定向越野打卡计时系统及方法与流程

本发明涉及一种计时系统及方法，特别是涉及一种定向越野打卡计时系统及方法。

背景技术：

定向越野是集娱乐性、挑战性和趣味性与一体的运动。参赛者通过佩戴具有读卡器功能的计时卡戴在手指上(指卡)，根据提供的含有打卡站点的地图，依次寻找各个站点，用时最短的参赛者获胜。

在最开始的比赛和训练中，每个检查点都配有印章式或钳式点签。此种计时方式既消耗大量的人力物力，还容易引起作弊，造成比赛结果的不公和参赛人热情降低。近年来也有许多公司研发出了用于该运动的电子计时、测评系统，他们基本包括电子点签器、计时卡、打印机和系统管理软件等四部分。电子计时系统采用的是rfid技术进行计时裁判。该系统通常由rfid阅读器和标签组成。参赛员通过手持标签到各个电子点签器处进行打卡，最后到终点完成比赛。

该类型的系统存在很多弊端，首先参赛人员手持的标签在每次比赛前需要重复写卡、清除卡，卡写入多次后就无法写入，造成手持卡的浪费。其次，电子点签器在设置地点处可能还需要人员看管和维护，且设备设计复杂，增加了运营和制作成本。再次，目前为止没有比较完善的系统或是系统实施过于复杂，都未能很好的解决现存的问题。

例如，中国专利201710352050.x，公开了一种定向越野测评系统，包括射频卡和3个以上的电子计时器；起点站、终点站和各个中途检测站处各设置1个电子计时器；每个电子计时器主要由外壳、以及设置在外壳内的电池和计时电路组成；其中计时电路包括电源开关、蜂鸣器、主控模块、时钟模块、射频读写模块和通信接口；电池经由电源开关与主控模块的电源端连接；时钟模块连接在主控模块的输入端上；射频读写模块和通信接口与主控模块相连；蜂鸣器连接在主控模块的输出端上；每个参赛者配备1张射频卡；该射频卡与电子计时器的射频读写模块通过接触实现通信。本发明无需在各个指定点(特别是中途检测站)设置专门的工作人员对比赛进行监督，即可完成定向越野的自动评分工作。

但是，该发明还存在以下弊端：

1、需要重复写卡、清除卡，且写入多次后卡片容易受损，参赛者手持射频卡也容易让射频卡弯折；

2、电子计时器(子站)设计较为复杂，且功能较为单一，不便维护；

3、没有成绩输出装置，参赛者也无法从其他途径获取比赛实时成绩。

技术实现要素：

本发明针对现有定向越野打卡计时系统需要重复写卡和清除卡、子站设计复杂且没有成绩输出的技术问题，提供一种无需重复写卡和清除卡、子站设计简单且有成绩输出的定向越野打卡计时系统及方法。

为此，本发明设有子站、主站，子站至少设有起点站、终点站，子站设有磁铁、射频卡，主站设置在终点站附近，主站还连接有打印机；还设有指卡；

指卡设有微处理器电路模块、读卡器电路模块和供电模块，微处理器电路模块与读卡器电路模块连接，供电模块分别与微处理器电路模块、读卡器电路模块连接；

供电模块设有可充电锂电池、usb接口及充电模块；usb接口及充电模块电路与可充电锂电池在充电状态相连，在非充电状态断开。

优选地，微处理器电路模块设有第一微处理器模块、蜂鸣器和磁控管；第一微处理器模块分别与蜂鸣器、磁控管连接；读卡器电路模块设有第一读写芯片、与第一读写芯片连接的通信网络电路及天线。

优选地，第一微处理器模块设有msp430微处理器，第一读写芯片设有rc5xx读写芯片。

优选地，主站设有主控制器电路模块、从控制器读卡器电路模块、电池和磁铁，主控制器电路模块与从控制器读卡器电路模块连接，电池分别与主控制器电路、从控制器读卡器电路连接。

优选地，主控制器电路模块设有第二微处理器模块、蜂鸣器和蓝牙模块电路，第二微处理器模块分别与蜂鸣器、蓝牙模块电路连接；从控制器读卡器电路模块设有第二读写芯片、与第二读写芯片连接的通信网络电路及天线。

优选地，第二微处理器模块设有stm32微处理器，第二读写芯片采用pn5xx读写芯片。

本发明还提供一种定向越野打卡计时系统的计时方法，包括以下步骤：

步骤1，初始化指卡、主站；

步骤2，唤醒主站的第二读写器芯片，并配置第二读写器芯片；

步骤3，主站进入寻卡模式，等待读取指卡内容；

步骤4，指卡进入低功耗模式；

步骤5，指卡检测是否有磁场激发，如果有，进行步骤6；如果无，进行步骤4；

步骤6，检测是否有射频卡，如果有，则退出低功耗模式，进行步骤7；如果无，则为不可识别的射频卡，返回步骤4；

步骤7，判断站点类型，类型包括起点站、终点站、子站和主站；

步骤8，若为起点站，起点标志位置1，并开始计时，进行步骤9；若否，进行步骤10；

步骤9，判断之前是否已打起点站，若是，重新计时，指卡的蜂鸣器发出成功提示音，返回步骤4；若否，则为当前计时，指卡的蜂鸣器发出成功提示音，同样返回步骤4；打了起点站之后打卡的子站均有效，即有比赛成绩；

步骤10，判断是否为终点站，若为终点站，进行步骤11；若否，进行步骤12；

步骤11，判断是否已打起点站，若是，即打卡顺序正确，数据有效，停止计时器计时，此为指卡正常读取流程，保存所有数据，指卡的蜂鸣器发出成功提示音，起点标志位置0，返回步骤4；若否，则为起点标志位置0，没有打起点，打卡顺序错误，指卡的蜂鸣器发出失败提示音，同样返回步骤4；

步骤12，判断是否为子站，若为子站，进行步骤13；若不为子站，进行步骤15；

步骤13，判断是否已打起点站，若是，即为打了起点又识别到了子站，进行步骤14；若否，打卡顺序错误，指卡的蜂鸣器发出失败提示音，返回步骤4；

步骤14，再次判断是否重复打卡，若是，更新相同站点的打卡时间，指卡的蜂鸣器发出成功提示音，返回步骤4；若否，记录新站点号和打卡时间，指卡的蜂鸣器发出成功提示音，同样返回步骤4；

步骤15，判断是否为主站，若是，同时进行步骤16，将所有站点信息、所打站点时间、总时间和指卡编号传给主站，并将起点标志位置0，指卡的蜂鸣器发出成功提示音，最后清空指卡数据，返回步骤4；若否，识别子站和主站失败，同样返回步骤4。

优选地，步骤15中，主站同时进行以下步骤：

步骤16，主站判断是否寻到指卡，若是，进行步骤17；若否，返回步骤3；

步骤17，主站与指卡建立通信，进行步骤18；

步骤18，主站接收指卡传回的所有站点信息、所打站点时间、总时间和指卡编号的数据，进行步骤19；

步骤19，判断是否接收成功，若是，主站的蜂鸣器21发出成功提示音，进行步骤20；若否，继续进行步骤18；

步骤20，主站将读取的指卡数据传给打印机，打印机打印出成绩，进行步骤21；

步骤21，断开指卡与主站的通信连接，返回步骤3循环执行。

本发明的有益效果是，使用rfid作为读卡器的指卡，将射频卡作为子站，指卡读取并存储子站信息，到达终点时，主站读取并存储指卡，通过蓝牙连接打印机将读取到的信息打印出来，完成比赛。主站还可通过蓝牙与手机相连，参赛者可获取比赛实时成绩，实现实时交互。采用射频卡的子站设计简单，方便赛事提供者维护和管理；指卡戴在手上，小巧便捷，方便打卡，可存储200个左右的站点计时信息；且正确打完站点后可重复使用，无需重复写卡，减少卡片浪费。指卡采用可充电锂电池替代纽扣电池，电量不足时可使用通用usb线充电，降低电池的更换次数。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为指卡、子站2和主站的关系示意图；

图3为指卡程序流程图；

图4为主站程序流程图。

图中符号说明

1.指卡；2.子站；3.主站；4.第一微处理器模块；5.jtag下载口；6.io口；7.蜂鸣器；8.磁控管；9.usb接口及充电模块；10.可充电锂电池；11.第一读写芯片；12.通信网络电路及天线；13.通信网络电路及天线；14.第二读写芯片；15.电池；16.uart模块；17.第二微处理器模块；18.io口；19.swd下载口；20.磁铁；21.蜂鸣器；22.蓝牙模块电路；23.蓝牙打印机；24.pc机；25.射频卡；26.微处理器电路模块；27.读卡器电路模块；28.主控制器电路模块；29.从控制器读卡器电路模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

如图1、2所示，本实施例包括指卡1、子站2、主站3、蓝牙打印机23和pc机24，指卡1、主站3分别与pc机24连接，用于pc机24下载和调试，主站3与蓝牙打印机23连接。该系统可由一个主站3、多个子站2(起点站、01站、02站……终点站)、若干个指卡1(001)组成。主站3设置在终点站附近，每个子站2均设有磁铁20和射频卡25，本实施例中射频卡25选用非接触式ic卡。

指卡1在出产前有其唯一的编号。指卡1设有微处理器电路模块26、读卡器电路模块27和供电模块，微处理器电路模块26控制读卡器电路模块27，供电模块的输出电压分别给微处理器电路模块26、读卡器电路模块27供电。

微处理器电路模块26设有第一微处理器模块4、蜂鸣器7和磁控管8。第一微处理器模块4通过io口6分别与蜂鸣器7、磁控管8连接，通过jtag下载口5与pc机24连接。读卡器电路模块27设有第一读写芯片11、通信网络电路及天线12，第一读写芯片11与通信网络电路及天线12连接。第一微处理器模块4采用msp430微处理器，第一读写芯片11采用rc5xx读写芯片。msp430微处理器通过spi接口控制rc5xx读写芯片，rc5xx读写芯片的读取频段为13.56mhz。

供电模块设有可充电锂电池10、usb接口及充电模块9。usb接口及充电模块电路9与可充电锂电池10在充电状态相连，在非充电状态断开。可充电锂电池10与纽扣电池相比，大大降低了电池更换次数。可充电锂电池10采用3.3v充电锂电池，电容量为30mah-400mah，厚度为3.63mm-6.21mm。usb接口及充电模块9采用micro-usb接口，方便使用者对指卡1充电。

主站3设有主控制器电路模块28、从控制器读卡器电路模块29、供电模块和磁铁20，磁铁20供指卡1读取时使用。供电模块分别给主控制器电路、从控制器读卡器电路供电。供电模块采用电池15，具体为电压为3v的两节干电池，主站9不需要随身佩戴，因此尺寸可不用着重考虑。

主控制器电路模块28设有第二微处理器模块17、蜂鸣器21和蓝牙模块电路22，第二微处理器模块17控制蜂鸣器21、蓝牙模块电路22。根据蜂鸣器21发出的响声可提示参赛者目前主站3的工作状态。从控制器读卡器电路模块29设有第二读写芯片14、通信网络电路及天线13，第二读写芯片14和主站通信网络电路及天线13连接。

第二微处理器模块17采用stm32微处理器，第二读写芯片14采用pn5xx读写芯片。stm32微处理器通过io口18控制蜂鸣器21、蓝牙模块电路22，通过swd下载口19与pc机24连接，通过uart模块16与pn5xx读写芯片连接通信。pn5xx读写芯片的读取频段为13.56mhz。蓝牙模块电路22为2.4ghz蓝牙模块，该蓝牙模块的传输频段为2.405ghz-2.485ghz，是国际规定的免费频段，其无线传输距离可达10米。该距离满足打印机的连接要求。

指卡1中使用的第一读写器芯片11和主站3使用的第二读写器芯片14，为同类读写器芯片，该类芯片的基本原理都相同，该类读写芯片的读写距离在0-3cm之间，读写器芯片的工作流程可概述为调制、解调、产生射频信号、安全管理和防碰撞机制。当两个读写器芯片需要进行通信时，例如主站3，第二微处理器模块17通过指令将第二读写芯片14唤醒。读写器芯片14被唤醒后，经过stm32微控制器17发送配置指令后可正常工作。当指卡1的第一读写器芯片11给主站3的第二读写器芯片14发送请求通信命令，主站3的第二读写器芯片14确认第一读写器芯片11请求并与第一读写器芯片11应答正确后，主站3的第二读写器芯片14与指卡1中的第一读写器芯片11建立通信，并将指卡1中保存的数据传给主站3。上述过程中主站3的第二微处理器模块17和第二读写器芯片14之间的主从请求都能正确应答后，才可与指卡1中的第一读写器芯片11进行通信。

为了降低能耗，指卡1中的第一微处理器模块4采用低功耗模式。指卡1中含有磁控管8，且当未检测到磁铁20时，指卡1为待机状态(不使用状态)，处于低功耗模式(休眠模式)；当检测到磁铁20时，指卡1退出低功耗模式转为工作模式，即可进行使用。当指卡1与子站2相接触时，检测到子站2中的磁铁20，指卡1的第一微处理器电路4退出低功耗，打开第一微处理器电路4内部计时器，并检测子站2的射频卡25信息，检测到射频卡25时，指卡1的蜂鸣器7响，表示指卡1读取并保存了子站2内射频卡25的信息，并记录打卡时间。当到达终点后指卡1与主站3相接触，其读写模式和与子站2的读写模式相同，主站3的蜂鸣器21和指卡1的蜂鸣器7都响起，表示指卡1将信息传给主站3，主站3读取并保存了指卡1内的信息，并通过蓝牙电路模块22传输给蓝牙打印机23打印出来。主站3还可以通过蓝牙与手机相连，参赛者可获取比赛实时成绩，实现实时交互。此时指卡1部分的工作完成，再次进入低功耗模式，等待下一次唤醒。

每个参赛者佩戴一个指卡1，参赛者从起点站2开始打起。若指卡1识别到起点站2，则开始计时，且之后所打的子站2都有效；若没有识别到起点站2，则之后所打的子站2都无效，即无比赛成绩。可根据蜂鸣器发出的声音来判断是否正确打卡，打卡不正确即打卡失败时，需重新从起点站2打卡。本实施例设定正确打卡时，发出一声响声；非正确打卡时，发出两声短促响声。到达每个指定站点时，将指卡1与子站2相接触，即可将参赛者的到达信息写入指卡1中。主站3设置在终点站附近，到达终点站后将指卡1与主站3相接触，即可将指卡1中记录的已打的站点号和时间打印出来，还可通过手机蓝牙与主站3相连，在手机上查看自己的成绩，成绩打印出来后指卡1中的第一微处理器模块4将擦除记录数据，实现无需重复写卡、清除卡。

如图3、4所示，本实施例的具体工作方法为：

步骤1，初始化指卡1、主站3的各模块；各模块主要包括第一微处理器模块4、第二微处理器模块17、蓝牙模块22、第一读写器芯片11、第二读写器芯片14；

步骤2，唤醒主站3的第二读写器芯片14，并配置第二读写器芯片14；

步骤3，主站3进入寻卡模式，等待读取指卡1内容；

步骤4，指卡1进入低功耗模式；

步骤5，指卡1检测是否有磁场激发，如果有，进行步骤6；如果无，进行步骤4；

步骤6，检测是否有射频卡25，如果有，则退出低功耗模式，进行步骤7；如果无，则为不可识别的射频卡25，返回步骤4；

步骤7，判断站点类型，进行步骤8；

步骤8，若为起点站，起点标志位置1，并开始计时，进行步骤9；若否，进行步骤10；

步骤9，判断之前是否已打起点站，若是，重新计时，指卡1的蜂鸣器7发出成功提示音，返回步骤4；若否，则为当前计时，指卡1的蜂鸣器7发出成功提示音，同样返回步骤4。打了起点站之后打卡的子站2均有效，即有比赛成绩；(起点过程)

步骤10，判断是否为终点站，若为终点站，进行步骤11；若否，进行步骤12；

步骤11，判断是否已打起点站，若是，即打卡顺序正确，数据有效，停止计时器计时，此为指卡正常读取流程，保存所有数据，指卡1的蜂鸣器7发出成功提示音，起点标志位置0，返回步骤4；若否，则为起点标志位置0，没有打起点，打卡顺序错误，指卡1的蜂鸣器7发出失败提示音，同样返回步骤4；(终点过程)

步骤12，判断是否为子站2，若为子站2，进行步骤13；若不为子站2，进行步骤15；

步骤13，判断是否已打起点站，若是，即为打了起点又识别到了子站2，进行步骤14；若否，打卡顺序错误，指卡1的蜂鸣器7发出失败提示音，返回步骤4；

步骤14，再次判断是否重复打卡，若是，更新相同站点的打卡时间，指卡1的蜂鸣器7发出成功提示音，返回步骤4；若否，记录新站点号和打卡时间，指卡1的蜂鸣器7发出成功提示音，同样返回步骤4；(读取子站2过程)

步骤15，判断是否为主站，若是，同时进行步骤16，将所有站点信息、所打站点时间、总时间和指卡编号传给主站，并将起点标志位置0，指卡1的蜂鸣器7发出成功提示音，最后清空指卡数据，返回步骤4；若否，识别子站2和主站3失败，同样返回步骤4；

步骤16，主站3判断是否寻到指卡1，若是，进行步骤17；若否，返回步骤3；

步骤17，主站3与指卡1建立通信，进行步骤18；

步骤18，主站3接收指卡1传回的所有站点信息、所打站点时间、总时间和指卡编号的数据，进行步骤19；

步骤19，判断是否接收成功，若是，主站3的蜂鸣器21发出成功提示音，进行步骤20；若否，继续进行步骤18；

步骤20，主站3将读取的指卡1数据传给蓝牙打印机23，蓝牙打印机23打印出成绩，进行步骤21；

步骤21，断开指卡1与主站3的通信连接，返回步骤3循环执行。

每个参赛者佩戴一个指卡1，参赛者从起点站2开始打起。若指卡1识别到起点站2，则开始计时，且之后所打的子站2都有效；若没有识别到起点站2，则之后所打的子站2都无效，即无比赛成绩。可根据蜂鸣器发出的声音来判断是否正确打卡，打卡不正确即打卡失败时，需重新从起点站2打卡。若参赛者重复打卡，只记录最后一次打卡成绩。本实施例设定正确打卡时，发出一声响声；非正确打卡时，发出两声短促响声。到达每个指定站点时，将指卡1与子站2相接触，即可将参赛者的到达信息写入指卡1中。到达终点站后将指卡1与主站3相接触，即可将指卡1中记录的已打的站点号和时间打印出来，还可通过手机蓝牙与主站3相连，在手机上查看自己的成绩，成绩打印出来后指卡1中的第一微处理器模块4将擦除记录数据，实现无需重复写卡、清除卡。

本发明使用rfid作为读卡器的指卡1，将射频卡25作为子站2，指卡1读取并存储子站2信息，到达终点时，主站3读取并存储指卡1，通过蓝牙连接打印机将读取到的信息打印出来，完成比赛。主站3还可通过蓝牙与手机相连，参赛者可获取比赛实时成绩，实现实时交互。指卡1可以存储200个左右的站点计时信息。采用射频卡25的子站2设计简单，方便赛事提供者维护和管理；指卡1戴在手指上，小巧便捷，方便打卡，且正确打完站点后可重复使用，无需重复写卡，减少卡片浪费。在出厂后，配备了清除卡，可将指卡1内信息清零，防止比赛成绩出错。指卡1采用可充电锂电池替代纽扣电池，电量不足时可使用通用usb线充电，降低电池的更换次数。

惟以上者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。