CN103691125A - 跑步计量装置及计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及一种用于多名跑步人员识别与计时的跑步计量装置及计量方法，由发令统计装置、定向信息发送器和数个终端计时器组成，或由发令统计装置、定向信息发送器、数个终端计时器和增加圈数信息发送器组成，发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块双向数据交换；或发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块及圈数读取模块双向数据交换。优点：解决了长期以来困扰着学生体质健康评价的跑步计时装置，并可以很简单的完成其运动过程的成绩，以便评价每个学生体质状况的变化，相对现有产品而言，降低了成本，可以作为运动健康长期监测的普及工具。

Description

跑步计量装置及计量方法

技术领域

本发明所涉及一种用于多名跑步人员识别与计时的跑步计量装置及计量方法，属田径运动过程计时计量技术领域。

背景技术

现有技术中，田径竞赛自动记录一直是困扰运动评价的问题,而这些问题主要是二方面的原因，其一是设备体积庞大，***复杂，装拆携带不方便，其二价格太高，不能普及，所以这些设备只是运用在国际赛事，无法普及到大、中、小型运动会，更不能用于学校运动训练、体育教育、不同距离和不同跑道上的比赛、速度训练和测试成绩时的使用,如何采用现有技术，设计发明出节省大量的人力（即裁判员）和物力（昂贵的器材）。

CN103150780A“一种用于跑步计时的无线发令计时装置”采用无线电子发令枪、电子计时器、光电传感器和终点支架所组成，但这样的装置，才用红外的装置实现终点的信息接收，而获得计时的信息，因而最大的缺点是在运动员可能某个部位将红外传感器遮挡住，或装备接收的夹角变化而收不到红外的信息，导致该运动员将没有跑步的成绩。另外，在跑步的终点设置一个支架，将给运动员一个貌似障碍物，从心理感到不适，另外安装也较为繁琐。

CN102930611“多用途跑步成像计时***”主要是在起点装有红外犯规检测装置和无线发令装置组成，终点装有无线接收装置、高速一体球摄像装置、终点主控装置和计时电脑终端所组成，在多圈中长跑中使用RFID作为跑步圈数的计量，来完成整套***的检测。但是采用这个方案在多个人同时赛跑时较为难分清楚跑步的前后顺序，还得采用人工进行判定，对运动基本计量的学校来说并不实用，特别对长跑而言，人员跑步相对比较集中并在同一条跑道效率不高，加上成本相对较高，带来的是普及推广困难的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有跑步计时的方法和装置的不足，提供一种低成本的功能齐全，能够普及推广使用的跑步计量装置及计量方法。

本发明的技术方案是：提供了一种跑步计量的方法和装置，它是由发令统计装置、定向信息发送器和数个终端计时器三个部分所组成，或增加显示模块，或再增加圈数信息发送器，发令统计装置主要负责运动员的注册、登记、与终端的信息发送和接收、跑步指令的发出，定向信息发送器主要负责在终点线及后（跑步方向外）的信息发送，终端计时器主要负责运动员的运动信息管理、时间及在环圈跑步的圈数计量、信息接收、运动结果信息的发送，圈数信息发送器主要负责圈数信息的发送。

终端信息的管理，主要的管理内容包括运动员信息的管理、运动员所佩戴终端设备号的管理、跑步准备信息就绪管理、跑步起跑指令发布管理、运动员跑步信息接收管理、运动员违规信息管理，信息发送和接收的范围为整个运动场，若在野外可以在起点、终点和休息点范围。

定向信息发送器，其特征是信息发送有效范围主要是从终点线开始，到向前跑的方向可以接收到该信息及发送回运动信息的区域范围内。

终端计时器具有各自独自的设备号（在一批设备中）或生产序列号，具有显示各个状态的显示灯或显示运动员信息的显示器，具有接收跑步指令、判断是否抢跑的处理软件、终点信息或跑步圈数信息，通过处理这些信息使之达到跑步计时数据和将这些运动数据信息自动发送到发令统计装置的目的。

终端计时器可以是佩戴在胸前或手臂或头或挂在脖子上。

判断运动员是否抢跑处理软件，其特征是在终端计时器中加有加速度传感器，当终端计时器处在准备就绪阶段时，运动员都在起跑线上，发令设备发出“各就各位，以备”时，检测程序开始工作，终端计时器中的加速度传感器开始检测是否有相应的信息，并伴随着有一定的幅值，并将监测信息存入存储器中，当接收到“啪”的信息和声音时，程序调出原存储在存储器中的加速度数据进行分析和比较，特别是最后几秒钟收集的信息，若没有动作较大的数据变化时，说明该人没有抢跑，若在这个时间内有相对大动作输出的加速度数据，终端计时器将发送信息到发令统计装置中，发令统计装置接收到这个信息后，将指出某某已经抢跑，本次发令无效，待后重跑。

技术方案1：一种跑步计量装置，它是由发令统计装置、定向信息发送器和数个终端计时器组成，或由发令统计装置、定向信息发送器、数个终端计时器、显示模块组成，或还增加圈数读取模块，发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块数据交换；或发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块及圈数读取模块数据交换。

发令统计装置由计算机、无线通信模块及发射天线、RFID读写器或IC卡读写器或指纹读写器或身份证读写器或手工信息输入器中的一种或几种所构成，计算机与无线通信模块之间通过有线或无线进行数据交换，无线通信模块与发射天线之间有线连接，计算机与RFID读写器或IC卡读写器或指纹读写器或身份证读写器或手工信息输入器通过有线或无线方式实现数据交互。

定向信息发送模块由信息控制器、定向发射天线及定向信息发射器构成，信息控制器与发射天线和定向发射器之间有线或无线进行数据交换。

终端计时器由MCU（含各种接口、存储器、I\O）、加速度传感器、无线通信电路和天线、电池、或加上RFID模块（有源的或无源的）所组成，均由有线方式连接。

显示模块由多台无线通信处理显示模块及多台天线构成，多台无线通信处理显示模块分别与各自的发射天线之间有线或无线进行数据交换。

圈数读取模块由RFID读取模块、无线通信处理模块及发射天线、数据处理模块构成，IFRD读取模块与无线通信处理模块信号端连接，无线通信处理模块与发射天线间有线方式进行数据交换。

技术方案2：一种跑步计量装置的计量方法，发令统计装置负责运动员的注册、登记、与终端计时器的信息发送和接收、跑步指令的发出、发送给显示模块的显示信息、各个运动员运动信息的统计和管理；定向信息发送器负责在终点线及后跑步方向外的限定范围内信息发送；终端计时器负责运动员的运动信息管理、时间及在环圈跑步的圈数计量、信息接收、运动结果信息的发送；显示模块负责接收显示信息、按一定的要求显示内容；圈数信息发送器负责圈数信息的采集，并将采集信息发送给发令统计装置。

终端计时器负责运动员的运动信息管理是指运动员信息的管理、运动员所佩戴终端设备号的管理、跑步准备信息就绪管理、跑步起跑指令发布管理、运动员跑步信息接收管理、运动员违规信息管理，信息发送和接收的范围为各部分所需信息采集点，若在野外可以在起点、终点和休息点范围；信息发送是指从终点线开始，到向前跑的方向可以接收到该信息及发送回运动信息的区域范围内。

终端计时器具有各自独自的设备号或生产序列号，具有显示各个状态的显示灯或显示运动员信息的显示器，具有接收跑步指令、判断运动员是否抢跑的处理软件、终点信息或跑步圈数信息，通过处理这些信息使之达到跑步计时和将这些运动信息发送到发令统计装置的目的。

终端计时器可以是佩戴在胸前或手臂或头或挂在脖子上。

终端计时器中加有加速度传感器，当终端计时器处在准备就绪阶段时，运动员都在起跑线上，发令设备发出“各就各位，以备，啪”时，各个终端计时器同时将连续监测加速度传感器是否有相应的、一定幅度的加速度数据出现，特别是最后指令发出前几秒钟，若没有动作较大的数据变化时，说明没有人抢跑，若在这个时间内有较大输出的加速度数据，终端计时器将发送信息到发令统计装置中，发令统计装置接收到这个信息后，将指出某某已经抢跑，本次发令无效，待后重跑。

为了校正在过程中的误差，可以与标准器进行比较试验，将各个不同环境下的参数作一个比较，而后对各个环境进行一个参数的修订或补赏，环境参数包括跑道、跑步的速度、气象环境等，以此可以获得更高的精度测试。

本技术方案解决了长期以来困扰着学生体质健康评价的跑步计时装置，并可以很简单的完成其运动过程的成绩，以便评价每个学生体质状况的变化，相对现有产品而言，降低了成本，可以作为运动健康长期监测的普及工具。

附图说明

图1为测试***框图；

图2是起跑准备时无线信息发送所覆盖范围的示意图；

图3是终点冲刺时定向信息发送的示意图；

图4是跑步比赛时检测的方案1；

图5是跑步比赛时检测的方案2；

图6是跑步比赛时检测方案1信息交互图；

图7是跑步比赛时检测方案2信息交互图；

图8是起跑时违规抢跑判别流程图；

图9是终端计时器基本结构图。

实施例1：参照附图1。一种跑步计量装置，由发令统计装置、定向信息发送器和数个终端计时器（见图9）组成，或由发令统计装置、定向信息发送器、数个终端计时器和增加圈数信息发送器组成，发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块双向数据交换；或发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块及圈数读取模块双向数据交换。发令统计装置由计算机、无线通信模块及发射天线构成，计算机与无线通信模块之间有线或无线进行数据交换，无线通信模块与发射天线之间有线连接。定向信息发送模块由信息控制器、发射天线及定向发射器构成，信息控制器与发射天线有定向发射器之间有线或无线进行数据交换。显示模块由多台无线通信处理显示模块及多台发射天线构成，多台无线通信处理显示模块分别与各自的发射天线之间有线或无线进行数据交换。圈数读取模块由IFRD读取模块、无线通信处理模块及发射天线构成，IFRD读取模块与无线通信处理模块信号端连接，无线通信处理模块与发射天线间有线或无线进行数据交换。

无线通信的方式可以采用zigbee的方式或蓝牙方式或433M频段等其他无线通信方式。

实施例2：在实施例1的基础上，本实施例主要是由发令统计管理装置、定向信息发送器和数个终端计时器三个部分所组成，或加上信息显示器或再加上圈数信息发送器所组成，发令统计管理装置主要负责运动员的注册、登记、与终端的信息发送和接收、跑步指令的发出、运动员抢跑及违规信息指令发出；定向信息发送器主要负责在终点线开始至后跑步方向限定范围信息的发送，可以是如图2、3所示的发射方向，也可以是向上发送的方式，可以是一个，也可以安装一个以上，以满足信号在终点以后的范围内，使终端计时器都可以可靠的接收为准；终端计时器主要负责该运动员的运动信息管理、时间及在环圈跑步的圈数计量、信息接收、运动结果信息的发送，或由圈数读取模块读取运动员所跑的圈数；显示模块主要负责运动员相关信息的显示，即各个运动员的及时运动信息显示，运动员可以在过程中或结束时看到自己的成绩；圈数读取模块主要负责圈数信息的读取和发送，主要因为终点不是放在400米跑道内而设置的模块。

在准备跑步时，由发令统计管理装置将运动员注册信息与各个终端计时器所佩戴的人员信息相互对应后，将所有终端计时器开启，并处于待机状态，发令统计管理装置通过无线通信的方式检查所有终端技术器是否准备就绪，若有，将提示哪一个终端计时器所佩戴的运动员请准备好，待全部准备好或去除该没有准备就绪的终端计时器，并由裁判或老师要求运动员站在起跑线上，准备起跑，如图2所示，由发令统计管理装置发出准备信息，如“各就各位，预备”的指令，他通过无线通信的方式传给终端计时器，这时，终端计时器开始进入起跑时违规抢跑判别流程图，过数秒钟后（一般可以设置2-5秒），发令统计管理装置将发出“跑”或指令枪响“啪”，运动员将跑出起跑线，若其中有人违规抢跑，该终端计时器将违规信息通过无线的方式发出违规指令给发令统计管理装置，发令统计管理装置接收到这个信息后将该信息广播告知该运动员，若多个运动员犯规，同样按这个方式信息传送、告知、记录和处罚，若没有违规信息，运动员继续向终点跑，直至跑到终点。当跑过终点线时，如图3、4所示，终端计时器将接收到来自定向信息发送器发出的信息，此时终端计时器将在接收到该信息时打上时间标记，并减去应跑的圈数，看看是否为零，若不为零，可以将跑到该圈的信息发送到发令统计管理装置中，信息包括终端计时器的ID号、跑了几圈，共化了多少时间，发令统计管理装置接收到终端计时器发过来的信息，转化为姓名或代号，发送给显示模块，显示其运动信息，以示公布，当最后圈数为零时，并过终点以后，将这个时间标记时间就是跑完停止计时，保存计时的时间，并向发令统计管理装置发送运动成绩，即哪一个终端计时器发出的运动信息（用多少时间跑完该路路程），发令统计管理装置接收到该信息时，存储该信息，并将所对应的人员姓名，并将姓名、运动项目、运动成绩、运动评价发送到显示模块，有显示模块显示器内容，图6所示是跑步比赛时检测的方案1信息交互图。

判断跑了几圈，要看在终点线上接收到几次终点信息，而计算接收到几次终点信息，其判断的第一个条件是必须经过该信息从有到无，再从无到有的过程，其次条件是必须大于多少时间（如最佳运动员跑一圈所需的最短时间），这二个条件满足以后才能判断跑了一圈的信息。

图8所示是起跑时违规抢跑判别流程图，其主要是根据在发令统计管理装置发出“预备”信息后，装在终端计时器的加速度传感器将检测是否有较大幅度的数据输出，若到发出最后的“跑”或“啪”指令前二秒钟，若有类似跑步的信息输出，说明有违规抢跑的现象出现，特别是短跑比赛，最容易发生这样的情况出现。

实施例3：一个跑步比赛时检测的方案，即这个终点线不是设置在400米的跑道内，而终点线在400米跑道以外，其他均与实施例1相同，如图5所示，因而用实施例1的方案无法实现圈数的计量，所以要在终端计时器上加一块有源RFID芯片，在跑道边加一个RFID读写器，当运动员跑过RFID读写器所覆盖读写信息有效范围的该路段时（不可读写范围涉及到对面的跑道），RFID读写器将读取终端信息ID号，并及时将这个信息发送给发令统计管理装置，以此计量哪一个终端计时器佩戴者跑了几圈，可以在显示器上显示运动信息，圈数的计量判别方式和其他同实施例2。信息交互图如图7所示。

实施例4：本发明其调试过程相对简单，只要将定向天线调整好即可，这里介绍一种就是采用终端计时器，检测定向天线是否在终点线开始至跑步方向一定距离范围内（如5米-15米）都有信号，并可以快速接收即可（可以观察指示灯的闪烁与否来判断），特别是在终点线内和外之间是信息的临界点，若不对，可以将天线旋转一个角度，直至调整到位为止。

因为无线信息交互，若接收时，有一定的误差，可以将天线平行于跑道，向前移动或向后移动即可，直至调整精度达到要求，也可以设置相应的参数进行合理的修正，以提高相应的准确度。

实施例5：发令统计管理装置也可以通过手机下载的应用程序的方式，加上手机上的蓝牙通信的方式实现替代，即终端计时器可以采用蓝牙的通信方式接收从手机发送过来的信息和指令，到了终点，可以将运动信息发送给相应的手机，以便在少数人员参加运动时记录跑步成绩。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种跑步计量装置，其特征是由发令统计装置、定向信息发送器和数个终端计时器组成，或由发令统计装置、定向信息发送器、数个终端计时器、显示模块组成，或还增加圈数读取模块，发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块数据交换；或发令统计装置通过通信信道与终端计时器、定向信息发送器、显示模块及圈数读取模块数据交换。

2.根据权利要求1所述的跑步计量装置，其特征是：发令统计装置由计算机、无线通信模块及发射天线、RFID读写器或IC卡读写器或指纹读写器或身份证读写器或手工信息输入器中的一种或几种所构成，计算机与无线通信模块之间通过有线或无线进行数据交换，无线通信模块与发射天线之间有线连接，计算机与RFID读写器或IC卡读写器或指纹读写器或身份证读写器或手工信息输入器通过有线或无线方式实现数据交互。

3.根据权利要求1所述的跑步计量装置，其特征是：定向信息发送模块由信息控制器、定向发射天线及定向信息发射器构成，信息控制器与发射天线和定向发射器之间有线或无线进行数据交换。

4.根据权利要求1所述的跑步计量装置，其特征是：终端计时器由MCU（含各种接口、存储器、I\O）、加速度传感器、无线通信电路和天线、电池、或加上RFID模块所组成，均由有线方式连接。

5.根据权利要求1所述的跑步计量装置，其特征是：显示模块由多台无线通信处理显示模块及多台天线构成，多台无线通信处理显示模块分别与各自的发射天线之间有线或无线进行数据交换。

6.根据权利要求1所述的跑步计量装置，其特征是：圈数读取模块由RFID读取模块、无线通信处理模块及发射天线、数据处理模块构成，IFRD读取模块与无线通信处理模块信号端连接，无线通信处理模块与发射天线间有线方式进行数据交换。

7.一种跑步计量装置的计量方法，其特征是：发令统计装置负责运动员的注册、登记、与终端计时器的信息发送和接收、跑步指令的发出、发送给显示模块的显示信息、各个运动员运动信息的统计和管理；定向信息发送器负责在终点线及后跑步方向外的限定范围内信息发送；终端计时器负责运动员的运动信息管理、时间及在环圈跑步的圈数计量、信息接收、运动结果信息的发送；显示模块负责接收显示信息、按一定的要求显示内容；圈数信息发送器负责圈数信息的采集，并将采集信息发送给发令统计装置。

8.根据权利要求7所述的跑步计量装置的计量方法，其特征是：终端计时器负责运动员的运动信息管理是指运动员信息的管理、运动员所佩戴终端设备号的管理、跑步准备信息就绪管理、跑步起跑指令发布管理、运动员跑步信息接收管理、运动员违规信息管理，信息发送和接收的范围为各部分所需信息采集点，若在野外可以在起点、终点和休息点范围；信息发送是指从终点线开始，到向前跑的方向可以接收到该信息及发送回运动信息的区域范围内。

9.根据权利要求7所述的跑步计量装置的计量方法，其特征是：终端计时器具有各自独自的设备号或生产序列号，具有显示各个状态的显示灯或显示运动员信息的显示器，具有接收跑步指令、判断运动员是否抢跑的处理软件、终点信息或跑步圈数信息，通过处理这些信息使之达到跑步计时和将这些运动信息发送到发令统计装置的目的。

10.根据权利要求8所述的跑步计量装置的计量方法，其特征是：终端计时器可以是佩戴在胸前或手臂或头或挂在脖子上。

11.根据权利要求7所述的跑步计量装置的计量方法，其特征是：终端计时器中加有加速度传感器，当终端计时器处在准备就绪阶段时，运动员都在起跑线上，发令设备发出“各就各位，以备，啪”时，各个终端计时器同时将连续监测加速度传感器是否有相应的、一定幅度的加速度数据出现，特别是最后指令发出前几秒钟，若没有动作较大的数据变化时，说明没有人抢跑，若在这个时间内有较大输出的加速度数据，终端计时器将发送信息到发令统计装置中，发令统计装置接收到这个信息后，将指出某某已经抢跑，本次发令无效，待后重跑。

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