一種田徑賽跑計時記名裝置的製作方法
2023-05-30 23:26:11 1
專利名稱：一種田徑賽跑計時記名裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於體育運動器材技術領域，具體地說涉及一種田徑賽跑計時記名裝置。
本實用新型提供的技術方案是一種田徑賽跑計時記名裝置，包括由發令槍無線發射電路、接收發令槍無線發射電路發射信號的發令信號無線接收電路、設於跑道終點的終點探測器、計時電路、中斷申請及其撤除電路和A/D轉換及單片機電路，所述終點探測器為熱釋電傳感器及其調理電路，發令信號無線接收電路的輸出信號及熱釋電傳感器調理電路的輸出信號和計時電路的輸入端相聯接，構成計時的起止控制。
上述發令槍無線發射電路含有駐極體話筒、高通放大電路、發令槍扳機開關、微分電路、單穩電路、比較器、與非門、音頻振蕩及超高頻振蕩器；駐極體話筒、高通放大電路及發令槍扳機開關構成與關係以控制計時起始時間，發令槍扳機開關的輸出通過微分電路與單穩電路的輸入端聯接，駐極體話筒的輸出經高通放大電路、比較器與另一單穩電路的輸入端聯接，這兩個單穩電路的輸出端分別與一與非門的兩個輸入端聯接，該與非門的輸出端與音頻振蕩器的輸入端聯接，音頻振蕩器的輸出端與超高頻振蕩電路的輸入端聯接，實現對高頻載波的調製和發射。
上述發令信號接收電路主要由高頻調製信號接收放大電路和音頻解碼電路組成；高頻調製信號接收放大電路將接收到的發令信號經放大處理後輸出至音頻解碼電路，音頻解碼電路輸出經觸發器和反相器產生開始計時的控制信號。
本實用新型的的跑道終點設有多道熱釋電傳感器及調理電路，計時電路對應設有多路獨立計時器；熱釋電傳感器的輸出經低通放大調整後，一路輸入至比較器的同相輸入端，另一路經峰值保持電路輸出至該比較器的反相輸入端，比較器的輸出端與對應計時器的輸入端聯接以控制該計時器，以確保計時停止時間鎖定在運動員軀幹部位衝線時刻，滿足田徑競賽的計時規則；同時比較器的輸出端還通過觸發器與A/D轉換及單片機電路中的中斷申請電路輸入端聯接以便在運動員軀幹部位衝線後向單片機發出中斷申請。
上述計時電路採用計時集成晶片，構成多路獨立計時器，分別對每路跑道進行獨立計時；發令信號無線接收電路的輸出端信號和各跑道熱釋電傳感器調理電路中的比較器輸出端信號分別是計時器起止控制信號，它們分別和與門的兩個輸入端聯接，與門的輸出端與各跑道計時器的輸入端相聯接。
上述中斷申請及其撤除電路和A/D轉換電路包含單片機電路，中斷申請電路，二分頻電路，總線驅動器，解碼器，鎖存器，A/D轉換器，採保器。中斷申請電路輸入為各道的中斷請求信號，其輸出接到單片機的外部中斷管腳；採保器的輸入為各道熱釋電傳感器經低通放大調整後的瞬時電壓輸出，它的輸出接入A/D轉換器的輸入端；A/D轉換器的輸出經總線驅動器接入單片機總線，A/D轉換器的工作頻率由單片機提供的標準信號經二分頻電路分頻後供給；單片機地址線接入解碼器和A/D轉換器的地址線，解碼器的輸出與單片機相應控制信號配合實現對鎖存器和A/D轉換器的讀寫控制，從而實現熱釋電傳感器配合A/D轉換電路有效檢測運動員軀幹衝擊終點時的位姿值以供軟體修正時間使用，有利於提高該裝置的計時精度；鎖存器輸入為單片機數據線，其輸出接到其它電路各個相應的中斷申請撤除端和清零端以實現中斷申請的及時撤除和整套裝置的自動清零。
本實用新型還設有電子顯示模塊電路或印表機，單片機數據線經總線驅動器接入電子顯示模塊電路或印表機數據線，單片機地址線接入解碼器，解碼器的輸出與單片機相應控制信號配合實現對電子顯示屏電路或印表機的讀寫控制。
本實用新型採用熱釋電傳感器來檢測運動員衝過終點時的紅外輻射能，尤其是利用運動員頭部和手臂紅外輻射能量的差異以及程序修正等手段來鎖定計時的結束是在運動員的軀幹部位衝過終點的那一瞬間，從而保證了計時的精確性，準確地分辨400米內跑道運動員的比賽成績。另外，本實用新型也可以用於中長跑計時計名。本實用新型安裝使用方便，價格低廉。
具體實施方式
參見
圖1，本實用新型包括發令槍無線發射電路1、發令信號無線接收電路2、設於跑道終點上方的熱釋電傳感器及其調理電路3、計時電路4、A/D轉換及單片機5、電子顯示模塊電路6及印表機電路7。
電子發令槍扣動扳機時，圖2所示的發令槍內部電路中，開關SW-PB閉合，在C1和R2構成的微分電路作用下產生的正脈衝使單穩電路U1輸出高電平；槍響後，駐極體話筒MK把發令訊響變為電信號，輸入由Q1，Q2，Q3組成的高通放大電路進行放大，低頻部分信息及低頻環境噪聲被過濾掉。放大後的模擬信號經一比較器轉換為高電平去觸發單穩電路U2輸出高電平，此時與非門U4兩個輸入端皆為高，輸出為低，BG1截止，NE555晶片構成的音頻振蕩器起振，從其3腳輸出5000HZ的音頻信號至BG2基級進行調製。由BG2，L1，L2，C9，C12等組成的超高頻振蕩電路把調製信號由隱形天線向空間輻射。由於駐極體話筒電路和發令槍扳機構成與關係，控制計時起始時間，有效地解決了發令計時階段的擾動及偽信號問題，而且使得發令計時穩定，發令延誤時間經軟體修正後小於千分之一秒，滿足田徑競賽的計時規則。電子發令槍扣響後，單穩電路U1、U2分別延時後恢復原態低電平，U4輸出為高電平，BG1導通，音頻振蕩器不起振，發令槍停止發射調製信號。
圖3中，發令信號接收電路2主要由調頻收音機專用集成電路TA8164和音頻解碼電路LM567組成。TA8164將收到的發令信號經內部放大處理後輸出高頻調製信號至LM567，如此調製信號頻率等於LM567的特徵頻率，LM567的8腳輸出由高電平變為低電平，觸動D觸發器的輸出由高電平變為低電平，再經反相後作為計時電路4的開始計時控制信號(START＝1)。發令槍發接遙控距離大於100米。
熱釋電探測器電路3是由八套如圖4所示的傳感器調理電路所組成，結構完全相同的傳感器分別安裝在八道跑道終點線的正上方，經光學準直後用於檢測運動員衝線時的紅外輻射能量。由於運動員的手臂，頭部和軀幹紅外輻射能量的差異及這些部位與傳感器距離的不同，所以運動員從剛抵達終點線衝線區到整個身子完全衝過終點這一過程中傳感器輸出的電信號不斷變化，該信號經圖4中的U6、U7、U8低通放大後，一路(瞬時值Vi)輸入至比較器U11同相輸入端，另一路輸入至U9和U10組成的峰值保持電路後(Vip)再輸出至U11反相輸入端。運動員衝線前，U11輸入端瞬時值Vi總是高於峰值保持電路的輸出信號Vip(Vi＞Vip)，U11輸出高電平。當第i路跑道上運動員軀幹衝過終點後，Vi變小，Vi的峰值Vip被保持住(Vi＜Vip)，U11輸出變低，即控制信號TNi＝0，停止計時電路4中第i路計時器的計時；同時TNi＝0使得D觸發器U12反轉，/Qn+1＝0，再經反相後形成形成第i路的有效中斷請求信號(IRQi＝1)。TNi(i＝1-8)還分別是圖6中A/D0809輸入端八個採樣保持器LF398的控制信號TNi＝1，LF398採樣；TNi＝0，LF398保持。LF398的輸入信號是瞬時值Vi(i＝1-8)。
計時電路4中所用計時器為三片集成晶片8254(見圖5)，每片內部含三個獨立計時器，分別對八路跑道進行獨立計時。8254工作頻率CLK＝500KHZ，工作方式為4，此方式下8254的管腳GATE＝1時，允許計數；GATE＝0時，禁止計數。故而只有START＝1且TNi＝1時，第i路計時器才工作。當第i路跑道上運動員軀幹衝過終點，TNi＝0，第i路計時器停止計時，第i路的LF398處於保持狀態，此時LF398的輸出大小(位姿值)隨運動員軀幹衝過終點時的位姿不同而不同，單片機可根據該位姿值經A/D0809轉換後的數值大小去修正第i路跑道上運動員衝線位姿造成的計時誤差；TNi＝0還使得圖4中U12反轉，IRQi＝1，這個信號使得圖6中U14輸出為低，向單片機發出中斷請求。八路跑道的中斷請求信號狀態(IRQ1-IRQ8)可通過單片機P1口查詢。單片機響應中斷後，在中斷服務程序裡查詢P1口記錄下是那一路(或那幾路)發生衝線，然後通過圖6中U15鎖存器接口(型號為74LS373)輸出相應控制字到其它電路各個相應的中斷申請撤除端(CLR1——CLR8)，清除該路(或該幾路)的IRQi信號，從而撤除該路(或該幾路)的中斷請求。單片機在主程序裡根據中斷時所作的記錄，讀入相應跑道計數值和A/D0809相應輸入端的位姿值的轉換數值，加與修正後換算出運動員的賽跑時間並輸出至電子顯示模塊電路6或印表機7。在圖6中，二分頻電路採用74LS74，74LS244是總線驅動器，解碼器型號採用74LS138。本輪比賽結束後，在進行下一輪比賽前，單片機自動向圖6中U16鎖存器接口(型號為74LS373)輸出相應控制字到其它電路各個相應的清零端(CLR9——CLR11)，清零START信號(使START＝0)後，再清除各路所保持的峰值(使Vi＞Vip，TNi＝1)，同時亦清零三片8254內部計時器的計數值(使CLR8254＝1，圖5中繼電器開關RELAY-SPST斷開，三片8254的供電中斷)。這些為下一輪比賽所作的準備工作也可以通過按下圖3中RESET按鍵來予以完成。
圖7EA----D20040AR顯示模塊與單片機接口電路中，EA----D20040AR顯示模塊的數據線經總線驅動器74LS245與單片機數據線相連，單片機地址線接入解碼器74LS138的地址線，解碼器的輸出與單片機相應控制信號配合實現對顯示模塊讀寫控制。
以下是關於圖8的一些說明。熱釋電傳感器裝在接收盒內，接收盒固定在終點接收架的上部。接收架由槊鋼型材料做成可拆卸結構，架高3.40米，淨空3.00米，加上在第一道左邊和在第八道右邊留有的0.75米空間，故不會影響運動員的賽跑。安裝時，為保證接收傳感器準確地位於終點線正上方，需觀察框架立柱上的水準器，並分別調節框架兩側鋼絲繩上的收緊螺栓，使框架豎直而不前後傾斜。而框架左右方向無需調節，因為框架結構保證了左右方向不易傾斜，而且即使稍有傾斜，對計時的準確性也無影響。接收盒下方有遮光罩，並在框架下梁開有20mm*60mm的矩形孔，以保證接收視場在地面上的投影為1.50米(跑道寬)*0.50米(終點線衝線區)。視場在運動員軀幹部位(離地面約1.00米～～1.10米)的寬度為1.00米，既保證了本道傳感器萬無一失地接收到本道運動員的紅外輻射，又不至於接收到鄰近跑道運動員的信息，見圖8。故此，計時停止時間滿足田徑競賽計時規則。
權利要求1.一種田徑賽跑計時記名裝置，包括由發令槍無線發射電路、接收發令槍無線發射電路發射信號的發令信號無線接收電路、設於跑道終點的終點探測器、計時電路、中斷申請及其撤除電路和A/D轉換及單片機電路，其特徵在於所述終點探測器為熱釋電傳感器及其調理電路，發令信號無線接收電路的輸出信號及熱釋電傳感器調理電路的輸出信號和計時電路的輸入端相聯接，構成計時的起止控制。
2.根據權利要求1所述的計時記名裝置，其特徵在於發令槍無線發射電路含有駐極體話筒、高通放大電路、發令槍扳機開關、微分電路、單穩電路、比較器、與非門、音頻振蕩及超高頻振蕩器；駐極體話筒、高通放大電路及發令槍扳機開關構成與關係以控制計時起始時間，發令槍扳機開關的輸出通過微分電路與單穩電路的輸入端聯接，駐極體話筒的輸出經高通放大電路、比較器與另一單穩電路的輸入端聯接，這兩個單穩電路的輸出端分別與一與非門的兩個輸入端聯接，該與非門的輸出端與音頻振蕩器的輸入端聯接，音頻振蕩器的輸出端與超高頻振蕩電路的輸入端聯接，實現對高頻載波的調製和發射。
3.根據權利要求1所述的計時記名裝置，特徵在於發令信號接收電路主要由高頻調製信號接收放大電路和音頻解碼電路組成；高頻調製信號接收放大電路將接收到的發令信號經放大處理後輸出至音頻解碼電路，音頻解碼電路輸出經觸發器和反相器產生開始計時的控制信號。
4.根據權利要求1或2或3所述的計時記名裝置，其特徵在於跑道終點設有多道熱釋電傳感器及調理電路，計時電路對應設有多路獨立計時器；熱釋電傳感器的輸出經低通放大調整後，一路輸入至比較器的同相輸入端，另一路經峰值保持電路輸出至該比較器的反相輸入端，比較器的輸出端與對應計時器的輸入端聯接以控制該計時器，同時比較器的輸出端還通過觸發器與A/D轉換及單片機電路中的中斷申請電路輸入端聯接以便在運動員軀幹部位衝線後向單片機發出中斷申請。
5.根據權利要求4所述的計時記名裝置，特徵在於計時電路採用計時集成晶片，構成多路獨立計時器，分別對每路跑道進行獨立計時；發令信號無線接收電路的輸出端信號和各跑道熱釋電傳感器調理電路中的比較器輸出端信號分別是計時器起止控制信號，它們
6.根據權利要求1或2或3所述的計時記名裝置，特徵在於中斷申請及其撤除電路和A/D轉換電路包含單片機電路，中斷申請電路，二分頻電路，總線驅動器，解碼器，鎖存器，A/D轉換器，採保器；中斷申請電路輸入為各道的中斷請求信號，其輸出接到單片機的外部中斷管腳；採保器的輸入為各道熱釋電傳感器經低通放大調整後的瞬時電壓輸出，它的輸出接入A/D轉換器的輸入端；A/D轉換器的輸出經總線驅動器接入單片機總線，A/D轉換器的工作頻率由單片機提供的標準信號經二分頻電路分頻後供給；單片機地址線接入解碼器和A/D轉換器的地址線，解碼器的輸出與單片機相應控制信號配合實現對鎖存器和A/D轉換器的讀寫控制；鎖存器輸入為單片機數據線，其輸出接到其它電路各個相應的中斷申請撤除端和清零端以實現中斷申請的及時撤除和整套裝置的自動清零。
7.根據權利要求1或2或3所述的計時記名裝置，特徵在於設有電子顯示模塊電路或印表機，單片機數據線經總線驅動器接入電子顯示屏電路或印表機數據線，單片機地址線接入解碼器，解碼器的輸出與單片機相應控制信號配合實現對電子顯示屏電路或印表機的讀寫控制。
專利摘要本實用新型公開了一種高性價比的田徑中短跑計時裝置。其特點是利用終點上方的八套熱釋電傳感器檢測運動員衝線軀幹部位姿態的特徵信號，並通過單片機軟體的處理和修正，確認各道運動員的計時成績和名次排序。該裝置使用方便，計時精度高，並能實時顯示或列印運動員成績和名次，可完全取代人工秒表而用於運動競技或體育訓練場合的計時。
文檔編號A63B71/06GK2582688SQ0227949
公開日2003年10月29日 申請日期2002年10月10日 優先權日2002年10月10日
發明者熊昌侖, 鄧華, 徐前徽 申請人:武漢大學