跳遠起跳犯規提示裝置

高赫辰

在跳遠比賽中，裁判員要經常檢查起跳板的沙臺或橡皮泥是否留下踩踏痕跡，以此來判斷運動員起跳是否犯規。若運動員犯規，進行下一輪比賽前，裁判員要將沙臺恢復平整或更換橡皮泥。這些工作繁瑣且費時。

為解決上述問題，我設計了一種多傳感器復合式跳遠起跳犯規提示裝置。

一、跳遠起跳犯規的相關規定

跳遠運動從1886年開始啟用起跳板。它為白色，埋入地下，與地面齊平，長122cm，寬20cm，厚10cm。起跳板靠近落地區的邊沿被稱為起跳線。起跳線與落地區近端距離為1m至3m，與落地區遠端距離至少為10m。

運動員必須在起跳線后方起跳。為了便于判定運動員是否犯規，在起跳線前設置橡皮泥顯示板，它被安裝在起跳線靠近沙坑一側的凹槽處，或制作成一塊隔板與起跳板形成一體。橡皮泥顯示板長122cm，寬10cm，水平高度超出起跳板0.7cm，靠近起跳線邊沿應向助跑方向傾斜形成45°斜面，并在斜面上覆蓋0.1cm厚的橡皮泥。

根據規則，運動員必須在起跳線后方起跳。對于不易判罰的犯規，裁判員通常以橡皮泥上的痕跡作為判斷是否犯規的主要依據。同時，高級別的跳遠比賽中，運動員起跳瞬間的影像也作為輔助判斷的依據。

通常運動員的起跳角度為16°至24°，有經驗的運動員會合理利用橡皮泥顯示板的45°角，最大程度地發揮競技水平。因此，在設計犯規提示裝置時，我充分考慮到這一點，力爭讓裝置既符合規則又利于運動員發揮其水平。

二、硬件組成

1.電容式人體感應傳感器

使用20cm×40cm的金屬板作為電容器極板，自制電容式人體傳感器。

電容器電容的大小主要取決于人體和金屬板間的距離與正對面積。根據需要，設置為物體（鞋底）剛觸碰到金屬板時，即構成電容器。通過單片機（芯片）測算出的電容變化值間接地反映人體是否接近并觸碰傳感器，從而判斷運動員是否犯規。

2.紅外線傳感器

根據物體對紅外線的反射性質，選用單向紅外線傳感器。

其原理是，設定在一定范圍內發射的紅外線如果遇到障礙物，即被反射回傳感器接收頭，傳感器將檢測到的信號傳送給單片機（芯片）。如果發射的紅外線沒有遇到障礙物，隨著距離越來越遠而逐漸減弱至消失，則傳感器接收頭無信號反饋。

3.控制器

本裝置使用的控制器為Arduino UNO。

Arduino UNO是Arduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328單片機，同時具有14路數字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB接口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復位按鈕。

4.顯示器

使用場效應管驅動模塊作為電子開關，轉換邏輯電和鋰電，控制12V電源，點亮紅色LED燈帶，作為犯規提示的顯示裝置。

三、工作原理

利用兩個不同的傳感器對運動員腳尖動作進行檢測，并將檢測信號發送到單片機，由單片機對信號進行邏輯判斷。當判定為犯規時單片機輸出信號，由場效應器控制電源轉換，接通12V鋰電電源，點亮紅色LED燈帶，進行犯規提示。

四、裝置控制程序

將判定的邏輯設定為：當電容式人體感應傳感器在近似于觸碰范圍內檢測到物體（腳尖）和單向紅外線傳感器檢測到障礙物（腳尖），這兩個條件同時成立時，由單片機輸出控制信號，接通鋰電源，點亮LED燈帶，進行犯規提示。當到達提示時間后，單片機控制傳感器重復上述工作過程，完成循環檢測。

五、創新點

1.研究了跳遠起跳板、橡皮泥顯示板的構造以及跳遠起跳犯規判罰依據，發現橡皮泥顯示板的45°斜面的設置既考慮了運動員起跳時的安全，又有利于運動員更好地發揮自己的水平。

2.利用多傳感器進行跳遠起跳犯規的檢測，用單片機復合技術形成信息處理，進而控制顯示裝置進行犯規提示，有助于實現對跳遠起跳犯規的自動判罰。迄今在檢索中未見與本裝置相同的研究。