体育竞赛中的电子计时及其方式

【摘要】本文介绍了体育竞赛中的电子计时的方式和方法。

【关键词】时间；测量；红外光电计时

现代奥林匹克运动会自从1896年开始，每隔四年举办一次（曾经在两次世界大战中中断过三次），会期一般不会超过16天。其最激动人心最能体现人类运动潜能的莫过于运动员在田径场上的较量。竞赛中的结果是用长度、高度、远度、时间来量化的，其实质也就是竞争长度、高度、远度、的最大值，和时间的最小值。由于采用了激光测距仪，长度、高度、远度、可以很方便、快捷、准确的测量而得到结果。而时间的测量及其所采用的方式和方法确各有千秋。目前国际国内竞赛计时的方法大致分为三类：红外光电计时、终点电子计时攝像、射频识别计时，下面分别加以介绍。

1.红外光电计时

红外探头分别置于终点线的两端，为了避开太阳光及现场的人工光源的干扰一般是采用经过调制的红外光，当运动员触及终点线后沿的瞬间红外探头被拦截，输出一个电信号，使控制计算机停止计时，从而产生了该运动员的成绩，并能在显示屏上实时地显示出来，红外光电计时只能记录运动员通过终点时的成绩，不能判断运动员过终点时的名次，当众多运动员同时通过终点时，不能记录每个运动员的成绩。红外光电计时不足的地方是：计时单一，且计时有时不准确(运动员用手臂也能遮拦红外光，使之产生计时误差)，优点是简单、快捷、方便。

2.终点电子计时攝像

指用全自动电子计时器计取成绩。为自动开表，自动记录到达终点时间的装置，与发令枪或其他经批准的发令装置连接，从鸣枪闪光的瞬间到自动开始计时之间的延误间隔时间要少于1/1000秒，也就是发令枪到声传感器的距离要小于0.34米（声速按340米/秒），在终点延长线上，安装一架带有一个垂直缝隙的摄影机。将垂直缝隙与终点线的后沿重合，缝隙后面的线阵CCD传感器用于记录运动员触及终点线后沿时的影像，同时叠加上时标，可以很方便地判定运动员触及终点线后沿时的成绩和名次。终点电子计时攝像是最为广泛采用的方法，其优点是：直观、计时精度高(可判精度达1/1000秒)，田径场内的径赛计时几乎均采用此方法，但缺点是有的时候不能自动识别每个运动员（运动员的号码），需要人工加以辅助。

3.射频识别计时技术

射频识别RFID（Radio Frequency Identification）技术，是将信息、软件、无线通讯等技术与体育竞赛相结合，以 RFID技术为核心来设计信号发送和接收及处理并记录的设备，研发适用于运动员长距离比赛的计时和记圈的系统。当运动员携带不影响竞技状态的无源无线RFID感应器通过设置在起跑线上的射频识别天线阵列时，天线首先对RFID感应器充电，随后RFID感应器向阅读器发出对应于每一个运动员的信息特征码，该运动员的信息特征码被数据处理系统处理并记录，而实现自动计时和自动记圈的功能。使用了射频识别RFID系统可以精确和快速地记录每个参赛运动员的信息，身份、成绩和名次，特别是成千，上万名运动员参赛时，射频识别计时技术的优势是十分明显的。

在实际的应用中射频识别计时系统应实现的功能有：

（1）能自动地釆集运动员已经跑完了的圈数，和每圈所用的时间，及最后到达终点的时间，而不需要运动员有任何的操作。

（2）射频识别计时的计时精度为0.1秒 (美国标准为0.1秒)。

（3）感应器的外形和重量及在佩带时，不应该防碍运动员技术水平的正常发挥。

（4）多个运动员同时到达时，要能可靠的釆集每个运动员的参赛信息，身份、成绩和名次，而不能遗漏和重复。

（5）整个射频识别计时系统应该操作方便、直观，在现场便于快速布置和组装。

（6）通用性强，可用于小型、中型、大型的赛事，及用于不同的项目；如田径、自行车等。

我们在研发射频识别计时系统时遇到的问题：

（1）碰撞问题。

防碰撞的问题是系统设计时的难点之一，所谓碰撞就是射频识别系统工作时，天线区域中有多个感应器（运动员同时达到）如果多个感应器同时发信出信号，信号相互干扰后会产生信道争用问题，也就是当同一时间到达同一天线场中的感应器多于一个的时候，将不能准确识别所有的感应器，所以防碰撞的问题是射频识别计时系统设计需要解决的问题之一，而解决的方法有：空分多路法(SDMA)，时分多路法(TDMA)，频分多路法(FDMA)，由于通讯模块的限制我们选用了空分多路法：通过缩小天线的尺寸，每一个小天线使用自己的阅读器，保证在一个时间段里毎一个小天线区域内只有一个感应器的存在，再由多个小天线组成天线阵列，从而实现用空分多路法来解决多个感应器互相碰撞的问题。

（2）通信协议。

如果某一位运动员数据通信错误，将会影所有运动员成绩和名次的排列顺序，为了保证数据通信的稳定性，通信控制器和相对应的射频阅读器间采用点对应于点的IO读写接口的通信方式，其中协议用RFID专用的通信协议——TIRIS Bus Protocol (简称TBP协议)。计算机用串行接口和通信控制器形成单点与多点RS485的总线，其中通信协议是自己编写的，计算机软件采用Mscomm (Microsoft Communications Control) 实现串行口的通讯，对控制器传送命令和回收数据。

（3）数据校验。

由于对射频识别计时系统要求的高可靠性和稳定性，而射频识别计时系统又工作在射频的环境中，所以对数据通信差错率的控制就显得十分重要，为此我们采用了循环冗余校验（CRC）技术，校验釆用CRC—CCITT，16位的CRC码，生成的规则是将需要发送的二进制序列数左移动16位后，除以一个多项式，所产生的余数就是CRC码，把接收到的二进制序列数(信息码和CRC 码)除以多项式，这时如果余数为0，说明所传输的数据是正确的，否则说明传输的数据有错误。计算CRC码，可以将接收到的信息码求CRC码，看结果和接收到的CRC码是否一样。

以上简述了在竞赛中常用的三种计时方式及原理。在一个大的比赛中有的时候是三种计时方法同时使用，各种计时方式取长补短共同来完成计时任务。[科]

【参考文献】

［1］“OMEGA”ELECTRONIC EQUIPMNTOmega Electronic Equipment.

［2］崔沂峰，陈平.射频识别计技术防碰撞算法的研究.科学信息（学术研究）[J].2007,11.

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