CN204331847U - 基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，包括具有唯一标识符的射频标签模块；安放在泳道两端的信息采集模块，每个信息采集模块通过第一射频阅读器从游泳者穿戴的射频标签模块读取唯一标识符；通过第一通信子模块把读到的射频标签模块的唯一标识符传送给服务器；以及成绩查询模块和成绩显示屏。本实用新型通过在泳道两端设置信息采集模块，利用第一射频阅读器获取游泳者穿戴的射频标签模块的标识符，通过服务器统一记录射频标签模块对应的游泳成绩，可以同时记录游泳场馆中所有游泳者的成绩；人均使用成本几乎可以忽略不计，计时精度可以达到0.01s内，从而能够很好地满足室内外各种游泳场馆的计时需求。

Description

基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统

技术领域

本实用新型涉及一种运动计时系统，尤其涉及一种基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，游泳这种适合大众进行的全身型体育运动越来越受到人们的喜爱。游泳爱好者越来越希望能够了解自己的游泳水平，知道自己的游泳成绩，从而更加科学的运动健身。

为了帮助游泳爱好者测试自己的游泳成绩，国内外提出了很多测试游泳成绩的计时系统。现有方法主要为计时腕表、比赛专用计时系统。采用计时腕表的计时系统要求游泳爱好者必须购买专用腕表，单个腕表需要上千元，计时精度差，需要较多的人工干预，用户体验较差。比赛专用计时系统价格昂贵，计时过程复杂，需要专业团队操作，且同时只能记录一个泳道中的一个游泳者的成绩；仅适用于专业游泳比赛场馆。

由上可见，现有的游泳成绩计时系统及计时方法无法满足室内外各种游泳场馆的计时需求，因此，有必要对对现有的游泳场馆运动成绩计时系统进行改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，不但成本低廉、计时准确，而且可以同时记录游泳场馆中所有游泳者的成绩，能够很好地满足室内外各种游泳场馆的计时需求。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，包括射频标签模块，所述射频标签模块为穿戴式RFID射频标签，每个RFID射频标签具有唯一标识符；信息采集模块，所述信息采集模块安放在泳道两端，每个信息采集模块包含电气相连的第一射频阅读器和第一通信子模块，所述第一射频阅读器从游泳者穿戴的射频标签模块读取所述唯一标识符；所述第一通信子模块把读到的所述射频标签模块的唯一标识符传送给服务器；服务器，用于存储所有射频标签模块的标识符以及每个射频标签模块对应的游泳成绩；成绩查询模块，用于查询游泳者的游泳成绩，所述成绩查询模块安放于游泳场馆，所述成绩查询模块包含第二射频阅读器和第二通信子模块，所述第二射频阅读器通过所述第二通信子模块与所述服务器相连；成绩显示屏，用于显示游泳成绩，所述成绩显示屏与所述服务器的输出端相连。

上述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其中，还包括射频标签绑定模块，用于将游泳者和某个选定射频标签模块绑定，所述射频标签绑定模块包含第三射频阅读器和第三通信子模块，所述第三射频阅读器通过所述第三通信子模块与所述服务器相连。

上述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其中，所述第一射频阅读器，第二射频阅读器和第三射频阅读器均包括微处理器，所述微处理器的电源端和电源模块相连，输出端和蜂鸣器相连，所述微处理器通过SPI接口和RFID射频读卡电路相连，所述RFID射频读卡电路通过EMC滤波电路、匹配电路和天线线圈相连，所述第一射频阅读器经第一通信子模块通过RS485总线和服务器相连，所述第二射频阅读器经第二通信子模块通过RS485总线和服务器相连，所述第三射频阅读器经第三通信子模块通过RS232总线和服务器相连。

上述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其中，所述信息采集模块封装在环氧灌封胶内，所述信息采集模块安装在水线下60cm至水线上50cm处，所述天线线圈的品质因素Q值范围为20～30。

上述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其中，所述射频标签模块为手环式、指套式或脚环式。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，通过在泳道两端设置信息采集模块，利用第一射频阅读器获取游泳者穿戴的射频标签模块的标识符，通过服务器统一记录射频标签模块对应的游泳成绩，可以同时记录游泳场馆中所有游泳者的成绩；人均使用成本几乎可以忽略不计，大大降低了使用成本，且计时精度可以达到0.01s内，已经达到国际泳联要求的国际比赛计时标准，从而能够很好地满足室内外各种游泳场馆的计时需求。

附图说明

图1为本实用新型基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统架构示意图；

图2为本实用新型的信息采集模块安装分布示意图；

图3为本实用新型的射频阅读器的电路方框示意图；

图4为本实用新型基于物联网的游泳场馆运动成绩计时控制流程示意图；

图5为本实用新型基于物联网的游泳场馆运动成绩查询流程示意图。

图中：

1射频标签模块               2信息采集模块          3服务器

4成绩查询模块               5成绩显示屏            6打印机

7射频标签绑定模块           21微处理器             22电源模块

23通信子模块                24蜂鸣器               25RFID射频读卡电路

26天线及其匹配电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统架构示意图。

请参见图1，本实用新型提供的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统包括：

射频标签模块1，所述射频标签模块1为穿戴式RFID射频标签，每个RFID射频标签具有唯一标识符。

信息采集模块2，所述信息采集模块2安放在泳道两端，如图2所示；每个信息采集模块2包含第一射频阅读器和第一通信子模块，所述第一射频阅读器从游泳者穿戴的射频标签模块读取唯一标识符；所述第一通信子模块负责把读到的射频标签模块的唯一标识符传送给服务器。

服务器3，用于存储所有射频标签模块1的标识符以及每个射频标签模块对应的游泳成绩。

成绩查询模块4，用于查询游泳者的游泳成绩，所述成绩查询模块4安放于游泳场馆，所述成绩查询模块4包含第二射频阅读器和第二通信子模块，所述第二射频阅读器通过所述第二通信子模块与服务器3相连。

成绩显示屏5，用于显示游泳成绩；成绩显示屏5与服务器3的输出端相连。

打印机6；游泳者归还射频标签模块时，游泳成绩打印机6可打印出游泳成绩，交给游泳者，供游泳爱好者参考。

射频标签绑定模块7：用于把特定射频标签模块和特定游泳者绑定和解绑定。

图3为本实用新型的射频阅读器的电路方框示意图。

请继续参见图3，本实用新型提供的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其中，所述第一射频阅读器，第二射频阅读器和第三射频阅读器均包括微处理器21、通信子模块23、RFID射频读卡电路25和天线及其匹配电路26，所述微处理器21的电源端和电源模块22相连，输出端和蜂鸣器24相连，所述微处理器21通过SPI接口和RFID射频读卡电路25相连，所述RFID射频读卡电路25通过EMC滤波电路、匹配电路和天线线圈相连，所述第一射频阅读器的微处理器的串口端通过RS485总线和第一通信子模块相连，所述第二射频阅读器的微处理器的串口端通过RS485总线和第二通信子模块相连，所述第三射频阅读器经第三通信子模块通过RS232总线和服务器相连。

本实用新型提供的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，成本低廉，相比动辄上千元的腕表和费用昂贵的比赛专用计时系统，人均使用成本几乎可以忽略不计，且计时准确，由于游泳成绩通过计算两次采样时间差获得，系统误差及通信延时都可以忽略不计，因此计时精度可以达到0.01秒，已经达到国际泳联要求的国际比赛要求的计时标准，并且可以同时记录游泳场馆中所有游泳者的成绩，而腕表方案只能记录本人，比赛专用计时系统只能记录一条泳道中的一个游泳者，因此本实用新型的计时系统适用范围广，可广泛用于室内外及国际泳联定义的标准，非标准游泳场馆的计时。

目前已知的射频标签模块及射频阅读器都没有应用于游泳场馆计时，其已验证的防水性能只能达到IP65级(在户外淋雨)防水标准。为了适应游泳场馆的需求，本实用新型设计的信息采集模块采用环氧灌封胶技术进行元器件防水处理，所述信息采集模块封装在环氧灌封胶内,使其达到IP68级(长期浸泡在水中)的防水标准。所述信息采集模块安装在水线下60cm至水线上50cm处，针对通常的大众游泳场馆，所述信息采集模块优选安装在自水线下6cm到水线上3cm处。针对未安装国际泳联要求的专用计时器的专业训练场馆，所述信息采集模块优选安装在自水线下60cm到水线上30cm处。针对于已安装了国际泳联要求的专用计时器的场馆，所述第一射频阅读器会安装在水线上40厘米到50厘米处(因为国际泳联要求专用计时器安装在水线下60cm至水线上30cm处)。

由于游泳爱好者比较习惯于在泳池尽头休息，通常在信息采集模块安放点周围有较多的游泳者，怎样避免众多游泳者佩戴的射频标签模块之间的干扰就变得非常关键。本实用新型在设计第一射频阅读器时采用适当的射频读卡器天线的尺寸及输出功率来避免众多射频标签模块间的干扰。具体算法如下：射频天线及其匹配电路共有三块：天线线圈，匹配电路和EMC滤波电路。针对普通射频阅读器的设计，通常是在天线的匹配设计中保证产生一个尽可能强的电磁场，以使卡片能够获得足够的能量给自己供电。即对于射频阅读器来说，一般射频信号越强越好，天线线圈的品质因素Q越高越好。本实用新型则需要保证电磁场的强度稳定在本系统要求的范围内，从而避免附近的射频标签的干扰。控制天线输出功率的因素较多，本实用新型重点关注控制天线的品质因素Q值，其计算公式如下：

Q＝ω(L/R)

天线的Q值用来评价回路输出效率，L为天线线圈电感，R为天线线圈电阻，ω是外加信号的角频率，Q值越高，其能量输出效率越高，当Q值过高时，其特性会导致通带变窄，副载波频率出的能量幅度太小，甚至在天线的边带以外，从而影响调制信号的发送。本实用新型为了使天线输出功率在系统要求范围内，采用了低Q值设计，所述天线线圈的品质因素Q值范围为20～30。

针对我国游泳者游泳技术水平相差较大，触壁习惯各不相同，本实用新型提供了多种射频标签的封装方式以适用于不同运动水平的游泳者的佩戴习惯，如手环式、手掌环式，指套式或脚环式等。各种方式的具体封装使用及特点如下：

封装形式一：手环式。本方式的优点是可以直接利用游泳场馆已经广泛使用的射频标签。不改变用户当前的客户体验。例如：目前，许多游泳场馆的存衣柜已经使用基于物联网原理的锁，其钥匙采用射频标签。本实用新型可以兼容该种射频标签。游泳者可依据自己的佩戴习惯，直接使用该射频标签作为计时依据。

封装形式二：手掌环式。本方式主要针对于某些喜欢手掌触壁的游泳者，游泳者可将其佩戴在自己习惯的某只手掌上。

封装形式三：指套式。本方式主要针对于某些喜欢指尖触壁的游泳者，游泳者可将其佩戴在自己习惯的某个指头上。

封装方式四：脚环式。本方式主要针对于某些喜欢练习自由泳，仰泳蹬壁转身的游泳者，游泳者可将其佩戴在自己的任意一只脚上，有射频标签的一侧在脚底。

采用上述不同封装形式可以提供灵活多样的佩戴组合方式，具体如下：

方式一：游泳者在任意一只手上佩戴手环式，手掌环式或指套式射频标签。该种方式适用于触壁手固定，并且不采用蹬壁转身技术的游泳爱好者。

方式二：游泳者同时在两只手上佩戴手环式，手掌环式或指套式射频标签。该种方式适用于触壁手不固定，并且不采用蹬壁转身技术的游泳爱好者。

方式三：游泳者在任意一只手上佩戴手环式，手掌环式或指套式射频标签，并在任意一只脚上佩戴一个脚环。该种方式适用于触壁手固定，并且采用蹬壁转身技术的游泳爱好者。

方式四：游泳者在任意两只手上佩戴手环式，手掌环式或指套式射频标签，并在任意一只脚上佩戴一个脚环。该种方式适用于触壁手不固定，并且采用蹬壁转身技术的游泳爱好者。

本实用新型还提供一种基于物联网的游泳场馆运动成绩计时方法，包括如下步骤：

a)游泳者出发时，通过泳道一端的第一射频阅读器从游泳者穿戴的射频标签模块读取唯一标识符，同时位于该端的第一通信子模块把读到的射频标签模块的唯一标识符传送给服务器；

b)所述服务器记录接收时间为该射频标签模块的出发时间；

c)游泳者到达泳道尽头，通过泳道另一端的第一射频阅读器从游泳者穿戴的射频标签模块读取唯一标识符，同时位于该端的第一通信子模块把读到的射频标签模块的唯一标识符传送给服务器；

d)所述服务器记录接收时间为该射频标签模块的到达时间，所述服务器根据同一射频标签模块最近两次的标识符接收时间间隔记录游泳者的成绩。

本实用新型提供的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统的计时方法，其中，所述第一射频阅读器的输出端和蜂鸣器相连，所述第一射频阅读器读到射频标签模块的标识符后，通过蜂鸣器进行出发提醒。

在使用计时系统时，游泳者常常会在没有准备好的情况下，不小心开始计时。针对这种情况，本实用新型提供的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统的计时方法，当所述服务器3在预设时间内(如5～10秒内，具体可以根据实际情况进行在线配置)多次接收到同一射频标签模块的标识符，自动使用最新的一次的接收时间作为该射频标签模块的出发时间开始计时，从而剔除无效计时。

在游泳场馆内，因为游泳者较多，游泳水平相差较大。为了选取最适合自己的泳道，许多游泳爱好者会在游泳的过程中更换泳道。本实用新型在每条泳道的两端分别设有一个第一射频阅读器，当所述服务器3从不同泳道两端的第一射频阅读器接收到同一射频标签模块的标识符时，所述服务器3自动扣除预设的泳道切换时间后再给出该射频标签模块对应的游泳成绩，从而在游泳者中途更换泳道的情况下，仍然能够精确计时。本实用新型的天线输出功率采用低Q值设计可以有效防止相邻泳道读取同一射频标签模块引起干扰，此外，本实用新型还可以进一步通过如下算法防止相邻泳道引起的干扰：当所述服务器3在同一时间从不同泳道同一端的第一射频阅读器接收到同一射频标签模块的标识符时，通过比较该射频标签模块的标识符在泳道另一端的接收来源确定该射频标签模块所在的泳道。

本实用新型提供的基于物联网的游泳池计时方法，可以方便地同时记录游泳场馆中所有游泳者的成绩，用户体验性好，能够很好地满足室内外各种游泳场馆的计时需求。游泳者成绩的获取及记录过程如图4所示，包括如下步骤：

S101：游泳者进入游泳馆，佩戴装配有射频标签模块的可穿戴设备。

S102：游泳者到达泳道尽头，做出触壁动作。

S103：射频阅读器读取射频标签模块的唯一标识符。

S104：射频阅读器通过通信子模块把射频标签模块的唯一标识符传送给服务器。

S105：服务器根据该唯一标识符和信息采集网络拓扑结构计算出游泳者的游泳成绩。

S106：服务器记录游泳者成绩。

游泳者成绩的查询如图4所示，包括如下步骤：

S201：如果游泳者想知道游泳成绩。

S202：游泳者移动到成绩查询模块。

S203：成绩查询模块中的射频阅读器读取射频标签模块的唯一号。

S204：通过通信子模块把射频标签模块的唯一号传送给服务器。

S205：服务器根据该唯一标识符，得到游泳者当前成绩。

S206：服务器把游泳者的当前游泳成绩显示在游泳成绩显示屏，供游泳爱好者参考。游泳者归还射频标签模块时，游泳成绩打印机打印出游泳成绩，交给游泳者。

此外，为了更直观地显示管理游泳成绩，所述计时系统还可进一步配置射频标签绑定模块7，所述射频标签绑定模块7包含第三射频阅读器和第三通信子模块，所述第三射频阅读器通过所述第三通信子模块与所述服务器相连，所述绑定过程如下：游泳者入场时，如果游泳者是会员，直接将该会员信息与所述第三射频阅读器读取的某个选定射频标签模块的标识符相绑定；如果游泳者不是会员，则输入该游泳者的基本信息并与所述第三射频阅读器读取的某个选定射频标签模块的标识符相绑定。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其特征在于，包括：

射频标签模块，所述射频标签模块为穿戴式RFID射频标签，每个RFID射频标签具有唯一标识符；

信息采集模块，所述信息采集模块安放在泳道两端，每个信息采集模块包含电气相连的第一射频阅读器和第一通信子模块，所述第一射频阅读器从游泳者穿戴的射频标签模块读取所述唯一标识符；所述第一通信子模块把读到的所述射频标签模块的唯一标识符传送给服务器；

服务器，用于存储所有射频标签模块的标识符以及每个射频标签模块对应的游泳成绩；

成绩查询模块，用于查询游泳者的游泳成绩，所述成绩查询模块安放于游泳场馆，所述成绩查询模块包含第二射频阅读器和第二通信子模块，所述第二射频阅读器通过所述第二通信子模块与所述服务器相连；

成绩显示屏，用于显示游泳成绩，所述成绩显示屏与所述服务器的输出端相连。

2.如权利要求1所述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其特征在于，还包括射频标签绑定模块，用于将游泳者和某个选定射频标签模块绑定，所述射频标签绑定模块包含第三射频阅读器和第三通信子模块，所述第三射频阅读器通过所述第三通信子模块与所述服务器相连。

3.如权利要求2所述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其特征在于，所述第一射频阅读器，第二射频阅读器和第三射频阅读器均包括微处理器，所述微处理器的电源端和电源模块相连，输出端和蜂鸣器相连，所述微处理器通过SPI接口和RFID射频读卡电路相连，所述RFID射频读卡电路通过EMC滤波电路、匹配电路和天线线圈相连，所述第一射频阅读器经第一通信子模块通过RS485总线和服务器相连，所述第二射频阅读器经第二通信子模块通过RS485总线和服务器相连，所述第三射频阅读器经第三通信子模块通过RS232总线和服务器相连。

4.如权利要求1所述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其特征在于，所述信息采集模块封装在环氧灌封胶内，所述信息采集模块安装在水线下60cm至水线上50cm处，所述天线线圈的品质因素Q值范围为20～30。

5.如权利要求1所述的基于物联网的游泳场馆运动成绩计时系统，其特征在于，所述射频标签模块为手环式、手掌环式、指套式或脚环式。