定向越野电子计时系统设计理论与实践

晁嘉文

（西安航空职业技术学院，陕西阎良 710089）

1 定向越野电子计时系统的概况

定向越野是定向运动的重要内容之一。届时，参赛者在依靠若干检查点和方向线的地图和一个指南针的帮助下，选择路线，寻找每个关卡及路线，反过来，用最短的时间完成比赛，赢得胜利。第一次定向越野比赛于1895年在瑞典斯德哥尔摩和挪威奥斯陆的军营区举行，可以追溯到一个多世纪以前。定向运动设备，各种定向运动的比赛的组织方法相对简单，可以进行广泛应用。适用于所有参与者、无论年龄和性别，老少皆宜。随着科学技术的发展，出现了一个红外定时装置，摄影、摄像机的自动电子定时装置。红外计时设备只能记录运动员的冲过终点线的成绩，在终点线的运动员，你不能确定排名顺序，当越过终点线的同时，许多裁判员无法记录每个运动员的表现。由于该设备可以存储很长一段时间的图像，很重视细节统计，并广泛应用于田径，自行车，赛艇，皮划艇，摩托车比赛。不过，该器件还具有一定的局限性：它更适合短距离，各组运动员有几十人的数量，车道，计时精度不低于1/100秒的项目，无论道路运动员有几十人，计时精度为准确而详尽的，如田径长跑，竞走，马拉松，自行车等项目，有必要准确地记录运动员到达终点的名次是非常困难的，需要人工协助，不仅难以裁判，但裁判需要大量的手工记录，还是很容易出错的，准确性很低。

中长跑田径（5公里、10公里、10公里竞走，20公里竞走等），数十名运动员在400米的跑道上竞争，水平参差不齐，准确记录每个运动员行驶数圈，一直是一个主要的问题：多年来，在裁判的手里放着手动放置板和人工绘画形式记录，除了大量的人力和物力耗费，有一个不可避免的人为错误，影响了精度结果。然而，田径竞争的复杂性决定了：裁判员和运动员的差别（如中国第十届全国运动会越野赛运动的竞争，多了近万米的误差），为了正确使用高科技电子设备的优势 - 自动圈设备的特殊需求，并结合电子计算机自动计时装置的准确设计，以确保运动员比赛成绩的准确性和可靠性，有着很高的性能，使比赛开放、公平、公正。为此，我们结合今天的无线电频率识别的高科技技术，在长距离比赛活动中开发自动计时圈系统。

2 系统的工作原理及基本组成

该系统的工作原理和基本组成部分射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID）在我国还处于初始阶段，存在技术水平粗糙，不完整的系统设计等诸多问题。，是20世纪九十年代兴起的一种技术，是全自动化的一种自动识别技术。它是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息，识别工作无须人工干预，可工作于各种各样的环境里面，传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，RFID技术可同时识别多个高速运动物体，操作快捷方便。目前，这种技术已经广泛地使用在很多方面，比如运动会计时系统，人口普查系统，公交卡系统、居民证件、图书馆系统、和超市购物系统等，发展空间巨大，前景广阔。射频识别系统和国家最先进的RFID技术，计算机信息处理，和其他高科技的体育比赛相结合，便于运动员进行不影响其竞技状态的潜力发挥，当使用运动计时线圈的射频识别卡后，读写器的天线可以被立即检测到卡，通过读卡器的信息被发送到所连接的计算机上，然后读出卡号，计算机取得运动员的信息，使用的一系列处理专用软件的信息。由系统软件，以实现自动圈和自动定时项目目的与相应运动员信息，统计比赛的详细信息将被收集。2000年悉尼奥运会和美国冬季奥运会上使用的Cryptag人口普查感应卡效应凸显。

该系统的主要功能有：1.统计运动员的成绩，比赛结束后，计算机会统计每个运动员完成的圈数，最快圈速时间，排名结果和打印成绩单；从开始到结束时间，比赛实况会显示：通过计算机处理信息，在大屏幕或电视屏幕上实时、动态显示比赛实况，使过程更加明确；2.保存比赛记录：由计算机记录所有比赛，在任何时间可查看或打印，在场馆管理，车辆管理，财务管理，方面提供真实的数据。

整套系统由射频天线、远距离读卡器、控制计算机及软件远距离感应卡四部分构成。

2.1 CR1A-MS 远距离读卡器

产品特性：

识别速度快，速度高达 200 公里 / 小时读卡

安装简易，人工安装天线方法简单容易操作

读卡时间和空间广泛，提供 30cm -5.5m 的读出距离

安装通道宽广，读卡宽度范围可达 2至 30 米

同时进行识别多个电子卡，可每秒同时识别 70 张卡

读卡时没有空间和方向的限制，360 度任意角度都能读卡，自动识别准确的进出方向，能够进行自动判断，可以自动识别物体、车辆或人员的方位，卡片使用低耗能电池，可以自动报警，同时提供 28/39 位 Wiegand，RS232 输出工作频率：发送频率163KHZ；接收频率 135KHZ。

FCC 认证

适用领域：

如机场内部人员、运动员比赛、物品或人员等的控制定位，跟踪等，也可以用于通道安全系统，及车辆自动收费监管等领域，读卡器可以根据工作场合，配置出多种方式，使用领域广泛。

2.2 TC5SA 感应卡

读卡距离：使用 CR 1A 读卡器并外接 4m x 4m 的天线，读卡距离可达3.5 米，使用内部天线，读卡距离可达 2米，在无外界干扰的情况下。

使用寿命：使用 CR1335 钮扣电池，耗能地，电池寿命2年以上

读卡速度：在 CR 1A 读卡器上速度可达 200 公里 / 小时

多重读卡：在 CR 1A 读卡器上可同时识别 66 张感应卡

半径：外径 55mm；

使用温度：-45 ～ +80 ℃

工作频率：173KHZ；

颜色：透明、红黑色 、白色、红色等

美国 FCC 认证

产品应用：4.5 米读卡距离，可用做身份识别卡，误读率低于 20 亿分之 1，可戴于手脚上，人员移动速度可达200 公里/ 小时，32 位卡片编码，使用了通讯加密，读卡没有方向限定，360 度任意角度都能读到，低频使用——全自动识别功能，CE 、DTI、FCC认证。适合于要求读卡距离远、识别速度快以及要求对多个电子卡同时进行识别的应用领域，运动会计时系统对这个要求很高，目前已经被广泛采用。对人体无任何伤害。

3 长距离比赛自动计时功能的实现

在越野、铁人三项、马拉松，滑雪比赛中，放置在首发阵容中的比赛读卡器，和相应的控制系统，另一套读卡器控制系统天线放置在比赛终点线。当发令枪响，运动员开始离开，声音信号启动系统定时器开始发出信号，但由于运动员数量巨大，高达数百甚至数千人，这些运动员不能在起跑线上同时离开，它到达终点线上为此，该系统的应用将能够解决这个问题：每个运动员携带的特征信息，从读卡器中，上面的天线控制系统接收到的起始信号后，并通过相应的时间记录传递给控制计算机存储。当运动员完成比赛后，在终点，在天线接收在终点线的每一个到达终点的运动员进行从读出器的信号，由控制系统处理确认运动员的身份，并记录相应的时间点，以控制计算机数据，由计算机自动处理，计算运动员和相应的位置。

4 计圈功能的实现

在里面的田径场，溜冰场，长距离比赛中，运动员必须在会场了几圈到几十圈，需要由运动员跑过的圈数记录，以确认运动员是否跑完全程。为此，在终点线，安装一个系统天线和读卡器、感应卡，并根据运动员不同的特点，可以颁发给每一位运动员，运动员听到发令枪响的声音，运动员每次到达终点线时，在端线处运动员发送的接收信号的天线进行非接触卡，阅读器处理识别运动员的身份，并记录适当的圈数，从而完成自动记录所有运动员所跑圈数的目的。

5 结论

该系统是基于无线射频识别技术，研究和解决的迫切问题是长途体育圈和时间的问题，具有明显的实际意义。它的研制成功，将提高中国的竞技体育裁判的水平，高科技设备，国内和国际体育赛事在中国举行，达到一个更高的水平，进一步与国际接轨的水平。

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