CN201508577U

CN201508577U - 基于rfid的长距离竞赛计时计圈系统

Info

Publication number: CN201508577U
Application number: CN2009201761911U
Authority: CN
Inventors: 王培勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-09-08

Abstract

本实用新型涉及电类，尤指一种基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统，应用于体育竞赛或训练。是将射频识别、计算机信息处理技术与体育竞赛相结合，由微型计算机、控制盒、天线，以及电子标签四部分构成。采用方向性较好的空分多址射频技术和工艺简单、成本低的线圈型天线。当携带电子标签的运动员经过读写装置时，电子标签向读写装置发送对应于每一位运动员的特征信息，从而实现自动计圈和对长距离项目自动计时的目的。同时控制计算机与竞赛网络中心连网，上传运动员成绩资料，并接收参赛运动员姓名、单位等身份信息。

Description

基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统

技术领域

本实用新型涉及电类，尤指一种基于RFID技术的长距离竞赛计时计圈系统，应用于体育竞赛或训练。

背景技术

在田径、马拉松、铁人三项、自行车、摩托车、越野滑雪、短道速滑等众多体育比赛项目中，需要记录运动员从起点到终点的运动时间和先后名次，一般比较古老而经典的方法是人工掐秒表计时。随着科技的发展，出现了红外线计时设备、终点全自动电子摄影、摄像计时设备，但仍或多或少的需要人工干预，在田径场、滑冰场等场内进行的中、长距离比赛，运动员要在场内行进几圈到几十圈，需要记录运动员行进的圈数，以便确认运动员是否跑完全程。准确记录每名运动员行进的圈数，一直是一大难题，多年以来一直是裁判员通过人工摆棋盘和人工画表格等形式记录，除耗费大量的人力物力外，还不可避免存在人为失误，影响成绩的准确性。为此在终点线安装一套读卡器及天线，并给每个运动员携带能发出不同特征信息的感应卡，当运动员听到发令枪声，起跑后，运动员每经过一次终点线时，位于终点线处的天线接收到运动员携带的感应卡发出的信号，经读卡器处理后，识别出该位运动员的身份，并记录下相应圈数，从而完成了自动记录所有参赛运动员行进圈数的目的。

最基本的RFID系统由三部分组成：电子标签，阅读器，天线。电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，即附着在物体上标识目标对象；阅读器是读取(有时还可以写入)标签信息的设备；天线在标签和读写器间传递射频信号。其中标签可分无源标签和有源标签两种。在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。阅读器可通过天线发送和接收信号，无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别目标体的目的。标签进入磁场后从天线发送的电磁波中获得能量，发送出自身编码等信息让读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。

从现有的四种射频技术来看，方向性较好的空分多址射频技术比较适合体育竞赛的需要，以及考虑到不影响运动员的动作，体积和质量较小的无源标签就成了首选。RFID的实际应用关键在于天线设计上，主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种基本形式的天线。其中，小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，它们主要工作在中低频段。

实用新型内容

基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统是为解决体育竞赛的适用性和实用性，包括多个运动员同时通过时的碰撞问题、读写模块的功率控制、天线的绕制与尺寸以及电子标签的大小。

本实用新型包括控制模块、数据处理模块、读写模块、天线和电子标签，其特征是控制模块和读写模块固定在控制盒内，控制盒有与微型计算机进行数据交换的串行口，还有与之相连的天线阵列，电子标签采用无源式标签。系统的硬件主要由四个部分组成：微型计算机、控制盒、天线，另加上电子标签(感应器)。其中，控制盒由控制模块和低频射频读写模块组成，控制天线对电子标签进行读写。控制器是由微型计算机通过485总线进行控制，用来控制读写模块进行操作并缓冲数据，使用此控制器的目的是为了满足系统响应速度的要求。各控制器与对应的读写模块之间的通信采用422总线和TBP协议。线圈型天线设计的具体方法：用400芯音频线绕制矩形天线，1m×0.5m，3圈。在供电为12V的情况下，对本系统所选低频感应器的最大阅读距离能达1m，满足应用的要求。天线的电感值和Q值满足系统要求。当天线尺寸过大时，会降低对感应器的阅读距离，无法满足系统的需要。

单个天线的宽度为0.5m，运动员身体最小宽度约为40cm，加上摆臂，如果两个运动员并行前行，在比赛中的左右间隔距离大于0.5m，所以避免了左右方向上一个天线同时经过两个运动员的可能。两个天线接缝处能够被两个天线所产生的磁场同时覆盖，所以当运动员佩戴感应器的脚踩在两个天线接缝处时，两个天线都能收到感应器信号，故不会被遗漏采集。单个天线长度为1m(顺跑道方向)，基本能保证运动员比赛时前后两人不会同时位于同一天线内。另外，射频模块的优点之一是具有信号捕捉机制，即使多于一个的感应器位于同一天线场中时，读写模块能先锁定并跟踪其中信号最强的一个。这样，若两个感应器先后进入天线场时，读写模块能锁定信号比较强的一个感应器。当两个运动员在前后方向上先后通过某个天线，则两个运动员所佩戴感应器在同一时刻从天线获得的能量必有能量差，从而能够被系统分别识别。

本实用新型所选RFID装置的单次阅读周期为50～70ms，其中包含30～50ms的给感应器充电的时间(此时间可调)，20ms读取感应器数据的时间。在运动员经过天线时，其所携带的感应器(即携带感应器的脚)位于某个天线阅读范围内的时间必须大于70ms。因此，将天线阵布置为：2个天线按长度方向前后串行放置，由于单个天线的射频覆盖范围前后可达到1.4m，两个天线前后放置的射频覆盖范围可达到2.4～2.8m，这样，考虑到优秀运动员的最大步幅和最快步频，按百米优秀运动员的速度，经估算，中长跑比赛过程中，运动员带感应器的脚在某个天线射频覆盖范围内的时间至少可达到100ms，可以满足对感应器充电和读取数据的需要。

由于运动员位于单个天线内的时间约为100ms，所以要求系统至少每100ms必须启动一次阅读，即循环周期必须能达到100ms。然而，读写模块充电并阅读一次感应器所需的最长周期为70ms，在70ms阅读周期内，它不能响应外部命令，再加上数据处理和传输的时间，完整的进行一次感应器的阅读共需时间约90～100ms。若采用主机直接控制读写模块，等一次读操作完成后再依次读各读写模块中的数据，由于低频RFID是采用RS485的通信接口，在读写模块和天线比较多的情况下，逐一查询进行数据传输会占用大量时间，无法满足循环周期小于100ms的要求。所以针对此情况，本系统采用单独设计的通信控制器来分别控制每个读写模块，各读写模块每次阅读到的感应器信息暂时缓存在对应的控制器中，这样在读写模块对感应器进行阅读的时间内，主机就可以对各控制器进行轮询，从而读回感应器信息。

在本系统的构建过程中，解决了防碰撞、系统响应速度、适合运动比赛的天线设计问题，并通过设计相应的硬件、主机管理及控制软件，使得将RFID技术应用于比赛运动员识别成为可能。RFID技术的应用领域在不断拓展，本系统不仅可实现对运动场内比赛的计圈及计时，在此基础上对软件稍加调整，可以应用在其它比赛，如马拉松、越野比赛。

附图说明

图1基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统示意图

1-1控制盒部分 1-2天线部分

图2基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统布局示意图(以四跑道为例)

图3电子标签示意图

具体实施方式

将设备按照图2的示意连接后，开机待命，起跑命令发出后，每个运动员第一次跑进天线的有效发射范围时，系统就会开始对该运动员计时，以后该运动员每次跑到这个位置时(如图2)，系统都会记录下他跑的圈数和跑完该圈所用的时间以及总时间，直到比赛结束。无线传感器和接收器每一次进行数据交换，系统都有记录，可以作为成绩备查或者作为训练后了解运动员的赛中情况的依据。如果是马拉松等非场地式比赛，可以在赛道关键地方设置无线接收器，天线可以做成横梁式或者做成桩式，对每个经过这里的运动员做记录，记录下他们经过这里的时间。

Claims

1.一种基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统，包括控制模块、数据处理模块、读写模块、天线和电子标签，其特征是控制模块和读写模块固定在控制盒内，控制盒有与微型计算机进行数据交换的串行口，还有与之相连的天线阵列，电子标签采用无源式标签。

2.按照权利要求1所述的基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统，其特征是控制盒由控制模块和低频射频读写模块组成，控制天线对电子标签进行读写。

3.按照权利要求1所述的基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统，其特征是线圈型天线用400芯音频线绕制矩形天线，1m×0.5m，3圈。

4.按照权利要求1所述的基于RFID的长距离竞赛计时计圈系统，其特征是控制器是由微型计算机通过485总线进行控制，用来控制读写模块进行操作并缓冲数据。