牌按照节点地址顺序查询各袋口节点的本轮分类差值。

17、袋口节点首次接收到新轮次令牌时计算当前累计计数与上一轮累计快照之间的差值并进行缓存，再次接收到相同轮次令牌时直接返回缓存差值，使查询具备幂等性。

18、开始新局时，主控通过无响应广播命令清除各袋口节点的累计计数、累计快照、轮次缓存、去重时间戳和重武装状态。

19、本发明通过rfid身份信息与惯性冲击证据的时序融合，可降低桌面临近袋口、天线旁路读取和单次噪声冲击造成的误判。

20、本发明通过按球号去重、静默重武装、跨节点仲裁、轮次令牌、故障自恢复和诊断寄存器，提高了多袋口系统的计数准确性、通信可靠性和长期运行可维护性。

1.一种rfid惯性融合台球进球判定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，步骤s1和步骤s2中，所述节点地址由至少三位低有效拨码输入确定；微控制器在上电时对拨码输入连续采样并进行一致性校验，仅将预设合法码值映射为节点地址，对非法码值或采样不稳定的袋口节点设置为静默禁用状态；所述epc标识包括固定前缀和球号字节，系统根据球号字节将台球映射为白球、黑球、全色球或半色球，并对前缀不符或球号越界的epc标识记录为异常标签而不计数。

3.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，步骤s3和步骤s4中，融合置信度按下式计算：，其中，为动态加速度峰值或冲击能量，为rssi峰值或相对于背景rssi的增益，为冲击峰值时刻，为rssi峰值时刻，为标签连续上报比例，、、和为归一化函数，、、和为非负权重且权重之和为1；静态基线和事件阈值基于无球状态下滑动窗口数据的中位数和中位绝对偏差自适应更新，当任一传感器健康标志无效时，将对应特征权重置零并重新归一化其余权重。

4.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，所述按球号去重和静默重武装包括：为每个球号保存最近一次有效事件的节点地址和时间戳；在预设抑制时间内对同一球号的重复rfid上报不增加累计计数；仅当该球号连续未被检测达到重武装时间，或检测到标签离开袋口有效区域后，才允许该球号产生新的有效事件。

5.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，所述相邻袋口跨节点仲裁包括：当多个袋口节点在跨节点时间窗内产生相同球号的候选事件时，主控根据各候选事件的融合置信度、rssi强度、冲击与标签峰值时间偏差以及节点拓扑邻接关系计算仲裁指标，保留仲裁指标最大的一个候选事件，并抑制其余候选事件。

6.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，所述轮次令牌为至少32位数据；袋口节点保存最近一次轮次令牌、与该轮次令牌对应的分类差值和缓存有效标志，使主控在通信超时后使用相同轮次令牌安全重试；仅在收到与最近一次轮次令牌不同的新令牌时推进上一轮累计快照。

7.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，所述半双工差分通信单元采用共享rs485总线，主控按节点地址逐个发送查询，各袋口节点仅在请求地址与本节点地址一致且帧校验正确时切换为发送状态；广播帧仅用于写命令，各袋口节点执行广播命令但不发送响应。

8.根据权利要求1所述的台球进球判定方法，其特征在于，惯性传感器采集采用数据就绪中断优先和固定周期轮询兜底的方式；当连续读取错误达到恢复阈值时，袋口节点依次执行i2c外设去初始化、时钟线脉冲释放、停止条件生成、i2c重新初始化和惯性传感器重新配置；当差分通信单元发生串口错误或dma接收停滞时，清除串口错误标志并重新启动dma接收。

9.一种rfid惯性融合台球进球判定系统，其特征在于，包括主控以及设置于台球桌各球袋处的多个袋口节点；每一袋口节点包括rfid读写器、惯性传感器、微控制器、地址配置模块和半双工差分通信模块；所述微控制器被配置为执行权利要求1至8任一项所述方法中的标签解析、时序融合、置信度判定、去重重武装、累计计数、轮次差值缓存和故障恢复；所述主控被配置为生成轮次令牌、顺序查询各袋口节点、执行跨节点仲裁并汇总分类差值。

10.根据权利要求9所述的台球进球判定系统，其特征在于，每一袋口节点还包括可编程灯效模块和诊断寄存器区；所述可编程灯效模块根据rfid检测状态、进球确认状态或惯性冲击状态输出不同灯效，所述诊断寄存器区至少保存节点地址、运行时间、rfid读取计数、惯性采样计数、传感器错误累计数、自动恢复次数、通信错误累计数、有效请求数、非本机帧数和广播帧数。