體育用電子記分器的設(shè)計(jì)及制作研究

李維強(qiáng)

（陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院 陜西 西安 712046）

隨著信息時(shí)代的到來，信息化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，體育賽事中也開始逐漸引入信息化技術(shù)，電子記分器不僅可以幫助體育裁判進(jìn)行比賽分?jǐn)?shù)的記錄、計(jì)時(shí)、統(tǒng)計(jì)比賽成績(jī)以及判斷比賽情況之外，還可以為體育轉(zhuǎn)播提供依據(jù)，為熱衷體育賽事的人們提供直觀的賽事情況，為比賽結(jié)果提供有力保障，從而全面實(shí)現(xiàn)體育與數(shù)字化的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)體育事業(yè)的發(fā)展。

1 電子記分系統(tǒng)的基本概述

電子記分系統(tǒng)就是一個(gè)采集體育前沿賽事和負(fù)責(zé)記錄體育賽況的分配采集數(shù)據(jù)的軟硬件系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)采集和處理體育賽事的成績(jī)與結(jié)果，也就是利用專用技術(shù)把比賽結(jié)果傳達(dá)給教練、裁判、大屏幕、電視轉(zhuǎn)播以及計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)等。電子記分系統(tǒng)具有一定的評(píng)判、采集、分配等自身系統(tǒng)，能夠合理的、有效的記錄信息。電子記分系統(tǒng)的類型依據(jù)體育賽事舉辦的場(chǎng)地具有一定差別，應(yīng)該依據(jù)體育賽事的實(shí)際要求來合理設(shè)計(jì)電子記分器，內(nèi)部系統(tǒng)的基本作用就是準(zhǔn)確的顯示和播報(bào)比賽成績(jī)，并且通過大屏幕顯示比賽結(jié)果，方便于現(xiàn)場(chǎng)觀眾、裁判、嘉賓等可以清楚的了解比賽情況。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子記分器已經(jīng)逐漸成為體育賽事中必不可少的組成部分，電子記分系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合格直接關(guān)系到體育賽事的順利與否。

2 電子記分系統(tǒng)的基本功能

電子記分系統(tǒng)是可以應(yīng)用在很多比賽場(chǎng)地的記分系統(tǒng)，主要包括室內(nèi)外比賽場(chǎng)地。通過比賽現(xiàn)場(chǎng)工作人員或者裁判的實(shí)際操作，來對(duì)比賽數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和統(tǒng)計(jì)，并且利用大屏幕把比賽數(shù)據(jù)展示出來，大型體育賽事成績(jī)的主要來源就是電子記分系統(tǒng)。從使用電子記分器的方向來看，實(shí)際上是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，電子記分器需要把各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理通過不同端口展現(xiàn)出來，從而順利完成和比賽現(xiàn)場(chǎng)成績(jī)數(shù)據(jù)有關(guān)的信息處理、采集、公布等作用。但是不論是何種體育賽事，電子記分器都是由記分、計(jì)時(shí)、顯示、測(cè)量、傳輸?shù)冉M成，因此需要符合以下幾方面功能需要：第一，可以順利完成采集、傳遞以及處理體育賽事過程中出現(xiàn)的信息，并且可以保留原始的比賽數(shù)據(jù)，還可以提供一定的安全保障，從而確保航比賽結(jié)果的準(zhǔn)確度和質(zhì)量，最大限度的增加工作效率。第二，電子記分系統(tǒng)必須擁有很好的聯(lián)系外界以及聯(lián)系主機(jī)面的系統(tǒng)，此外，也應(yīng)該具備處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)以及對(duì)接電視數(shù)據(jù)傳播的能力。

3 電子記分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

為了保證電子記分器可以合理、準(zhǔn)確的記錄下體育賽事的成績(jī)數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)的過程中需要遵循以下原則。

1）依據(jù)體育賽事的實(shí)際要求，由競(jìng)委會(huì)合理的設(shè)置記分系統(tǒng)，但是必須保證記分系統(tǒng)的準(zhǔn)確性必須符合比賽的實(shí)際需要。

2）設(shè)計(jì)電子記分器的各種設(shè)備必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。采用由國(guó)家體育總局開發(fā)的各種產(chǎn)品和設(shè)備以及國(guó)家認(rèn)定的設(shè)備。

3）電子記分系統(tǒng)必須具備連接信息數(shù)據(jù)接口的功能，以便于可以很好的滿足信息的自動(dòng)化以及快速公布和處理比賽結(jié)果。

4）必須使用專業(yè)的、經(jīng)過培訓(xùn)的技術(shù)員人員來對(duì)電子記分設(shè)備進(jìn)行安裝、運(yùn)行、調(diào)試等，并且針對(duì)不同的體育比賽項(xiàng)目和形式設(shè)置不同的電子記分系統(tǒng)，但是也應(yīng)該充分滿足國(guó)內(nèi)和國(guó)際的體育總局的要求，從而保障體育賽事能夠順利完成。

4 電子記分器的設(shè)計(jì)與制作

4.1 設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管

數(shù)字電路的主要顯示設(shè)備就是數(shù)碼管，數(shù)目管由很多種類，主要包括LCD、LED、等離子、氣體輝光放電以及液晶等，基本構(gòu)成如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)Fig.1 A structure chart

現(xiàn)階段，我們使用的主要都是LED數(shù)碼管，如圖1所示的每一筆都是由很多個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，其使用二極管的數(shù)量主要都大小來計(jì)算，假如圖一所示的LED每一筆都是由3個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，那么其內(nèi)部的電路圖如圖2所示，圖2中的a是主要控制端，每一個(gè)LED數(shù)目管都具有7個(gè)類似于a是控制端，一個(gè)共陰數(shù)碼管構(gòu)成。想要點(diǎn)亮哪些數(shù)碼管的筆畫，僅僅只是需要在相應(yīng)控制端共陽管上加上高電平，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)被點(diǎn)亮。

圖2 內(nèi)部電路圖Fig.2 The internal circuit diagram

4.2 譯碼電路

想要合理的點(diǎn)亮相應(yīng)筆畫，此時(shí)就需要我們?cè)O(shè)計(jì)相應(yīng)的譯碼電路上圖中標(biāo)有a、b、c、d、e、f、g，實(shí)際上是7根地址線，分別對(duì)應(yīng)LED數(shù)碼管的7個(gè)控制端，想要哪些筆畫發(fā)光，只需要把相應(yīng)的高電平合理添加到地址線上，并且把不需要點(diǎn)亮的筆畫把相對(duì)的地址線放在0上保持懸空。例如想要顯示數(shù)字零，就可以把數(shù)據(jù)線零上的高電平相應(yīng)的添加到七個(gè)地址線上，以此類推。

4.3 設(shè)計(jì)電路

在充分了解譯碼電路和數(shù)碼管以后，最基本的體育電子記分器主要是由LED數(shù)碼管、譯碼電路以及單刀十?dāng)S開關(guān)構(gòu)成。其實(shí)能夠組成這樣電路的一共有4個(gè)，每?jī)蓚€(gè)數(shù)碼管構(gòu)成一個(gè)記分單元以及一個(gè)基本記分電路。印刷板電路一般都是由雙面板構(gòu)成，行打孔，適當(dāng)?shù)陌讯O管的引腳穿過內(nèi)板焊接在另一面上；列上不進(jìn)行打孔，把二極管引腳合理彎折九十度之后，焊接在電路板上。由24個(gè)LED構(gòu)成數(shù)碼管的每一個(gè)筆畫，并且保證每12個(gè)串聯(lián)在一起，在實(shí)際操作中來確定限流電阻，一般都是保持在30 mA左右，因此實(shí)際設(shè)計(jì)的電子記分裝置的外形如圖3所示。

圖3 體育電子記分器的外觀Fig.3 Sports electronic scoreboard appearance

4.4 制作電子記分器

經(jīng)過上述的分析，基本的電子記分器的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，接下來要做的就是制作電子記分器，準(zhǔn)備好制作需要使用的各種零件，依據(jù)實(shí)際要求焊接好各種元件，然后進(jìn)行通電，看其是否成功，轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)，保證每個(gè)數(shù)字都可以準(zhǔn)確顯示出來。

4.5 系統(tǒng)的測(cè)試和聯(lián)調(diào)

由于電子記分系統(tǒng)的建設(shè)過程比較復(fù)雜，專業(yè)性比較強(qiáng)，一次就能夠成功的幾率不是很大，因此就需要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試

1）網(wǎng)絡(luò)聯(lián)調(diào)。在對(duì)電子記分器進(jìn)行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的時(shí)候，應(yīng)該依據(jù)體育賽場(chǎng)內(nèi)的核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依據(jù)，全方面調(diào)試本地局域網(wǎng)、骨干網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)信息的情況，不斷測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能，尤其是網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

2）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。在網(wǎng)絡(luò)連通順暢的情況下，把網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)以及應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)試，由于系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜繁多，因此需要進(jìn)行多次測(cè)試。依據(jù)體育賽事數(shù)據(jù)為條件，選擇具有代表性的項(xiàng)目成績(jī)進(jìn)行模擬結(jié)果編排以及覆蓋整個(gè)比賽過程，綜合整體系統(tǒng)來分析模擬成績(jī)和獎(jiǎng)牌數(shù)，并且可以提供一定的網(wǎng)絡(luò)查詢。

5 全電子記分器

經(jīng)過上述設(shè)計(jì)與制作的電子記分器實(shí)際上還是屬于機(jī)械電子方面的，記分工作還是具有一定困難的。因此就需要使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)方式來完善電子記分器。例如可以使用CD4017來替代上述制作過程中使用的單刀十?dāng)S開關(guān)，使用CD4017的主要功能就是可以順利的把需要輸送到記分器頂端的時(shí)鐘脈沖逐漸轉(zhuǎn)變成十個(gè)計(jì)數(shù)單位輸出的高電平，而且每十個(gè)脈沖可以組成一個(gè)進(jìn)位脈沖，從而全面實(shí)現(xiàn)清零的作用。如下圖四所示為CD4017的原理圖，其中IC1NE555與其中的各種元件共同組成可以產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖單元，并且可以調(diào)節(jié)RP來保證電子記分器合理的產(chǎn)生一到兩個(gè)脈沖每秒；IC2CD4017與其周圍元件共同構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，并且可以通過LED0-9來顯示計(jì)數(shù)狀態(tài)。

把K1放置在2、3的位置上，把電源連接上，我們就可以看到LED出現(xiàn)閃爍的情況，不斷調(diào)節(jié)RP來改變LED閃爍的情況，最終把閃爍頻率調(diào)節(jié)到每秒兩次左右。在10個(gè)LED中，如果僅僅點(diǎn)亮LED0，在每次切斷電源以后都需要重新開啟電源，這就是電子記分器的清零功能。如果把K1放置到1、2上，我們就會(huì)觀察到10個(gè)LED隨著0倒9的規(guī)律開始不斷地閃爍，并且是依次被點(diǎn)亮和不斷循環(huán)，這就是我們所說的十進(jìn)制功能；在電子記分器進(jìn)行記錄的過程中，不論設(shè)備處在什么狀態(tài)之下，只要手工按下K2，電路系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)回歸到LED0開始重新循環(huán)點(diǎn)亮，這就是通常所說的手動(dòng)清零功能。想要停止電子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)作用，只需要把K1重新放置到1、2位置上。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)達(dá)，電子記分器也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步，為了更好地滿足體育賽事的實(shí)際需求，就需要我們不斷開發(fā)新的電子記分系統(tǒng)，保證電子記分器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

圖4 十進(jìn)制計(jì)數(shù)方式來完善電子記分器Fig.4 Decimal counting mode to improve the electronic scoring device

6 結(jié)束語

體育賽事的電子記分器是舉辦體育賽事過程中最主要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，可以依據(jù)舉辦賽事場(chǎng)地的不同，合理設(shè)置不同類型的電子記分器，具體設(shè)計(jì)方案遵照體育賽事的實(shí)際要求來完成，記分系統(tǒng)的基本作用就是把體育賽事的成績(jī)和結(jié)果準(zhǔn)確的表達(dá)出來，與此同時(shí)，把比賽成績(jī)通過大屏幕顯示出來，方便于裁判、隊(duì)員、觀眾等獲得比賽信息。

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