體育教學(xué)中“電子邊界”的運(yùn)用與研究

【摘要】針對(duì)目前高校體育教學(xué)中羽毛球課程上的邊球出界問題進(jìn)行研究，通過對(duì)“電子邊界”的運(yùn)用和研究，對(duì)羽毛球教學(xué)中的場(chǎng)地進(jìn)行“電子邊界”智能研究，闡述了“智能比賽場(chǎng)地邊線”開發(fā)和運(yùn)用的重要性和可行性。有助于在羽毛球教學(xué)過程中改進(jìn)技術(shù)、豐富戰(zhàn)術(shù)，加速比賽教學(xué)的進(jìn)程，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)羽毛球課程的積極性。

【關(guān)鍵詞】體育教學(xué)；電子邊界；邊界檢測(cè)

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，智能儀器設(shè)備以其精確、便捷、低耗和客觀等特性已經(jīng)廣泛的應(yīng)用與各種行業(yè)中，在體育教學(xué)比賽中，對(duì)于邊線球是否出界的判決會(huì)經(jīng)常有爭(zhēng)議，由于羽毛球課程每節(jié)課配備的教師只有一位，而羽毛球的著地點(diǎn)尺寸很小、接觸點(diǎn)較隱蔽、落地速度又非常快、方向沒有規(guī)律，教師在學(xué)生練習(xí)過程中又會(huì)由于所處在的觀察位置不同、視力好壞、眼睛疲勞等原因得出不同的結(jié)論。因此，在比賽教學(xué)中常常會(huì)出現(xiàn)明顯誤判，甚至故意造成錯(cuò)誤判決的情況都可能存在，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)羽毛球課程的積極性和比賽的娛樂性及公正性。

即使在一些比賽中使用了錄像回放的方法來改善這種誤判狀況，也很難脫離判定結(jié)果的主觀性。由于錄像回放所判定的最終結(jié)果還是由人的眼睛做出主觀判決的，缺少對(duì)落地點(diǎn)的精確、客觀判定。因此，設(shè)計(jì)一種快速、精確且能夠客觀判斷的羽毛球出界裁決系統(tǒng)，對(duì)羽毛球課程教學(xué)及比賽有著十分重要的意義。

2.邊界檢測(cè)原理

在比賽和教學(xué)中對(duì)于羽毛球是否出界所判斷的規(guī)則是：落地的一瞬間羽毛球的球托和地面相接觸點(diǎn)是否在邊界內(nèi)，但是邊界線又不是一根及其微細(xì)的線，而是存在一定寬度的線，如果接觸點(diǎn)處在界外，則判決為界外球；如果接觸點(diǎn)在界內(nèi)，只要包含一部分在線上，就判斷為界內(nèi)球。依據(jù)所制定的規(guī)則，羽毛球與地板的觸點(diǎn)壓線或有一部分壓在線上都判決為界內(nèi)球，所以判斷羽毛球是否出線，關(guān)鍵在于球托落地點(diǎn)的檢測(cè)。

針對(duì)判決羽毛球出界這一問題，本文利用光纖檢測(cè)技術(shù)，提出一種基于光纖陣列檢測(cè)技術(shù)的輔助裁判系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以完成實(shí)時(shí)檢測(cè)羽毛球球托與邊線地板接觸點(diǎn)的精確檢測(cè)。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的判決方法相比較，具有精確、客觀等優(yōu)點(diǎn)。具有良好的通用性及推廣性。與其他檢測(cè)方法相比，無需改變目前教學(xué)中所用的設(shè)備、器材就可以行之有效的提高現(xiàn)行判決系統(tǒng)存在的問題。

3.系統(tǒng)總體方案

本設(shè)計(jì)采用光纖陣列的檢測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種基于光纖陣列式的羽毛球輔助判決系統(tǒng)。該判決系統(tǒng)由傳感器按一定規(guī)律排列探頭，安裝在場(chǎng)地的邊線上，當(dāng)羽毛球著落在邊線周圍時(shí)，由于傳感器的反射作用，使傳感器的測(cè)頭射出的光返回到光纖陣列中，并從另一端端口處以光強(qiáng)的變化形式表現(xiàn)出來。出射端處的光纖與場(chǎng)地的邊線安裝的探測(cè)頭陣列一一對(duì)應(yīng)，進(jìn)而獲得接觸面檢測(cè)的位置判決。

控制系統(tǒng)部分采用8051單片機(jī)用于控制、數(shù)據(jù)采集和處理以及結(jié)果的顯示和打印。其中一路D/A脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出信號(hào)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)電路中電子開關(guān)的控制。當(dāng)PWM輸出高電平時(shí)，電子開關(guān)接通工作信號(hào)通道；反之，接通參考信號(hào)通道。8051單片機(jī)內(nèi)還含有4路10位A/D轉(zhuǎn)換器，從檢測(cè)電路輸出的直流電壓可直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，省掉了外接A/D轉(zhuǎn)換器。另外8051單片機(jī)運(yùn)算速度也比較快，在12MHz晶振下，每一次A/D轉(zhuǎn)換僅需22微秒。為提高測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)同一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采樣300次，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，最后將兩路信號(hào)按程序相除，并將商按標(biāo)定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓力值，由數(shù)碼管顯示或由微型打印機(jī)打印結(jié)果。

傳感器的檢測(cè)電路是將壓力引起的光電信號(hào)進(jìn)行變換、放大及濾波等，提供足夠電平的直流信號(hào)，以便微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。傳感器的檢測(cè)電路采用同步相干檢測(cè)技術(shù)，即鎖定放大器。雖然由外界壓力作用引起的宏彎損耗比微彎損耗大，但比起原光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)仍小很多，在這種“亮視場(chǎng)”檢測(cè)中，微弱的光強(qiáng)變化往往被各種干擾噪聲所淹沒。鎖定放大器利用互相關(guān)接收技術(shù)，能將微小的有用信號(hào)從較大的噪聲中分離出來，它是抑制噪聲、提高信噪比的有效措施。

4.總結(jié)

在羽毛球、排球、網(wǎng)球的教學(xué)練習(xí)及比賽過程中，由于球的速度很快，在接觸地面的一瞬間，對(duì)于一些邊界球的判決，尤其是球在觸線一點(diǎn)點(diǎn)的問題上的判斷，往往是有困難的，況且裁判員還需要對(duì)結(jié)果做出及時(shí)的判罰，所以裁判一般大多靠經(jīng)驗(yàn)和感覺作出適當(dāng)?shù)牟脹Q，這對(duì)體育教學(xué)及比賽客觀公正性的來說是一種挑戰(zhàn)，尤其在關(guān)鍵性賽事及關(guān)鍵球的處理方式上，會(huì)在社會(huì)各界引起廣泛關(guān)注，大家各執(zhí)一詞，給體育競(jìng)賽的客觀公正性提出了質(zhì)疑。

本文針對(duì)體育教學(xué)羽毛球比賽中羽毛球落點(diǎn)判決所存在的缺陷，提出了一種公正、客觀、準(zhǔn)確實(shí)時(shí)檢測(cè)羽毛球與地板（邊線處）接觸位置的基于光纖陣列式傳感器檢測(cè)的羽毛球客觀輔助判決系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)基于羽毛球客觀輔助裁判系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論，包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的及各個(gè)組成模塊的工作原理等。對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的各組成模塊進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論分析。降低了羽毛球、網(wǎng)球及等相關(guān)球類項(xiàng)目裁判判決的錯(cuò)誤率，提高了體育教學(xué)及比賽的客觀公正性。

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作者簡(jiǎn)介：徐成波（1979—），男，吉林樺甸人，大學(xué)本科，講師，現(xiàn)供職于吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院，研究方向：體育教育。