CN104700466A - 一种基于双频rfid技术的竞赛计时系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双频RFID技术的竞赛计时系统及方法，所述方法包括以下步骤。S1.比赛开始枪响后，主机获取枪响时间及比赛地点。S2.芯片通过双回线线圈的两条回线时，激活器通过线圈发出低频信号并连续交替产生奇偶激活码，所述芯片进入工作模式后，选择为单回线激活或双回线激活，并判断是否达到对应的激活条件。S3.若是，所述芯片进入激活模式，并将自身数据发送给阅读器，所述阅读器收到数据后与硬件系统时间相匹配，获得芯片经过线圈的系统计时时间，并由通信器发送给主机；否则，所述芯片保持休眠状态。

Description

一种基于双频RFID技术的竞赛计时系统及方法

技术领域

本发明属于体育器械领域，具体涉及一种基于双频RFID技术的竞赛计时系统及方法。

背景技术

在长距离比赛中，经常会有几十名甚至是几百名选手同时进行比赛，由于选手运动水平参差不齐，准确统计每名运动员行进的时间和圈数一直是一大难题，时至今日，还有许多测试和比赛仍是靠裁判员人工统计，不但耗费大量的人力物力，而且不可避免地产生人为失误，田径比赛的不可重复性决定了：不能因为裁判员的失误而让选手重新比赛，因此对准确性和可靠性具有很高的要求，特别需要高科技的竞赛电子设备。

目前比赛中已出现了自动计时计圈设备，能够准确记录选手的圈数，但由于阅读设备对选手佩戴芯片的阅读具有一定的区域，在运动方向上有效的阅读区域长度达到几米到几十米，在此区域内均可阅读到芯片，相对于比赛的计时精度而言(不同项目要求不同)，即便是采用定向阅读天线此阅读区域也过于宽泛，很多时候无法有效区分选手的先后。所以实际使用时多用于记圈而不是计时，大多与终点摄像计时系统(带有时间序列的图像)相结合，以准确地判断选手的名次和成绩，这种方案在田径比赛的场地赛中具有较为成熟的运用。因为场地赛最多只有几十名选手同时比赛，从工作量及普通比赛的时间要求上尚可接受，但对于大人群比赛和实时性要求较高的赛事，则无法满足比赛要求。因为大人群比赛参赛人员数量往往达到上千人甚至是上万人，如马拉松，自行车，轮滑等，依靠终点摄影计时系统的图像进行判读，可谓捉襟见肘；实时性要求高的比赛，在选手冲过终点后即要求向观众展示选手的成绩，速度上较难满足。

在现有的大人群比赛中，为了尽量减小有效阅读区域，提高精度，RFID计时设备常采用以下两种工作方式：

其一是超高频段915MHz，采用地毯式阅读天线和无源芯片，即在赛场终点处铺设阅读地毯，常用地毯宽度1.2-2米，厚度一般为3-5厘米，此读取距离较大，同时又不能确保在某一边缘端附件接收到芯片信号，阅读时间差有可能达到0.1-0.2秒的数量级，这相当于游走于相关规则对芯片传感系统分辨率为1/10秒(即可以0.1秒区分选手的结束时间)的要求，虽然其铺设地毯所高出地面(赛道)的高度对于长跑、竞走、马拉松、铁人三项等项目没有问题，但是对于自行车、摩托车或卡丁车等无疑造成一定影响，而对于轮滑、越野滑雪等项目，选手不得不减速甚至停下越过地垫，在影响选手发挥运动水平的同时也降低了比赛的观赏性。

其二采用双频技术，低频为125KHz,高频为6.8MHz，采用地毯天线，可以同时读取多个芯片，芯片最大运动速度可以达到60公里/小时，其优点是精度高于超高频技术，理论值可以达0.01秒，满足一般跑步比赛的要求，但因为使用卡片，通过低频激活部分给芯片临时充电，高频发射功率较小，所以卡片体积较大，且阅读距离较短，不超过1米范围，也就是说阅读卡片只能放在鞋上，无法提高放置在身体其他部位或者器械上，同时由于高频不够高，无法实现速度快运动项目的要求，如轮滑和自行车、摩托车赛就无法使用(其速度常高于60公里/小时)，当然由于采用地毯天线，本质上也不适合快速运动项目。

制约计时精度的另一个因素是，传统的计时器的计时方式是根据阅读器阅读到芯片的识别号匹配阅读器时基或者PC系统的计时时间，当通过阅读器的芯片数量较少时，此方法没有不妥之处，但当有很多个运动芯片同时经过计时点时，短时间内有大量的芯片向阅读器发送信号，必然引起数据排队，通常只能根据阅读到的顺序而不是芯片激活或者发送的顺序进行排队，而排队所产生的时间延迟也无法补偿。

鉴于上述原因，本发明提供一种基于双频RFID技术的竞赛计时系统及方法。

发明内容

本发明提供一种基于双频RFID技术的竞赛计时系统，包括客户端、主机、激活模块、线圈及芯片，所述主机分别连接客户端和激活模块，所述线圈分别连接芯片及激活模块，所述激活模块连接芯片，所述线圈置于竞赛场地，所述芯片由运动员携带，其中，所述激活模块包括通信器、阅读器、激活器及时间同步装置，所述阅读器分别连接激活器及通信器，所述通信器连接时间同步装置。

优选的，所述芯片采用125KHz低频激活，并采用2.45GHz高频向阅读器发送数据。

优选的，所述芯片为RFID有源双频芯片。

优选的，所述线圈为双回线线圈。

本发明还提供一种基于双频RFID技术的竞赛计时方法，包括以下步骤。

S1：比赛开始枪响后，主机获取枪响时间及比赛地点。

S2：芯片通过双回线线圈的两条回线时，激活器通过线圈发出低频信号并连续交替产生奇偶激活码，所述芯片进入工作模式后，选择为单回线激活或双回线激活，并判断是否达到对应的激活条件；

S3、若是，所述芯片进入激活模式，并将自身数据发送给阅读器，所述阅读器收到数据后与硬件系统时间相匹配，获得芯片经过线圈的系统计时时间，并由通信器发送给主机；否则，所述芯片保持休眠状态。

优选的，在步骤S1中，主机在指定的时间周期内固定获取所述枪响时间及比赛地点。

优选的，在步骤S2中，芯片判断线圈发射的低频信号强度达到预设强度时，进入工作模式。

优选的，在步骤S2中，所述单回线激活对应的激活条件为：芯片通过线圈上方，当场强达到最大峰值后又连续减小，则所述芯片激活，并将对应的激活码发送给阅读器。

优选的，在步骤S2中，所述双回线激活对应的激活条件为：芯片产生第一次奇偶或偶奇跳变，且场强达到最大峰值又逐渐减小时，所述芯片激活，并将对应的最后激活码发送给阅读器。

优选的，在步骤S3中，阅读器获得芯片经过线圈的系统计时时间过程为：设定激活器定时发送n次激活码的时间为周期Δt、并预设基础时间T，则阅读器接收到激活码N时，系统计时时间为T+|N/n|Δt+N mod n。

根据本发明提供的基于双频RFID技术的竞赛计时系统及方法，设置双回线线圈，并在两根回线上采用不同编码设置，来减小横向(即：运动方向)激活区域，提高纵向阅读高度，从而实现定点激活与阅读，提高计时精度，更好地区分出选手经过计时点的顺序及方向，有效降低计时设备对选手的阻碍，提高系统便捷性和通用性。此外，系统自带计时时基，与GPS同步后，采用双计时嵌套模式，匹配芯片被有效激活的时间而不是阅读器接收到芯片的系统时间，实现精确计时记圈。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时系统示意图；

图2是本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时方法流程图；

图3是本发明较佳实施例提供的回线线圈示意图；

图4是本发明较佳实施例提供的激活码及计时周期示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时系统示意图。如图1所示，本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时系统包括客户端1、主机2、激活模块3、线圈4及芯片5，所述主机2分别连接客户端1和激活模块3，所述线圈4分别连接芯片5及激活模块3，所述激活模块3连接芯片5，所述线圈4置于竞赛场地，所述芯片5由运动员携带，其中，所述激活模块3包括时间同步装置31、通信器32、阅读器33、激活器34，所述阅读器33分别连接激活器34及通信器32，所述通信器32连接时间同步装置31。

本实施例中，所述芯片采用125KHz低频激活，并采用2.45GHz高频向阅读器发送数据。。其中：芯片为RFID有源双频芯片。通常地，本发明所述的阅读器的阅读距离为100米左右，其可实现大数量芯片通过固定点的精确计时(例如：大于200个/秒)；且其识别速度较高(例如：大于200公里/小时)；抗冲突性稳定；时标精度高(例如：大于0.01秒)。此外，芯片性能稳定，防水，防震，并采用大容量电池，使用寿命长(正常3年以上)。

于此，所述通信器采用的通信方式为，网口(例如RJ45接头)或GPRS模式。主机开启后，主动进行GPS时间同步，即在此基础上进行叠加计时，主机采用高精度的晶振进行计时。同步成功后，通讯端口给予反馈，LED给予提示。如无GPS信号，可通过手动方式更改设备时间。

阅读器低频激活信号载码频率为1000Hz，芯片有效激活后，向阅读器发射芯片数据，阅读器接收到芯片数据后将其与硬件时标相匹配，通过通信器即时发送给发送给主机。于此，主机的网口或GPRS通讯端口可互相切换，但不同时工作。

如上所述，即完成时间同步、定点阅读、即时阅读、叠加时标和实时发送全过程。其中，具体硬件指标为：阅读器晶振选择有源恒温晶振，频率可调节(如压控)，精度、稳定度不大于±0.5PPm；阅读器电路和芯片低频激活器电路设计在同一个PCB上。于此，为准确记录芯片经过的时间，提高125KHz低频信号载码频率至1000Hz，即减少了小计时周期中的时间间隔，实现计时精度为0.001s。

图2是本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时方法流程图。如图2所示，本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时方法包括步骤S1～S3。

步骤S1：比赛开始枪响后，主机获取枪响时间及比赛地点。

具体而言，主机在指定的时间周期内固定获取所述枪响时间及比赛地点。包括获取时标1(即：枪响Gun时间)及地理坐标2(即：标记点Marker时间)。其中记录枪响时间：主机连接电子枪或手动按钮，任意时刻，当触发端口接收到有效触发信号(按钮)，立即将其系统计时时间和GPS地理坐标通过通讯端口发送。这样客户端可以随时得到硬件系统时间和比赛地点。于此，主机开设两个端口：端口1，开机后第一次索取时标，标记为Gun1，而后标记为Gun2，Gun3…；端口2，开机后第一次索取时标，标记为Marker1，而后标记为Marker2，Marker3…。每次成功索取后，指定周期(例如10秒)内不再索取。

步骤S2：芯片通过双回线线圈的两条回线时，激活器通过线圈发出低频信号并连续交替产生奇偶激活码，所述芯片进入工作模式后，选择为单回线激活或双回线激活，并判断是否达到对应的激活条件。

本步骤中，芯片判断线圈发射的低频信号强度达到预设强度时，进入工作模式。芯片的激活方式包括两种：单回线激活及双回线激活。

单回线激活对应的激活条件为：芯片通过线圈上方，当场强达到最大峰值后又连续减小，则所述芯片激活，并将对应的激活码发送给阅读器。具体地，单回线激活法适用于途中点计时，芯片通过判断低频激活信号的场强强度来实现精度的控制。原理如下：芯片在通过回线上方向一个方向运动过程中，由远及近，场强强度越来越大，达到一定强度(判断阈值)，芯片从休眠开启工作，逐渐增加至最大后，由近及远，场强越来越小，程序判断当场强达到最大后连续减小即判断为有效激活，发送芯片及激活码数据。单回线模式，激活码不分奇偶，1,2,3,4连续发送。图3是本发明较佳实施例提供的回线线圈示意图。在图3中，箭头所示为运动方向，当通过线圈A时，产生激活码1，通过线圈B时，产生激活码2，依此类推。

采用单回线激活芯片方式，回线宽度可设置在0.4-0.6米。回线宽度之所以如此设置是因为如果设置过小，会导致回线产生的激活场在回线上方衰减加剧，有效激活高度降低，另一方面，由于在回线的前后也存在有效的激活区域，阅读区域往往比回线宽度要大，计时精度很难提高。

双回线激活对应的激活条件为：芯片产生第一次奇偶或偶奇跳变，且场强达到最大峰值又逐渐减小时，所述芯片激活，并将对应的最后激活码发送给阅读器。具体地，双回线激活法实现定点定时阅读，采用双回路激活线，用不同的编码形式激活芯片(奇偶数列)。在图3中，回线C发送奇数码(1,3,5,7...)，回线D发送偶数码(2,4,6,8...)，实现定点定时阅读。芯片在从左往右运动过程中，通过回线C，激活码均是奇数，逐渐靠近回线D，检测到偶数码，但由于回线D产生场强强度小于回线C，芯片记录并标识为回线C的激活码即奇数码，当通过有效激活区靠右位置，回线D产生激活场强度大于回线C，芯片记录并标识为回线D的激活码即偶数码，即产生奇偶跳变，芯片在第一次奇偶或偶奇跳变时即判断为有效通过阅读点，记录最后激活码，即刻向阅读器发送数据信号。在很多芯片位于激活回线附近晃动时(如将回线设置在起点的情况)，为减少阅读器数据冲突，芯片在第一次跳变后，如不离开激活区，即检测到激活场强达到一定强度，则不再响应再次跳变，不发送数据。

步骤S3：若是，所述芯片进入激活模式，并将自身数据发送给阅读器，所述阅读器收到数据后与硬件系统时间相匹配，获得芯片经过线圈的系统计时时间，并由通信器发送给主机；否则，所述芯片保持休眠状态。

图4是本发明较佳实施例提供的激活码及计时周期示意图。如图4所示，设定激活器定时发送N次激活码的时间为周期Δt、并预设基础时间T，则阅读器接收到激活码n时，系统计时时间为T+|n/N|Δt+n mod N。其中，|n/N|表示n/N商值的整数部分，n mod N表示n/N的余数。如此，即可实现对大计时周期(系统计时)与小计时周期(低频回线激活芯片的循环周期)的匹配控制。

本实施例中，时间精度为1ms，通过通讯端口即时发送，通过网口发送至上位机或GPRS发送至服务器的信息包括：芯片ID、系统计时时标、激活器ID、芯片通过顺序(若为双回线)。当阅读到芯片时，主机LED闪烁，蜂鸣器响起，给予提示，通过通讯端口(网口)或者客户端可以设置蜂鸣器发声与否(关闭或打开蜂鸣器)。于此，通讯方式为，通过RG45与PC客户端相连或者通过GPRS与主机相连。通过PC或者设备按键及显示屏对设备可进行必要的参数设置，包括：通讯方式(PC或GPRS)、接入点设置、GPS同步与时间设置、设备IP、工作模式(双回线模式与单回线模式)、高频天线接收增益、低频激活信号强度、开启关闭蜂鸣器、同一芯片最短阅读间隔(同一芯片阅读后多长时间内不再阅读)、建立数据存储文件等。

此外，系统软件还根据比赛编排运动员的信息，将佩戴芯片ID与运动员一一匹配，实现计时几圈的功能。该系统可以用于田径、自行车、轮滑、卡丁车等项目，确保比赛的公平与公正。

综上所述，根据本发明较佳实施例提供的基于双频RFID技术的竞赛计时系统及方法，设置双回线线圈，并在两根回线上采用不同编码设置，减小了横向激活区域，并提高纵向阅读高度，从而实现定点激活与阅读，提高计时精度，提高系统便捷性和通用性。此外，系统自带计时时基，与GPS同步后，采用双计时嵌套模式，匹配芯片被有效激活的时间而不是阅读器接收到芯片的系统时间，实现精确计时记圈。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于双频RFID技术的竞赛计时系统，其特征在于，包括客户端、主机、激活模块、线圈及芯片，所述主机分别连接客户端和激活模块，所述线圈分别连接芯片及激活模块，所述激活模块连接芯片，所述线圈置于竞赛场地，所述芯片由运动员携带，

其中，所述激活模块包括通信器、阅读器、激活器及时间同步装置，所述阅读器分别连接激活器及通信器，所述通信器连接时间同步装置。

2.根据权利要求1所述的基于双频RFID技术的竞赛计时系统，其特征在于，所述芯片采用125KHz低频激活，并采用2.45GHz高频向阅读器发送数据。

3.根据权利要求1所述的基于双频RFID技术的竞赛计时系统，其特征在于，所述芯片为RFID有源双频芯片。

4.根据权利要求1所述的基于双频RFID技术的竞赛计时系统，其特征在于，所述线圈为双回线线圈。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述的基于双频RFID技术的竞赛计时系统的竞赛计时方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、比赛开始枪响后，主机获取枪响时间及比赛地点；

S2、芯片通过双回线线圈的两条回线时，激活器通过线圈发出低频信号并连续交替产生奇偶激活码，所述芯片进入工作模式后，选择为单回线激活或双回线激活，并判断是否达到对应的激活条件；

S3、若是，所述芯片进入激活模式，并将自身数据发送给阅读器，所述阅读器收到数据后与硬件系统时间相匹配，获得芯片经过线圈的系统计时时间，并由通信器发送给主机；否则，所述芯片保持休眠状态。

6.根据权利要求5所述的竞赛计时方法，其特征在于，在步骤S1中，主机在指定的时间周期内固定获取所述枪响时间及比赛地点。

7.根据权利要求5所述的竞赛计时方法，其特征在于，在步骤S2中，芯片判断线圈发射的低频信号强度达到预设强度时，进入工作模式。

8.根据权利要求5所述的竞赛计时方法，其特征在于，在步骤S2中，所述单回线激活对应的激活条件为：芯片通过线圈上方，当场强达到最大峰值后又连续减小，则所述芯片激活，并将对应的激活码发送给阅读器。

9.根据权利要求5所述的竞赛计时方法，其特征在于，在步骤S2中，所述双回线激活对应的激活条件为：芯片产生第一次奇偶或偶奇跳变，且场强达到最大峰值又逐渐减小时，所述芯片激活，并将对应的最后激活码发送给阅读器。

10.根据权利要求5所述的竞赛计时方法，其特征在于，在步骤S3中，阅读器获得芯片经过线圈的系统计时时间过程为：设定激活器定时发送n次激活码的时间为周期Δt、并预设基础时间T，则阅读器接收到激活码N时，系统计时时间为T+|N/n|Δt+N mod n。