Устройство для регистрации времени движения спортсмена Советский патент 1988 года по МПК G07C1/24 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам измерения времени в спортивных Состяза- нияХу и может быть использовано для судейства соревнований по легкой атлетике и ряду других видов спорта Целью изобретения яапяется уиро щение эксплуатации устройства и унификации аппаратуры спортсменов.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для регистрации вр мени движения спортсмена-,на фиг.2 - вариант вьшоянения источника питз ния аппаратуры спортсменов с помощью электромагнитной цепи накачки-, на фиг, 3 - функциональная схема формирователя импульсов.

В состав устройства для регистрации времени движения спортсмена вхо- дят вторад и первая петлевые антенны 1 и 2, подключенные к выходам второго и первого передатчиков 3 и 4. К входу второго передатчика 3 подключе формирователь 5 импульсов старта. Автономный узел 6 каждого ир спортсменов включает в себя источник 7 питания и последовательно соединенные приемник 8, формирователь 9 импульсов, триггер 10, измеритель 11 вре- менных интервалов и блок 12 индикации. Источник 7 питания представляет собой малогабаритный автономный источник питания, или функции источника питания вьшолняет цепь накачки состоящая из передатчика 13, подклю- чайного к третьей петлевой антенне 14, охватывающей беговую дорожку, и в узел 6 - колебательного контура 15 и детектора 16. Формирователь 9 содерямт первый компаратор 17, дифференцирующий элемент 18, второй компаратор 19 и элемент И 20„

Устройство работает следующим образом.

Перед началом забега все его участники снабжаются узлом 6, одинаковым для всех спортсменов,, Непосредственно перед стартом все спортсмены находятся на линии старта в зоне, охваченной стартовой петлевой антенной 1, По выстрелу стартового пистолета формирователь 5 импульсов старта формирует короткий импульс, запускающий передатчик 3, генерирующий в течение импульса старта колебания частоты ниже 150 кГц, отведенной для системы индуктивной связи. В стартовой петлевой антенне 1 проте

.„

««

15

70 25 д

д

40

0

5

кает переменный ток частоты передатчика 3, возбуждающий переменное магнитное поле. Это поле создает .в приемных антеннах (на фиг. 1 не показаны) приемников 8, входящих в аппаратуру всех спортсменов, сигналы, поступающие на приемники 8, которые осу ществляют усиление и фильтрацию сигналов на фоне случайных помех в индуктивном канале связи между аппаратурой спортсменов и петлевыми стартовой и финишной антеннами.

Приемники 8 вьтолняются по схеме прямого усипения и включают в себя последовательно соединенные фильтр сосредоточенной селекции, усилитель, детектор и фильтр нижних частот.

Устройство работает при больших отношениях сигнал/помеха на выходе приемников 8, поэтому полоса пропускания фильтров нижних частот, входящих в состав приемников, без существенных потерь в точности измерения может быть выбрана достаточно широкой для того, чтобы задержка сигналов в фильтрах была меньше требуемой точности измерения времени (0,01 с). Это позволяет не учитьшать задержку в фильтре приемника при измерении временных интервалов между сигналами старта и финиша.

Для простоты реализации формирователя импульса старта форма этого импульса может быть выбрана прямоугольной. Длительность импульса выбирается согласованной с полосой пропускания фильтра нижних частот приемников 8, поэтому прямоугольный импульс старта после прохождения приемника 8 преобразуется по форме в близкий к треугольнику с максимумом в момент окончания импульса на входе приемника. С четом указанного по выбору полосы пропускания фильтра нижних частот задержка появления мак симума выходного сигнала приемников 8 по отношению к началу импульса старта на входе приемников (что соответствует выстрелу стартового пистолета) составляет менее 0,01 с.

Сигнал старта с выхода приемников 8 всех участников забега поступает на формирователь 9 импульсов, который по максимуму этого сигнала формирует нормированный импульс, временное положение переднего фронта которого соответствует максимуму входного сиг кала.Импульс, фор1 мруемый форнирователем 9, устанавливает в состояние единицы триггер 10, который предварительно (перед стартом) был установлен в состояние нуля по внешней цепи установки (например, с помощью специальной кнопки на аппаратуре спортсменов или по включению питания), Единичный сигнал с выхода триггера 10 запускает измеритель 11 временных интервалов, разрешая в нем счет мето времени эталонного генератора. При этом измерители 11 временных интервалов. входяп1ие в аппаратуру всех спортсменов, начинают подсчет времени от сигнала старта.

При пробегании сопртсменами дистанции они входят в зону финиша, охваченную финишной петлевой антенной 2, подхшюченной к выходу передатчика 4, вырабатывающего непрерывные колебания с той же частотой, что и передатчик 3. Этот сигнал воспринимается приемниками 8 в аппаратуре финиширующих спортсменов и далее проходят те же цепи обработки, что и сигнал старта.

Амплитуда сигнала, создаваемогополем финишной петлевой антенны 2 в приемниках 8, находится в сильной зависимости от взаимного расположения проводов финишной петлевой антенны 2 и приемных антенн приемников 8. При этом максимум сигнала на входе каждого из приемников 8 наблюдается при нахождении несущего его спортсмена над центром петлевой антенны 2, т.е. над линией финиша. По максимуму своего сигнала формирователь 9 импульсов в аппаратуре каждого из спортсменов вырабатьшает импульс, опрокидывающий триггер 10 в нулевое состояние, запрещая счет в измерителе 11 временных интервалов. Таким образом, после финиша каждого из спортсменов в его измерителе 11 временных интервалов записано время, затраченное им на преодоление дистанции. Это время отображается на блоке 12 индикации в аппаратуре всех спортсменов .

Таким образом по окончании забега все спортсмены автоматически получают свой результат на дистанции. В тренировочных забегах, когда этот результат нет необходимости фиксиро- Ъать, процесс измерения на этом заканчивается, т.е. спортсмен имеет возможность измерить свой результат

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

без привлечения операторов, обслуживающих устройство измерения. Во время соревнований для формироваш-1я финишных протоколов необходимо считать показания индикаторов всех спортсменов. Это может делаться вручную на финише или должна быть предусмотрена возможность автоматизации процесса считывания (подключения аппаратуры спортсменов к специальному устройству) .

Аппаратура спортсменов, вютючаю- щая блоки приемника, формирователя импульсов, счетного триггера, измерителя временных интервалов и блока индикации, выполняется малопотребляю-- щей и миниатюрной (последнее может быть достигнуто путем создания специальных микросхем при массовом производстве аппаратуры) . Клок индика- цни с целью минимизации потребления реализуется на малогабаритном цифровом жидкокристаллическом индикаторе, применяемом для электронных наручных часов. Питание аппаратуры спортсменов осуществляется от малогабаритного .автономного источника питания.

Использование индуктивной связи позволяет исключить из аппаратуры спортсмена автономный источник питания, чем сводится до минимума работа по текущему обслуживанию аппаратуры.

В этом случае питание всех блоков аппаратуры спортсменов осуществляется по специальной цепи накачки с помощью переменного магнитного поля петлевой антенны 1А, охватывающей всю боковую дорожку (фиг, 2), Петлевая антенна 14 запитывается от передатчика 13, вырабатьшакяцего непрерывные колебания частоты, отличающийся от частот передатчиков 3 и 4 настолько, чтобы обеспечить надежное разделение сигнальных стартового и финишного импульсов от сигнала на- качки входным фильтром сосредоточенной селекции приемников 8 в аппарату- ре спортсменов.

Переменное магнитное поле антенны 14 возбуждает напряжение в колеба- тельном контуре 15, настроенном на частоту передатчика 13 и имеющем в качестве индуктивности приемную антенну индуктивной связи, принимающих сигнал петлевой антенны 14. Сигнал, наводимый в контуре 15, детектируется детектором 16, и выпрямленное

напряжение используется для питания блоков автономного узла б,

Приемники 8 вьшолняются по схеме прямого усиления и содержат последовательно соединенные входной ф -шьтр сосредоточенной селекции, усилитель высокой частоты, детектор и фильтр нижних частот. Поскольку частоты все приемников 8 одинаковы и на входе их присутствуют достаточно сильные сигналы стартовой и финишной петлевых антенн 2 и 3, то к выполнению всех элементов приемников 8 не предъявляется требований, Входной фильтр сосредоточенной селекции вьшолняется на одном контуре, в качестве катушки индуктивности которого включается приемная рамочная антенна индуктивной связи, настраи- ваемая в резонанс на частоты передатчиков 3 и 4„ Необходимое усиление в усилителе высокой частоты обеспе - чивается одной микросхемой. Усилител высокой частоты может быть исключен из. аппаратуры спортсменов, „Сигнал на детектор в этом случае снимается непосредственно с входного контура; а необходимый его уровень обеспечивается соответствующей мощностью re- нераторов передатчиков 3 и 4, После детектирования простейшим диодным

детектором сигналы поступают на - - фильтр нижних частот, вьтолненный в виде пассивного фильтра.

Формирователь 9 импульсов работает следующим образом.

Сигналы старта и финища после фильтра нижних частот приемников 8 поступают на компаратор 17, где они сравниваются с пороговым уровнем с целью выделения зоны основного максимума сигналов для исключения грубых ошибок фиксации максимума. На

выходе компаратора 17 формируются прямоугольные импульсы превышения порога. Точное определение положения максимумов сигналов старта и финиша осуществляется путем их дифференци™ рования с помощью дифференцирующего элемента 18 по моментам прохода производной через ноль, В момент пересечения дифференцированным сигналом нулевого 1ФОВНЯ компаратор 19 формирует на выходе перепад напряжения, После совпадения на элементе И 20 выходных сигналов компараторов 17 и 19 на выходе элемента И 20 формируется импульс, временное положение переднего фронта которого соответствует положению максимума сигнала старта и финиша.

I

Фиг.З