跳远起跳犯规提示装置

高赫辰

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。