運動會計時計圈系統
一、 系統概述
在田徑、馬拉松、鐵人三項、自行車、摩托車、越野滑雪、短道速滑等眾多體育比賽項目中，需要記錄運動員從起點到終點的運動時間和先後名次，一般比較古老而經典的方法是人工掐秒錶計時。隨着科技的發展，出現了紅外線計時設備、終點全自動電子攝影/攝像計時設備[1]。由於紅外線計時設備只能記錄運動員沖過終點線時的成勣，不能判斷運動員過終點線的名次順序，當眾多運動員同時過終點線時，不能記錄每個運動員的成勣。而終點全自動電子攝影/攝像計時設備可以通過記錄並保存運動員沖過終點線時的圖像和時間信息，需要時，通過調出計時膠片或計時圖像來讀出運動員的先後名次和運動時間。由於該設備能長期保存時間圖像，可重複查驗，而廣氾用於田徑、自行車、賽艇、皮划艇、摩托車等競賽項目中。但該設備也有一定的侷限：它較適合距離短、每組參賽運動員數量在几十人以下、分道、計時精度不低於1/100秒的項目；而對於不分道、運動員在几十人以上以至萬人、計時精度為秒級的項目（如田徑長跑、競走、馬拉松、自行車等），要準確記錄運動員到達終點的名次就很困難，需要裁判協助人工計圈，不僅難度大，而且需要的裁判數量龐大，人工記錄還很容易出錯，不能確保萬無一失。另外，對馬拉松比賽，由於運動員太多，有時第一個出發的與最後一個出發的人離開起跑線能相隔几十分鐘，全自動終點電子攝影/攝像計時設備很難滿足比賽的要求，也不能完全準確無誤地記錄每個運動員名次和成勣。
對田徑中長跑（5千米、10千米、10千米競走、20千米競走等），几十名運動員在400米的跑道上進行比賽，水平參差不齊，準確記錄每名運動員行進的圈數，一直是一大難題：多年以來一直是裁判員通過人工擺棋盤和人工畫表格等形式記錄，除耗費大量的人力物力外，還不可避免存在人為失誤，影響成勣的準確性。然而，田徑比賽的不可重複性決定了：不能因為裁判員的失誤而讓運動員重賽（如我國第二屆全運會田徑比賽，萬米少記一圈，而使這屆運動會萬米無成勣），因此對準確性和可靠性具有很高的要求，特別需要高科技的競賽電子設備——自動計圈設備，並與終點全自動電子攝像計時設備相結合，準確地判讀運動員的名次和成勣，確保比賽的公開、公平、公正。場地自行車、短道速滑等項目也是如此。
為此，我們結合當今射頻識別這一高新技術，研製出適合中長距離比賽的運動會自動計時計圈系統。
二、 系統的工作原理及基本組成
運動會計圈系統採用CENSUS射頻識別系統和先進的RFID技術、計算機信息處理等高新技術與體育競賽相結合，便於運動員攜帶而不影響其競技狀態，當運動員帶着射頻識別卡經過計時線圈時，讀卡天線能夠立即檢測到通過的卡片信息，讀卡器再將讀到的卡號送到連接的計算機，計算機得到運動員的有關信息，並使用專用軟件對信息作一系列處理。由系統軟件將採集到的卡片信息與相應運動員信息對應，統計比賽情況，從而實現自動計圈和對長距離項目自動計時的目的。2000年悉尼奧運會和美國冬季奧運會上就採用 Census 感應卡用於運動會的計時計圈。
系統主要功能有：
1、統計運動員成勣：比賽結束后，計算機即統計出各運動員的起訖時刻、通過路徑、完成圈數、最快圈時間，以及名次等成勣，並打印成勣單；
2、顯示比賽實況：經計算機處理后的信息，可以通過大屏幕或電視屏幕，即時、動態顯示比賽實況，激烈賽況一目瞭然；
3、儲存比賽記錄：由計算機記載的全部比賽記錄，可供隨時查看或打印，為賽場的經營管理、財務管理、車輛管理等提供如實的數據。
整套系統由遠距離讀卡器、射頻天線、遠距離感應卡、控制計算機及軟件四部分構成。
1、 ZY-SPX遠距離讀卡器
採用CypherTag遠距離讀卡器，型號ZY-SPX. x批天線數量。其工作原理是：讀卡器帶有一個或多個可以發射並接收感應卡信號的地埋式天線感應線圈。通過這個天線，天線不斷地向上發射電磁波問訊信號。當感應卡進入讀卡器讀卡範圍內時，原本處於“休眠狀態”狀態的感應卡被激活，感應卡也通過其內部的一個小的天線線圈將載有感應卡號碼的應答信號反饋給讀卡器，讀卡器立即將讀到的卡片送到管理軟件。CypherTag讀卡器與感應卡之間的問詢是經過加密的，感應卡的號碼以一種“亂碼”的格式反饋給讀卡器，這種“亂碼”只有CypherTag系列讀卡器可以識別，因此感應卡號碼在傳輸過程中是絕對安全的。
RV1-SP讀卡器有別於一般的射頻識別產品，它有以下主要特性：
◆快速識別。讀卡器可以對高速運動的感應卡進行準確的識別，運動時速可達100Km/小時。
◆多重讀出。讀卡器可以對同時呈現于讀卡器讀卡範圍內多達320只感應卡進行識別，無一遺漏。
◆遠距離讀出。讀卡器可以對遠離它3米的感應卡進行識別。
◆獨特的HID碼限制功能，確保系統的安全性。
CypherTag ZY-SP遠距離讀卡器
寬通道長條形信號覆蓋，
過道形感應區域，穩定的讀卡邊界
高速多重識別，不漏卡
ZY-SP遠距離讀卡器
產品特性:
◆可外接1－16 個感應天線
◆讀卡距離遠，提供 3m出距離
◆安裝通道寬，可用於32米寬通道
◆可帶16個天線，標配4個
◆ 防衝突，多天線讀卡速度可達320張/秒，單天線同時識別100張
◆高精度讀取，誤讀率低於一億分之一
◆讀卡沒有方向限定， 360 度任意角度都能讀到，
◆美國聯邦通訊委員會 FCC 認証、CE認証
技術參數:
◆尺寸：（高）325 x （寬）285 x （厚度）65毫米
◆電源：12～28伏，DC，@400mA max
◆工作溫度：-20～+60℃（適用於室內和室外安裝)
◆工作濕度：0 - 80% 無凝結,信號穿過液體感應距離無任何改變
◆最大天線大小：採用直徑1.5粗銅線時單天線周長達16米
◆顯示：高精度LCD顯示屏，
◆輸出格式：26位Wieland, RS232
◆工作頻率:發射頻率125KHz,接收頻率 4MHz;
產品介紹:
CypherTag 是英國IDENTEC公司新開發的產品第四代射頻識別產品品牌系列， 是原 Cryptag Census 品牌 的升級產品（Census最早用於悉尼奧運會記時記圈），它採用最新的低頻跳頻技術， 發射頻率125KHz,接收頻率 4MHz， 共有25個信號通道，最多可帶16個讀卡天線， 既有低頻技術極強的穿透性，又有高頻技術強大的抗干擾性和高速工作能力。 CypherTag 遠距離讀卡器具有極高的先進性， 採用3顆32位高速MCU微處理器和1顆DSP數字信號處理器, 帶高精度LCD顯示屏和按鍵，顯示屏可以波形形式顯示當前區域電磁情況及卡片狀態，可在讀卡器上直接進行編程設置。 CYPHERTAG讀卡器採用外接天線的方式工作，天線為一個長方形的框，感應距離為整個長方框到卡片3米，天線所發射信號的感應區域非常規則，可以理解為以長方框為基面擴散而成的長方體，有着明顯的界分界線，分界線內信號強度基本相同，用戶可以通過感應指示燈來直觀的看到希望得到的感應範圍。
2、 TV1感應卡：
CypherTag TV1遠距離感應卡
可固定在運動胸前
產品特性:
◆遠距離識別：讀卡距離3至4米
◆防衝撞：在RV1讀卡器上可同時識別320張感應卡
◆高精確性：誤讀率低於1億分之1
◆高安全性：私有加密協議，隨機通訊數據
◆長壽命：7年使用壽命
◆自檢測：電池狀態自動輸出
◆美觀實用：可做証件卡，可打印姓名等信息
◆自休眠：離開感應區自動體眠
◆抗液體：水中工作感應距離無任何改變
技術參數:
◆卡號：64位編碼，輸出位數可選
◆尺寸：86 x 54 x 4.5 mm毫米
◆重量：28克
◆工作壽命：帶電池，壽命7年以上，低電池電壓后仍然可正常使用2到3個月，並輸出提示信息。
◆材質：亮灰色ABS外殼加聚碳酸酯標籤(73 x 50 x 0.2 mm)
PVC白色簽名欄，可簽名或打印
◆工作溫度：-20～+60℃
◆工作濕度：100% 防水，水里正常工作，水中感應距離無任何改變
◆工作頻率：發射頻率4MHz,接收頻率 125KHz;
◆CE, DTI & 美國FCC認証
CypherTag TV4遠距離挂式感應卡
可固定在運動員腳碗或鞋面
產品特性:
◆遠距離識別：讀卡距離3米
◆防衝撞：在RV1讀卡器上可同時識別320張感應卡
◆高精確性：誤讀率低於1億分之1
◆高安全性：私有加密協議，隨機通訊字符
◆長壽命：7年使用壽命
◆自檢測：電池狀態自動輸出
◆美觀堅固：ABS外殼、不鏽鋼挂環
◆自休眠：離開感應區自動體眠
◆抗液體：水中工作感應距離無任何改變
技術參數:
◆卡號：64位編碼，輸出位數可選
◆尺寸：55 x 42 x 11.5 毫米
◆重量：25克
◆工作壽命：帶電池，壽命7年以上，低電池電壓后仍然可正常使用2到3個月，
並輸出提示信息。
◆材質：亮灰色ABS外殼加環氧樹脂密封,加強形不鏽鋼挂環
◆工作溫度：-20～+60℃
◆工作濕度：100% 防水，水里正常工作，水中感應距離無任何改變
◆工作頻率：發射頻率4MHz,接收頻率 125KHz;
CE, DTI & 美國FCC認証
三、長距離比賽自動計時功能的實現
在馬拉松、鐵人三項、越野滑雪等比賽時，在比賽的起點線放置一套天線（寬跑道採用多天線）、讀卡器及相應的控制系統，用作起點記錄，在跑道各階段分點設立檢測區段，用於測試運動員有無漏跑，在比賽的終點線放置另一套天線、讀卡器及控制系統，用於計算最終成勣。當發令槍響，運動員開始出發，發令的聲音信號啟動系統定時器開始計時，但由於參賽運動員眾多，多至几百乃至上萬人，這些運動員不可能同時在一條起跑線上，其離開起跑線就存在時間差，為此，應用該系統就能解決此問題：每當每名運動員經過起跑線處的天線時，控制系統接收到該運動員攜帶讀卡器發出的特征信息，並記錄下通過時的對應時刻，傳給控制計算機存儲。當運動員跑完全程，到達終點時，位於終點線處的天線接收每位到達終點運動員攜帶讀卡器發出的信號，經控制系統處理后，確認運動員的身份，並記錄下對應時刻，傳給控制計算機，由計算機自動進行處理，從而計算出運動員的成勣及相應名次。
四、 結論
該系統是以射頻識別技術為基礎，研究解決中長距離體育比賽中長期存在的記錄運動員行進圈數和時間成勣的急迫問題，具有明顯的實際意義。它的研製成功，必將提高我國競技體育項目的裁判水平，提高競賽設備的高科技含量，使我國舉辦的國際國內體育賽事上一個臺階，進一步與國際水平接軌。
系統設計方案：
方案1、使用RV1-SP4讀卡器用於起點寬通道的讀取，採用4個檢測線圈；各檢測點及終點採用RV1-SP2讀卡器，各使用2個地埋天線。
系統拓扑圖：
備註：天線也可雙天線左右併排安裝，詳細天線尺寸大小可根據現場要求靈活配置。
附件：
1、Census產品的RS232通訊協議：
波特率（Baud Rate）：9600；
數據位（Data bits）：8位；
奇偶校驗（Parity）：無；
停止位（Stop bits）：1位
讀卡器標準輸出格式為：[五位十進制HID] [：] [五位十進制PID][LF][CR]
LF，CR為回車，換行符。
00102:00012 [LF][CR],
2、配置及價格清單：
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序號
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產品名稱
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型號規格
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數量
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單價
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金額
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備註
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1
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終點計時記分主機
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RV1-SP2
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1
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28000
|
28000
|
|
|
2
|
終點天線
|
AV1
|
2
|
1000
|
2000
|
|
|
3
|
感應卡片
|
TV1/TV4
|
10
|
110
|
1100
|
根據數量選擇
|
|
4
|
專用線性電源
|
4NIC-X21
|
10
|
580
|
5800
|
|
|
5
|
通訊數據線
|
Z-TEC
|
1
|
100
|
1000
|
|
|
6
|
單股銅線
|
2.52mm
|
100米
|
6
|
600
|
自備，
|
|
7
|
通訊線
|
ZR-RVSP4x0.5mm
|
100米
|
|
0
|
自備
|
|
8
|
管理軟件
|
ZYRC－RACE
|
1
|
15000
|
15000
|
|
|
9
|
計算機
|
|
1
|
|
0
|
自備
|
|
10
|
合計：
|
53500
|
|
(渠道商、代理商報價表)
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