定向越野電子計時系統設計理論與實踐

晁嘉文

（西安航空職業技術學院，陜西閻良 710089）

1 定向越野電子計時系統的概況

定向越野是定向運動的重要內容之一。屆時，參賽者在依靠若干檢查點和方向線的地圖和一個指南針的幫助下，選擇路線，尋找每個關卡及路線，反過來，用最短的時間完成比賽，贏得勝利。第一次定向越野比賽于1895年在瑞典斯德哥爾摩和挪威奧斯陸的軍營區舉行，可以追溯到一個多世紀以前。定向運動設備，各種定向運動的比賽的組織方法相對簡單，可以進行廣泛應用。適用于所有參與者、無論年齡和性別，老少皆宜。隨著科學技術的發展，出現了一個紅外定時裝置，攝影、攝像機的自動電子定時裝置。紅外計時設備只能記錄運動員的沖過終點線的成績，在終點線的運動員，你不能確定排名順序，當越過終點線的同時，許多裁判員無法記錄每個運動員的表現。由于該設備可以存儲很長一段時間的圖像，很重視細節統計，并廣泛應用于田徑，自行車，賽艇，皮劃艇，摩托車比賽。不過，該器件還具有一定的局限性：它更適合短距離，各組運動員有幾十人的數量，車道，計時精度不低于1/100秒的項目，無論道路運動員有幾十人，計時精度為準確而詳盡的，如田徑長跑，競走，馬拉松，自行車等項目，有必要準確地記錄運動員到達終點的名次是非常困難的，需要人工協助，不僅難以裁判，但裁判需要大量的手工記錄，還是很容易出錯的，準確性很低。

中長跑田徑（5公里、10公里、10公里競走，20公里競走等），數十名運動員在400米的跑道上競爭，水平參差不齊，準確記錄每個運動員行駛數圈，一直是一個主要的問題：多年來，在裁判的手里放著手動放置板和人工繪畫形式記錄，除了大量的人力和物力耗費，有一個不可避免的人為錯誤，影響了精度結果。然而，田徑競爭的復雜性決定了：裁判員和運動員的差別（如中國第十屆全國運動會越野賽運動的競爭，多了近萬米的誤差），為了正確使用高科技電子設備的優勢 - 自動圈設備的特殊需求，并結合電子計算機自動計時裝置的準確設計，以確保運動員比賽成績的準確性和可靠性，有著很高的性能，使比賽開放、公平、公正。為此，我們結合今天的無線電頻率識別的高科技技術，在長距離比賽活動中開發自動計時圈系統。

2 系統的工作原理及基本組成

該系統的工作原理和基本組成部分射頻識別技術（Radio Frequency Identification，縮寫RFID）在我國還處于初始階段，存在技術水平粗糙，不完整的系統設計等諸多問題。，是20世紀九十年代興起的一種技術，是全自動化的一種自動識別技術。它是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息，識別工作無須人工干預，可工作于各種各樣的環境里面，傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術，RFID技術可同時識別多個高速運動物體，操作快捷方便。目前，這種技術已經廣泛地使用在很多方面，比如運動會計時系統，人口普查系統，公交卡系統、居民證件、圖書館系統、和超市購物系統等，發展空間巨大，前景廣闊。射頻識別系統和國家最先進的RFID技術，計算機信息處理，和其他高科技的體育比賽相結合，便于運動員進行不影響其競技狀態的潛力發揮，當使用運動計時線圈的射頻識別卡后，讀寫器的天線可以被立即檢測到卡，通過讀卡器的信息被發送到所連接的計算機上，然后讀出卡號，計算機取得運動員的信息，使用的一系列處理專用軟件的信息。由系統軟件，以實現自動圈和自動定時項目目的與相應運動員信息，統計比賽的詳細信息將被收集。2000年悉尼奧運會和美國冬季奧運會上使用的Cryptag人口普查感應卡效應凸顯。

該系統的主要功能有：1.統計運動員的成績，比賽結束后，計算機會統計每個運動員完成的圈數，最快圈速時間，排名結果和打印成績單；從開始到結束時間，比賽實況會顯示：通過計算機處理信息，在大屏幕或電視屏幕上實時、動態顯示比賽實況，使過程更加明確；2.保存比賽記錄：由計算機記錄所有比賽，在任何時間可查看或打印，在場館管理，車輛管理，財務管理，方面提供真實的數據。

整套系統由射頻天線、遠距離讀卡器、控制計算機及軟件遠距離感應卡四部分構成。

2.1 CR1A-MS 遠距離讀卡器

產品特性：

識別速度快，速度高達 200 公里 / 小時讀卡

安裝簡易，人工安裝天線方法簡單容易操作

讀卡時間和空間廣泛，提供 30cm -5.5m 的讀出距離

安裝通道寬廣，讀卡寬度范圍可達 2至 30 米

同時進行識別多個電子卡，可每秒同時識別 70 張卡

讀卡時沒有空間和方向的限制，360 度任意角度都能讀卡，自動識別準確的進出方向，能夠進行自動判斷，可以自動識別物體、車輛或人員的方位，卡片使用低耗能電池，可以自動報警，同時提供 28/39 位 Wiegand，RS232 輸出工作頻率：發送頻率163KHZ；接收頻率 135KHZ。

FCC 認證

適用領域：

如機場內部人員、運動員比賽、物品或人員等的控制定位，跟蹤等，也可以用于通道安全系統，及車輛自動收費監管等領域，讀卡器可以根據工作場合，配置出多種方式，使用領域廣泛。

2.2 TC5SA 感應卡

讀卡距離：使用 CR 1A 讀卡器并外接 4m x 4m 的天線，讀卡距離可達3.5 米，使用內部天線，讀卡距離可達 2米，在無外界干擾的情況下。

使用壽命：使用 CR1335 鈕扣電池，耗能地，電池壽命2年以上

讀卡速度：在 CR 1A 讀卡器上速度可達 200 公里 / 小時

多重讀卡：在 CR 1A 讀卡器上可同時識別 66 張感應卡

半徑：外徑 55mm；

使用溫度：-45 ～ +80 ℃

工作頻率：173KHZ；

顏色：透明、紅黑色 、白色、紅色等

美國 FCC 認證

產品應用：4.5 米讀卡距離，可用做身份識別卡，誤讀率低于 20 億分之 1，可戴于手腳上，人員移動速度可達200 公里/ 小時，32 位卡片編碼，使用了通訊加密，讀卡沒有方向限定，360 度任意角度都能讀到，低頻使用——全自動識別功能，CE 、DTI、FCC認證。適合于要求讀卡距離遠、識別速度快以及要求對多個電子卡同時進行識別的應用領域，運動會計時系統對這個要求很高，目前已經被廣泛采用。對人體無任何傷害。

3 長距離比賽自動計時功能的實現

在越野、鐵人三項、馬拉松，滑雪比賽中，放置在首發陣容中的比賽讀卡器，和相應的控制系統，另一套讀卡器控制系統天線放置在比賽終點線。當發令槍響，運動員開始離開，聲音信號啟動系統定時器開始發出信號，但由于運動員數量巨大，高達數百甚至數千人，這些運動員不能在起跑線上同時離開，它到達終點線上為此，該系統的應用將能夠解決這個問題：每個運動員攜帶的特征信息，從讀卡器中，上面的天線控制系統接收到的起始信號后，并通過相應的時間記錄傳遞給控制計算機存儲。當運動員完成比賽后，在終點，在天線接收在終點線的每一個到達終點的運動員進行從讀出器的信號，由控制系統處理確認運動員的身份，并記錄相應的時間點，以控制計算機數據，由計算機自動處理，計算運動員和相應的位置。

4 計圈功能的實現

在里面的田徑場，溜冰場，長距離比賽中，運動員必須在會場了幾圈到幾十圈，需要由運動員跑過的圈數記錄，以確認運動員是否跑完全程。為此，在終點線，安裝一個系統天線和讀卡器、感應卡，并根據運動員不同的特點，可以頒發給每一位運動員，運動員聽到發令槍響的聲音，運動員每次到達終點線時，在端線處運動員發送的接收信號的天線進行非接觸卡，閱讀器處理識別運動員的身份，并記錄適當的圈數，從而完成自動記錄所有運動員所跑圈數的目的。

5 結論

該系統是基于無線射頻識別技術，研究和解決的迫切問題是長途體育圈和時間的問題，具有明顯的實際意義。它的研制成功，將提高中國的競技體育裁判的水平，高科技設備，國內和國際體育賽事在中國舉行，達到一個更高的水平，進一步與國際接軌的水平。

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