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在跳远比赛中,裁判员要经常检查起跳板的沙台或橡皮泥是否留下踩踏痕迹,以此来判断运动员起跳是否犯规。若运动员犯规,进行下一轮比赛前,裁判员要将沙台恢复平整或更换橡皮泥。这些工作繁琐且费时。
为解决上述问题,我设计了一种多传感器复合式跳远起跳犯规提示装置。
一、跳远起跳犯规的相关规定
跳远运动从1886年开始启用起跳板。它为白色,埋入地下,与地面齐平,长122cm,宽20cm,厚10cm。起跳板靠近落地区的边沿被称为起跳线。起跳线与落地区近端距离为1m至3m,与落地区远端距离至少为10m。
运动员必须在起跳线后方起跳。为了便于判定运动员是否犯规,在起跳线前设置橡皮泥显示板,它被安装在起跳线靠近沙坑一侧的凹槽处,或制作成一块隔板与起跳板形成一体。橡皮泥显示板长122cm,宽10cm,水平高度超出起跳板0.7cm,靠近起跳线边沿应向助跑方向倾斜形成45°斜面,并在斜面上覆盖0.1cm厚的橡皮泥。
根据规则,运动员必须在起跳线后方起跳。对于不易判罚的犯规,裁判员通常以橡皮泥上的痕迹作为判断是否犯规的主要依据。同时,高级别的跳远比赛中,运动员起跳瞬间的影像也作为辅助判断的依据。
通常运动员的起跳角度为16°至24°,有经验的运动员会合理利用橡皮泥显示板的45°角,最大程度地发挥竞技水平。因此,在设计犯规提示装置时,我充分考虑到这一点,力争让装置既符合规则又利于运动员发挥其水平。
二、硬件组成
1.电容式人体感应传感器
使用20cm×40cm的金属板作为电容器极板,自制电容式人体传感器。
电容器电容的大小主要取决于人体和金属板间的距离与正对面积。根据需要,设置为物体(鞋底)刚触碰到金属板时,即构成电容器。通过单片机(芯片)测算出的电容变化值间接地反映人体是否接近并触碰传感器,从而判断运动员是否犯规。
2.红外线传感器
根据物体对红外线的反射性质,选用单向红外线传感器。
其原理是,设定在一定范围内发射的红外线如果遇到障碍物,即被反射回传感器接收头,传感器将检测到的信号传送给单片机(芯片)。如果发射的红外线没有遇到障碍物,随着距离越来越远而逐渐减弱至消失,则传感器接收头无信号反馈。
3.控制器
本装置使用的控制器为Arduino UNO。
Arduino UNO是Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328单片机,同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出),6路模拟输入,一个16MHz晶体振荡器,一个USB接口,一个电源插座,一个ICSP header和一个复位按钮。
4.显示器
使用场效应管驱动模块作为电子开关,转换逻辑电和锂电,控制12V电源,点亮红色LED灯带,作为犯规提示的显示装置。
三、工作原理
利用两个不同的传感器对运动员脚尖动作进行检测,并将检测信号发送到单片机,由单片机对信号进行逻辑判断。當判定为犯规时单片机输出信号,由场效应器控制电源转换,接通12V锂电电源,点亮红色LED灯带,进行犯规提示。
四、装置控制程序
将判定的逻辑设定为:当电容式人体感应传感器在近似于触碰范围内检测到物体(脚尖)和单向红外线传感器检测到障碍物(脚尖),这两个条件同时成立时,由单片机输出控制信号,接通锂电源,点亮LED灯带,进行犯规提示。当到达提示时间后,单片机控制传感器重复上述工作过程,完成循环检测。
五、创新点
1.研究了跳远起跳板、橡皮泥显示板的构造以及跳远起跳犯规判罚依据,发现橡皮泥显示板的45°斜面的设置既考虑了运动员起跳时的安全,又有利于运动员更好地发挥自己的水平。
2.利用多传感器进行跳远起跳犯规的检测,用单片机复合技术形成信息处理,进而控制显示装置进行犯规提示,有助于实现对跳远起跳犯规的自动判罚。迄今在检索中未见与本装置相同的研究。
为解决上述问题,我设计了一种多传感器复合式跳远起跳犯规提示装置。
一、跳远起跳犯规的相关规定
跳远运动从1886年开始启用起跳板。它为白色,埋入地下,与地面齐平,长122cm,宽20cm,厚10cm。起跳板靠近落地区的边沿被称为起跳线。起跳线与落地区近端距离为1m至3m,与落地区远端距离至少为10m。
运动员必须在起跳线后方起跳。为了便于判定运动员是否犯规,在起跳线前设置橡皮泥显示板,它被安装在起跳线靠近沙坑一侧的凹槽处,或制作成一块隔板与起跳板形成一体。橡皮泥显示板长122cm,宽10cm,水平高度超出起跳板0.7cm,靠近起跳线边沿应向助跑方向倾斜形成45°斜面,并在斜面上覆盖0.1cm厚的橡皮泥。
根据规则,运动员必须在起跳线后方起跳。对于不易判罚的犯规,裁判员通常以橡皮泥上的痕迹作为判断是否犯规的主要依据。同时,高级别的跳远比赛中,运动员起跳瞬间的影像也作为辅助判断的依据。
通常运动员的起跳角度为16°至24°,有经验的运动员会合理利用橡皮泥显示板的45°角,最大程度地发挥竞技水平。因此,在设计犯规提示装置时,我充分考虑到这一点,力争让装置既符合规则又利于运动员发挥其水平。
二、硬件组成
1.电容式人体感应传感器
使用20cm×40cm的金属板作为电容器极板,自制电容式人体传感器。
电容器电容的大小主要取决于人体和金属板间的距离与正对面积。根据需要,设置为物体(鞋底)刚触碰到金属板时,即构成电容器。通过单片机(芯片)测算出的电容变化值间接地反映人体是否接近并触碰传感器,从而判断运动员是否犯规。
2.红外线传感器
根据物体对红外线的反射性质,选用单向红外线传感器。
其原理是,设定在一定范围内发射的红外线如果遇到障碍物,即被反射回传感器接收头,传感器将检测到的信号传送给单片机(芯片)。如果发射的红外线没有遇到障碍物,随着距离越来越远而逐渐减弱至消失,则传感器接收头无信号反馈。
3.控制器
本装置使用的控制器为Arduino UNO。
Arduino UNO是Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328单片机,同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出),6路模拟输入,一个16MHz晶体振荡器,一个USB接口,一个电源插座,一个ICSP header和一个复位按钮。
4.显示器
使用场效应管驱动模块作为电子开关,转换逻辑电和锂电,控制12V电源,点亮红色LED灯带,作为犯规提示的显示装置。
三、工作原理
利用两个不同的传感器对运动员脚尖动作进行检测,并将检测信号发送到单片机,由单片机对信号进行逻辑判断。當判定为犯规时单片机输出信号,由场效应器控制电源转换,接通12V锂电电源,点亮红色LED灯带,进行犯规提示。
四、装置控制程序
将判定的逻辑设定为:当电容式人体感应传感器在近似于触碰范围内检测到物体(脚尖)和单向红外线传感器检测到障碍物(脚尖),这两个条件同时成立时,由单片机输出控制信号,接通锂电源,点亮LED灯带,进行犯规提示。当到达提示时间后,单片机控制传感器重复上述工作过程,完成循环检测。
五、创新点
1.研究了跳远起跳板、橡皮泥显示板的构造以及跳远起跳犯规判罚依据,发现橡皮泥显示板的45°斜面的设置既考虑了运动员起跳时的安全,又有利于运动员更好地发挥自己的水平。
2.利用多传感器进行跳远起跳犯规的检测,用单片机复合技术形成信息处理,进而控制显示装置进行犯规提示,有助于实现对跳远起跳犯规的自动判罚。迄今在检索中未见与本装置相同的研究。