張川（陜西國際商貿(mào)學(xué)院 體育部，陜西 西安712046）

基于田徑比賽中的跑圈計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

張川
（陜西國際商貿(mào)學(xué)院 體育部，陜西 西安712046）

基于改善傳統(tǒng)計(jì)數(shù)器發(fā)生錯(cuò)誤率較高、工作效率極低的以及減少裁判的工作量、減少計(jì)數(shù)工作發(fā)生錯(cuò)誤的幾率的目的，采用設(shè)計(jì)新一代跑圈計(jì)數(shù)器方法，結(jié)合跑圈計(jì)數(shù)器工作原理與設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得出將跑圈計(jì)數(shù)器應(yīng)用于長跑比賽中不僅能夠減少裁判的工作量，還能減少發(fā)生錯(cuò)誤的幾率的結(jié)論。

田徑中長跑；比賽；跑圈計(jì)數(shù)器

隨著體育事業(yè)的不斷發(fā)展，人們對體育運(yùn)動(dòng)的熱情也在持續(xù)高漲。中長跑運(yùn)動(dòng)作為一種經(jīng)濟(jì)投入低，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度適中的運(yùn)動(dòng)，受到了廣大體育愛好者的一致喜愛。我國各個(gè)地區(qū)每年都會舉行大量的中長跑比賽，為運(yùn)動(dòng)員和體育愛好者搭建了展示運(yùn)動(dòng)天賦的平臺。與此同時(shí)，跑圈計(jì)數(shù)工作也面臨著新的挑戰(zhàn)。目前，我國的大型體育比賽多采用高速電子攝像計(jì)時(shí)的方式來完成選手信息的記錄。但在中長跑賽中，由于參賽選手眾多，所跑的距離較長，單獨(dú)應(yīng)用高速電子攝像計(jì)時(shí)法往往無法準(zhǔn)確的記錄選手的信息。跑圈計(jì)數(shù)器的應(yīng)用合理的解決了這一問題，將高速電子攝像機(jī)與跑圈計(jì)數(shù)器聯(lián)合應(yīng)用，不僅能夠準(zhǔn)確的記錄選手的比賽時(shí)間，也能完整捕捉到選手在賽道上的表現(xiàn)，提高了信息記錄的準(zhǔn)確性。

1　跑圈計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)原理

跑圈計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)以自動(dòng)識別技術(shù)（圖1）為依托，在傳統(tǒng)計(jì)數(shù)工具的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了新型人工計(jì)數(shù)工具。自動(dòng)識別技術(shù)的產(chǎn)生可追溯到上個(gè)世紀(jì)70年代，在這一時(shí)期，集光、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)與一身的自動(dòng)識別技術(shù)走進(jìn)了人們的視野。該技術(shù)的產(chǎn)生為自動(dòng)輸入工作和自動(dòng)采集工作提供了更大的發(fā)展空間。近年來，自動(dòng)識別技術(shù)迅速的發(fā)展了起來，射頻識別技術(shù)（RFID）技術(shù)近期發(fā)展起來的一種自動(dòng)識別技術(shù)，該技術(shù)的基本系統(tǒng)由讀寫器和視頻標(biāo)簽所構(gòu)成，且二者之間互不接觸。通信工作主要是利用無線電波和感應(yīng)器來完成，并以此來達(dá)到信息識別的目的。RFID具有非接觸識別的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)也使得射頻識別系統(tǒng)能夠識別出高速移動(dòng)的物體。另外，RFID還能夠完成多項(xiàng)信息的同時(shí)識別，保證了不同環(huán)境中信息識別的準(zhǔn)確性。

圖1　自動(dòng)識別系統(tǒng)

射頻標(biāo)簽（圖2）也可以稱作是射頻卡，根據(jù)其實(shí)際用途可以將其看做是了遙控的IC卡。射頻標(biāo)簽具有體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)隨身佩戴，完成信息的實(shí)時(shí)記錄。跑圈計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的主要組成部分有接收天線、天線調(diào)節(jié)器、閱讀器、射頻卡和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要任務(wù)為信息的識別和獲取。系統(tǒng)中最主要的元件為射頻卡、閱讀器和天線。其中射頻卡由芯片和耦合元件構(gòu)成，主要完成與射頻天線間的對話工作。閱讀器主要完成讀取射頻卡中信息的工作。天線主要負(fù)責(zé)在讀取器和射頻卡之間傳遞有用信息。

圖2　射頻標(biāo)簽

在具體工作中，跑圈計(jì)數(shù)器內(nèi)部的閱讀器要先完成發(fā)送射頻信號的任務(wù)，使射頻卡產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，在射頻卡被激活后，其儲存的信息將通過發(fā)送天線被發(fā)送出去，這時(shí)系統(tǒng)的接收天線可以完成載波信號的接受工作，將信息傳送至閱讀器，閱讀器在完成接受工作后會對信息進(jìn)行解碼和翻譯，同時(shí)將信息傳送至后臺總系統(tǒng)中，將信息做進(jìn)一步處理。主系統(tǒng)能夠完成信息的分析和處理工作，從而對機(jī)構(gòu)的運(yùn)行進(jìn)行有效的控制。

2　跑圈計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

2.1跑圈計(jì)數(shù)器的選擇

在完成設(shè)計(jì)前，首先要完成計(jì)數(shù)器的選擇工作。選擇射頻設(shè)備時(shí)，要對其技術(shù)指針和系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行合理的考慮，選擇靈敏度高、穩(wěn)定性好的設(shè)備。研究表明，無源CTST2000系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對較好，能夠完成絕大多數(shù)比賽的要求，該系統(tǒng)的發(fā)射頻率為132.3 kHz，接收頻率可達(dá)到315MHz，系統(tǒng)的主要組成部分包括射頻卡、閱讀器、接收、發(fā)射天線以及天線調(diào)節(jié)器。其中閱讀器的功率在5W以下，依靠220V的電壓支撐系統(tǒng)工作，通信接口為RS233。天線調(diào)節(jié)器介于天線和閱讀器之間，依靠220V的電壓支撐系統(tǒng)工作，其主要功能為完成信號的輸送。發(fā)射、接收天線主要要通過放入到屏蔽箱中來發(fā)揮其作用。射頻卡的工作范圍在10米以上，其運(yùn)行的速度可達(dá)到28m/s以上，能夠?qū)崿F(xiàn)256字節(jié)的自由閱讀，速寫的速度更是達(dá)到了960BPS。

2.2放置位置的設(shè)計(jì)

在放置位置的設(shè)計(jì)上，可以將跑圈計(jì)數(shù)器中的天線放置在屏蔽箱中，屏蔽箱以開口角度為15°為宜，完成天線的放置工作后將屏蔽箱放置在跑道的外圍，使天線能夠更好的接受信息。為提高信號接受的靈敏度，可對控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，但要注意的是調(diào)整的力度不易過大，保證信號的準(zhǔn)確接受即可。

2.3射頻卡參數(shù)的設(shè)計(jì)

射頻卡參數(shù)的設(shè)計(jì)要以記錄運(yùn)動(dòng)員的信息為主要目的，在比賽的過程中，射頻卡由運(yùn)動(dòng)員隨身攜帶，射頻卡中的主要信息包括運(yùn)動(dòng)員的姓名、編號、參賽項(xiàng)目、地域編號以及具體標(biāo)識。其中姓名由8個(gè)字節(jié)組成，運(yùn)動(dòng)員的編號由4位數(shù)字組成，參賽項(xiàng)目編號由3位數(shù)字組成，地域編號的形式為省編碼+分類編碼，運(yùn)動(dòng)員的標(biāo)識由4位數(shù)字組成。根據(jù)射頻卡的具體容量可調(diào)節(jié)信息的儲存量。

2.4跑圈計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)跑圈計(jì)數(shù)器時(shí)，可將其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩大部分，一是前臺的資料采集設(shè)備，二是后臺的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。資料采集設(shè)備主要完成信息的記錄和采集工作，也能將數(shù)據(jù)信息直接發(fā)送到大型數(shù)碼顯示器上，使運(yùn)動(dòng)員、裁判員和現(xiàn)場觀眾能夠更加直觀的了解比賽的信息。后臺的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的主要工作包括記錄運(yùn)動(dòng)員的身份信息、對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、完成運(yùn)動(dòng)員通過信號區(qū)時(shí)的加速處理和名次處理、完成信號回寫和數(shù)碼顯示的驅(qū)動(dòng)工作。

在運(yùn)動(dòng)員參賽前，要完成其身份的識別工作。組委會工作人員要安排運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入到住地，為其進(jìn)行注冊登記，將射頻卡發(fā)給運(yùn)動(dòng)員讓其自行保管。在射頻卡上填寫運(yùn)動(dòng)員的姓名、號碼等一系列的信息。同時(shí)也要將這些信息通過網(wǎng)絡(luò)傳回帶信息處理中心，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員信息的統(tǒng)一管理。跑圈計(jì)數(shù)器即能完成運(yùn)動(dòng)員信息的讀取，也能與信息處理中心建立聯(lián)系，完成對信息的驗(yàn)證。在完成身份識別工作后，還要對運(yùn)動(dòng)員的信息進(jìn)行造表登記，實(shí)現(xiàn)信息的多渠道保存。

在比賽開始之前，要將跑圈計(jì)數(shù)器做初始化處理。對每一位運(yùn)動(dòng)員的計(jì)數(shù)器進(jìn)行檢查，完成清零工作。通過動(dòng)態(tài)測試和瞬間記錄等操作完成對數(shù)碼顯示器的清零工作。借助網(wǎng)絡(luò)平臺的支持，計(jì)數(shù)器可以完成自動(dòng)初始化。如果工作環(huán)境不允許網(wǎng)絡(luò)支持，可以手動(dòng)完成計(jì)數(shù)器的初始化。

在比賽的過程中，計(jì)數(shù)器可以完成運(yùn)動(dòng)員資料的推導(dǎo)工作。例如計(jì)算運(yùn)動(dòng)員單圈的跑行時(shí)間、計(jì)算運(yùn)動(dòng)員的平均速度等。某些數(shù)據(jù)的計(jì)算不依靠實(shí)時(shí)監(jiān)測，而是通過對歷史數(shù)據(jù)的推導(dǎo)來得到相關(guān)的數(shù)據(jù)，這也在一定程度上體現(xiàn)了跑圈計(jì)數(shù)器工作的數(shù)學(xué)意義和實(shí)際意義。

跑圈計(jì)數(shù)器所輸出的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼屏呈現(xiàn)出來，數(shù)碼屏能夠完整呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員所跑過的圈數(shù)。數(shù)碼屏由LED數(shù)碼管構(gòu)成，每組屏幕上分布有一只大管和4只小管。具體配置可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。

跑圈計(jì)數(shù)器也可看做是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的前置設(shè)備，協(xié)助系算計(jì)系統(tǒng)完成信息的收集和記錄工作。跑圈計(jì)數(shù)器能夠刷新運(yùn)動(dòng)員的資料表，并利用網(wǎng)絡(luò)接口完成資料存儲，工作流程圖見圖3。

圖3　跑圈計(jì)數(shù)器工作流程圖

3　新技術(shù)的應(yīng)用

在跑圈計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)上，不僅結(jié)合了電子技術(shù)，也結(jié)合了現(xiàn)代化的信息技術(shù)。從功能上來看，跑圈計(jì)數(shù)器既可以看做是前置數(shù)據(jù)的輸入機(jī)，也可以看做是信息顯示器。在實(shí)際應(yīng)用中可以通過ODBC接口完成資料的存取工作和整理工作。跑圈計(jì)數(shù)器依托現(xiàn)代的信息設(shè)備作為支撐，實(shí)現(xiàn)了信息的科學(xué)化管理，在信息的處理能力上遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)設(shè)備。多計(jì)數(shù)設(shè)備與信息系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)為日后的研發(fā)工作提供可參考的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄工作也將迎來信息化的新時(shí)代。

4　結(jié)束語

計(jì)數(shù)工作作為中長跑比賽中的重要工作，能夠起到完整記錄比賽數(shù)據(jù)，判斷選手成績的作用。計(jì)數(shù)工作的進(jìn)行不僅能夠保證比賽的公平性，也能使選手全面了解自身的水平。在以往的計(jì)數(shù)工作中，由于計(jì)數(shù)設(shè)備落后等原因造成了很多賽事事故，制約了體育事業(yè)的發(fā)展，將跑圈計(jì)數(shù)器應(yīng)用于中長跑比賽中能夠很好的解決這一問題。跑圈計(jì)數(shù)器由前臺的資料采集設(shè)備和后臺的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所組成，既能夠完成信息的收集和傳遞工作，也能完成信息的核算和處理工作，為體育比賽的進(jìn)行提供了極大的幫助，保證了比賽結(jié)果的公平性。其設(shè)計(jì)理念也為計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)提供了更多的靈感，促進(jìn)了體育事業(yè)的發(fā)展。

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Based on the track and field competition run laps in the design of the counter

ZHANG Chuan
（Shaanxi Institute of International Trade&Commerce，Xi'an 712046，China）

Based on improved traditional counter high error rate，work efficiency is very low，and reducing the referee's workload，reduce the rate of error countwork，the purpose of design a new generation of run laps countermethod，combined with theworking principle and design test run laps counter，it is concluded thatwill run laps counter used in the long distance race notonly can reduce theworkload of the referee，still can reduce the chance oferror.

track and field；competition；run laps counter

TN99

A

1674-6236（2016）19-0105-02

2015-08-23稿件編號：201508122

張 川（1985—），男，陜西商洛人，碩士，講師。研究方向：體育教學(xué)與訓(xùn)練。