電子監控式接力棒

在一次校運動會中，我們班參加4×100米接力賽項目，按成績獲得了第一，而裁判判我們成績無效，原因是未在接力區內完成交接棒，而我們運動員確定是在接力區內完成交接棒的，從而引起了爭執。

按徑賽裁判規則：4×100m接力賽賽場，在每100m區段(共3個區段)位置交接，規定有一個20m長的接力區(見圖一)，其小組運動員如果未在該區內完成交接棒，則判為犯規，該組成績無效。

常規裁判方法是：在每個接力區各安排一名檢查裁判員觀察監判。然而，由于運動員交接棒時在該區無法留下任何證據，常引起運動員與裁判各執一詞，對是否犯規的認定造成疑問或爭執。

目前，在國際或全國大賽中采用錄相監控，但是在一般訓練或中、小賽事中很難普及。

由此，我們試圖發明一種電子接力賽監控設備，用來克服原有檢測方法的不足，保證測量結果的公平公正，又可以提高同學們對接力賽訓練的興趣。

一、本項目的主要功能

1 適合于大中小學等體育訓練中的4×100米接力賽項目的成績檢測；

2 能自動監控運動員是否在接力區完成交接棒；

運動員進入接力區進線時，由棒內的紅外光電開關，接收進線處紅外發射光，接通無線發射電路；

兩運動員只有在規定的交接棒區內交接棒，并且只有同時觸棒，接力棒內無線發射電路才能發射無線信號；

接收電路收到信號后，經顯示電路自動判斷，顯示運動員交接棒是否符合裁判規則要求。

3 本設備在晴天、雨天，室外、室內，白天、晚上、有風、無風時都可以正常使用。

二、本項目的主要創新點

1 采用光電控制技術及電子技術，設計制作了紅外光電開關及符合雙人同時觸摸接通，只要一方松開則關閉觸摸開關。

2 發明了一種利用無線感應裝置巧妙監測接力賽中運動員是否犯規的新技術，填補了國內外空白。

3 我們通過新穎性檢索，尚未發現與本項目相似的設備。

三、設計思路的構想及研究過程

(1)基本思路

1 在觸摸式接力棒內裝有一光電開關，在運動員進入接力區進線和出線處各安裝有紅外發射裝置，光電開關通過接收紅外線，能控制棒內觸摸電路電源的接通與關閉。

2 當兩名運動員只有在接力區內同時觸摸接力棒時，接力棒內的發射電路接通，向外發射電磁波。只有在接力區內才能接收感應信號，而不在接力區內交接棒則不能接收。

3 接收電路通過接收，顯示運動員是否在接力區內完成交接棒，從而可有效地判斷運動員在交接棒時是否犯規。

(二)研究過程

1 首先，我們認真實踐和學習接力賽的技術要領及《最新田徑裁判法導引》中的徑賽項目裁判規則，了解到運動員的有效成績，應是運動員在正常交接棒的情況下運動員的有效成績。

2 最初我們用市售的玩具激光筆，通過發射與接收，發現用激光容易出現遮擋現象。我們又從計算機的鍵盤受到啟發，設想在接力棒上設計一種平行間距為0.01米的觸點陣列，運動員觸及其觸點，獲得信息，然而經反復討論，發現觸點及觸點連線不能承受運動員的沖擊力度，而且存在有安全隱患，因此，它不適合用于接力賽項目運動。

3 觸點陣列的思路被否定后，我們并沒有氣餒，后改用無線發射與接收感應，通過觸摸來實現。我們又從物理課中的三極管放大電路實驗中獲得靈感，設計一種利用三極管復合放大的電路實現觸摸開關，根據這個思路，我們用三極管進行模擬試驗，獲得了成功。

觸摸開關的研制是本項目的難點。我們從市售的觸摸開關入手，發現都有觸摸延時的現象，而我們需要的是雙人觸摸時接通，而松開時斷開電路。接著，我們提出創意，反復進行了下列構思和研究，通過大量的實驗，終于完成了接力棒觸摸開關的研制。觸摸電路原理圖如圖(二)。

R1、R2為電阻，分別為22K、1M歐；J為繼電器；G1、G2為三極管3DG12；S為觸摸點。

4 市售玩具成品無線感應發射與接收的差異大，我們通過在接力區內進線和出線處設控制開關，在接力棒內安裝紅外光電開關，進線時感應線上的紅外光接通發射電路，出線時關閉發射電路，通過雙方運動員交接棒，從而可以準確地判斷運動員是否在接力區內完成交接棒。

四、本項目實現的基本原理

1 采用專用接、發距離合適的無線電接收、發射電路。發射單元電路模塊作為核心監測技術。

2 接力區進線和出線采用紅外光電開關來控制發射電路的發射，在進線處和出線處分別安裝紅外發射光線，通過棒內光電開關的接收，分別控制棒內無線發射電路的接通和關閉。

①各道的紅外發射光線均安裝于跑道線內側(跑道寬1.2～1.22m)；

②各道的發射器安裝于接力棒內的中心，采用雙觸摸電路控制發射器的工作情況，以保證接力棒必須位于交接區才能發出信號(發射信號延時1秒左右，以保證接收器順利接收)，并在接力棒標明道次編號，防止混用(見圖三)。

3 在控制臺接收器收到發射來的交接信號后，啟動另一預置的接發距離為200m左右的八通道無線電總控電路，由總控臺完成正常交接和犯規交接的光、聲信號顯示(見圖三)，并輸入《電子徑賽裁判器記時器》記錄有效成績。也可由終點裁判記錄認定有效成績。

說明：①“○”為預置的發光二極管指示器；

②“●”表示該道在某交接區正常交接棒時，發光二極管發光顯示。

③某道正常完成交接棒時，揚聲器同時發出短促的音訊提示。

④顯示器電路(見圖四)：

五、主要結構(見圖五)

①接力棒；②接收器(一)；③接收器(三)；④接收器(二)；⑤顯示屏。

六、設想

1 進一步改善接力區內控制方式，使之更加準確，精細地測定接力區內交接棒是否正常情況。

2 進一步制作完善運動員計時同步顯示，使之該設備既能顯示運動員成績，又能判斷是否犯規。

七、收獲和體會

以前我們把老師當成“圣人”，總是老師說了算，只拘泥于課本上的理論知識，缺少實踐活動。而組建科技活動小組后，在老師的指導下，我們終于體驗到科技創新的魅力、成功的喜悅和自己說了算的快感。

在活動過程中，遇到困難，我們同樣也有過沮喪，但不再是怨別人，而是怨自己學習的知識太少，能力太差。隨著實驗、研究的進展，我們拓寬了視野，增長了知識，提高了我們的動手能力和創新思維能力，也充分體驗到團結協作精神的重要性。

我們相信，只要我們奮發努力，充分施展自己的才能，在科技的殿堂勇攀高峰，我們必將會攻克科技方面一個又一個難關，摘取科學的桂冠。