田径运动会RFID体育比赛计时计圈系统

一、系统介绍

      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。由于红外线计时设备只能记录运动员冲过终点线时的成绩，不能判断运动员过终点线的名次顺序，当众多运动员同时过终点线时，不能记录每个运动员的成绩。而终点全自动电子摄影 / 摄像计时设备可以通过记录并保存运动员冲过终点线时的图像和时间信息，需要时，通过调出计时胶片或计时图像来读出运动员的先后名次和运动时间。由于该设备能长期保存时间图像，可重复查验，而广泛用于田径、自行车、赛艇、皮划艇、摩托车等竞赛项目中。但该设备也有一定的局限：它较适合距离短、每组参赛运动员数量在几十人以下、分道、计时精度不低于 1/100 秒的项目；而对于不分道、运动员在几十人以上以至万人、计时精度为秒级的项目（如田径长跑、竞走、马拉松、自行车等），要准确记录运动员到达终点的名次就很困难，需要裁判协助人工计圈，不仅难度大，而且需要的裁判数量庞大，人工记录还很容易出错，不能确保万无一失。另外，对马拉松比赛，由于运动员太多，有时第一个出发的与最后一个出发的人离开起跑线能相隔几十分钟，全自动终点电子摄影 / 摄像计时设备很难满足比赛的要求，也不能完全准确无误地记录每个运动员名次和成绩。  

      对田径比赛（ 100米、200米、5 千米 、 10 千米 等），几十名运动员在 400 米 的跑道上进行比赛，水平参差不齐，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。然而，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运动员重赛（如我国第二届全运会田径比赛，万米少记一圈，而使这届运动会万米无成绩），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——自动计圈设备，并与终点全自动电子摄像计时设备相结合，准确地判读运动员的名次和成绩，确保比赛的公开、公平、公正。场地自行车、短道速滑等项目也是如此。  

　　我们利用射频识别这一高新技术，研制出适合田径比赛的运动会自动计时计圈系统。  

二、系统原理

      田径比赛运动会计圈系统采用射频识别系统和先进的 RFID 技术、计算机信息处理等高新技术与体育竞赛相结合，便于运动员携带而不影响其竞技状态，当运动员带着射频识别腕带经过计时线圈时，有源读卡器天线能够立即检测到通过的腕带信息，读卡器再将读到的腕带号送到连接的计算机，计算机得到运动员的有关信息，并使用专用软件对信息作一系列处理。 由系统软件将采集到的腕带信息与相应运动员信息对应，统计比赛情况， 从而实现自动计圈和对长距离项目自动计时的目的。 2000 年悉尼奥运会和美国冬季奥运会上就采用感应卡用于运动会的计时计圈。  

　　系统主要功能有： 1 、统计 运动员 成绩：比赛结束后，计算机即统计出各 运动员 的起讫时刻、完成圈数、最快圈时间，以及名次等成绩，并打印成绩单； 2 、显示比赛实况：经计算机处理后的信息，可以通过大屏幕或电视屏幕，即时、动态显示比赛实况，激烈赛况一目了然； 3 、储存比赛记录：由计算机记载的全部比赛记录，可供随时查看或打印，为赛场的经营管理、财务管理、车辆管理等提供如实的数据。   

三、系统组成及特点

l  后台数据处理中间件

l  可视化比赛运动员信息录入显示模块

l  数据保存、统计、导出模块

l  数据录入，包括运动员姓名，性别，年龄，号码等信息

l  比赛分组及比赛方式，可以设置比赛的圈数

l  数据保存统计导出功能

四、系统硬件组成和产品

l  运动计时系统读写器（触发读写一体化读写器）

l  运动计时芯片（电子标签）

l  125K地感线圈天线（低频缆式天线）

l  操作系统服务器平台组成（运动计时计圈系统软件）

      每运动员带着腕带双频电子标签经过跑道处计时线圈时，125K低频激活天线能够立即激活双频电子标签信息，双频电子标签实时主动发送数据给附近的读写器，读写器再将读到的卡数据上传给连接的计算机，计算机得到运动员的有关信息，并记录下通过时的对应时刻，用专用软件对该信息作一系列处理。跑步起始时间可由读写器引出的“计时开始”按钮采集，上传给计算机后台系统软件，后台系统软件将采集到的开始时间、卡片信息与相应运动员信息对应，统计比赛情况，从而实现对田径项目自动计时的目的。

      该系统在终点铺设一组125K地感线圈天线，用于运动计时计圈系统。

     当运动员携带的双频运动计时芯片标签通过计时地毯天线时，地毯天线将接收到的RFID标签的响应信号发送到与其相连的读头，读头记录下当前的时间和标签的相关信息，即完成计时功能。比赛成绩可以实时显示，裁判或训练组织者可以通过安装在电脑上的计时系统软件查看、编辑、打印成绩。

五、系统优势

l  实时性高：处于场区内的标签一旦被触发，立即上传数据进行，软件处理计时信息及统计并将时间名次信息保存在数据库中；

l  抗干扰性强：人体、金属、粉尘、潮湿不会对系统造成任何的影响，产品鲁棒性经严格测试；

l  安装设备方便：产品设计时完全考虑安装的便捷性，125K低频与2.45G双频一体化读取实现精确计时要求，不要再布设其他设备，卡片下发结合软件便可实现中长跑运动计时计圈应用；

l  无串扰事件发生：当有同频或者不同频大功率微波设备同时使用时，产品会灵活跳频，躲避干扰源；

l  数据容量大：系统中读卡器使用2.45G频段作为数据流通主要通道，数据的通信速率为2Mbits/S；

l  多标签同时识别：每个读卡器能够同时识别200张在读卡器区域的卡片，无冲撞无串扰；

l  EMI、EMS能力强，卡片发射功率为手机发射功率的千分之一，绿色无电磁波辐射危险。不会与蓝牙、802.11、无线局路网无冲突;

l  低功耗、长寿命：电子标签只有在进入地感线圈触发区域时才会发送数据，在未进入地感线圈区域或者长时间在同一地感线圈区域时，电子标签处于休眠状态，这样大大降低了电子标签的功耗，延长了电池的使用寿命；

六、系统硬件产品介绍

l 电子智能计时主机

采用双频技术，低频触发，高频接收数据，提高计时精度及测试人数

主机可存储20万条数据

支持GPS对时，4G数据上传

主机可用电子发令触发计时，触发距离空旷坏境1000米

主机支持5个项目同时测试，提高测试效率

主机自带电池支持连续工作12小时

计时芯片采用低功耗方案，1年内不需要更换电池

200km/h高速通过仍可精确计量

以太网接口同步时间、数据传输

防水、防压、防尘、双卡锁外壳设计

l 计时芯片标签

识别距离 ： 0 ～ 100米可调
识别速度 ： 200 公里 / 小时
识别能力 ： 具备200张/秒的防冲突性能
识别方式 ： 全向识别
可变增益 ： 0～3级可按需选定
工作频段 ： 2.45GHz、125KHz
通讯速率 ： 250K
通信机制 ： 基于HDLC 时分多址和同步通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测
功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级
使用寿命 ： 1.5年

电压检测 ： 电压低可通过无线或蜂鸣同时预警
封装特性 ： ABS+PC材质，抗高强度跌落与振动
环境特性 ： 工作温度－40℃ ～＋85℃  　工作湿度＜95％
可 靠 性 ： 防水防尘，满足工业环境要求
外    形 ： 双耳方型
尺    寸 ： 40×36×12 mm
重    量 ： 12g
安装方式 ： 加装表带佩戴

l  计时地毯/感应线圈

1) 双频运动计时感应线圈需要与电子智能计时主机相连，完成计时功能。当计时感应线圈接收到来自双频计时芯片标签的响应信号时，读头记录下当前时间和标签ID号。计时感应线圈能用于各种环境而且防水，可以被用于跑步、自行车运动以及冰雪运动；地毯相当牢固耐用。

2) 地感线圈内部包含独立的感应回路（125kHz给标签激活唤醒）和接收回路（2.45G接收标签响应信号）。有时回路的谐振频率会受到周围金属物品（如钢筋混凝土、水管等）的影响，从而影响到读取距离。为此在读头中含有专门的自动调谐电路，将这种影响减少到最低程度。

七、成功案例