Устройство индикации положения "вне игры" в футболе

Устройство индикации положения "вне игры" в футболе

Реферат

 

Использование: в спортивной технике, в частности в футболе, для повышения качества судейства. Сущность изобретения: в подошву каждой бутсы футболистов - полевых игроков обеих команд - устанавливается шип , изготовленный из немагнитного материала, во внутренней полости которого находится магнит, соединенный с верхней и нижней стенками шипа при помощи пружин. Жесткость пружин подобрана таким образом, что при перемещении по полю футболистов одной из команд магниты их бутс будут совершать свободные колебания с частотой f₁, а магниты бутс футболистов другой команды - с частотой f₂ . Колеблющиеся магниты возбуждают токи частотой f₁ и f₂ в индукционных катушках, уложенных под поверхностью поля в определенном порядке. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к спортивным играм, в частности к футболу, и может использоваться при определении положения вне игры.

Известна в футболе система индикации правильного положения 11-метрового штрафного удара - пенальти, содержащая пневматический датчик, встроенный в футбольный мяч, миниатюрный радиопередатчик, также находящийся в мяче, радиоприемник, также находящийся в мяче, радиоприемник и датчики, вмонтированные в обувь (бутсы) вратаря.

Недостаток такой системы - ее неприспособленность фиксировать другие игровые ситуации в футболе, в том числе положение вне игры.

Цель изобретения - повышение качества судейства боковых судей, обслуживающих футбольные матчи, за счет создания электронной системы индикации положения вне игры и обеспечения ею футбольных стадионов.

На фиг. 1 показано устройство шипа с магнитом, закрученного в подошву бутсы; на фиг.2 - устройство индукционной катушки; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5 - расположение катушек относительно линий ворот футбольного поля; на фиг.5 - блок-схема аппаратуры обработки информации.

Таблица характеризует поведение аппаратуры обработки информации при различном расположении игроков на футбольном поле.

Устройство индикации положения вне игры в футболе содержит бутсы 1, шипы 2, винты 3, магниты 4, пружины 5, расположенные в земле 6 индукционные катушки 7, содержащие провода 8 с двумя слоями изоляции 9 и 10, аналоговый мультиплексор 11, фильтры 12 и 13, компараторы напряжения 14 и 15, источники постоянного напряжения 16 и 17, элементы 3И 18 и 19, элементы И 20 и 21, элемент ИЛИ 22, генератор 23, элемент ИЛИ 24, генератор 25, элемент 4ИЛИ 26, двоичный счетчик 27, генератор тактовых импульсов 28, триггер 29, элементы И 30 и 31, передатчики 32 и 33, миниатюрные наушники 34 и 35 и триггер 36.

В резьбовое отверстие подошвы бутсы 1 каждого футболиста при помощи винта 3 закручивается пластмассовый шип 2, во внутренней полости которого находится магнит 4, соединенный с верхней и нижней стенками шипа 2 при помощи пружин 5. Жесткость пружин 5 у игроков двух команд разная, поэтому при перемещении футболистов одной команды по полю магниты 4 их бутс 1 будут колебаться с частотой f₁, а при перемещении футболистов другой команды - с частотой f₂.

В землю 6 футбольного поля на некоторое расстояние И от ее поверхности укладываются в определенном порядке индукционные катушки 7, каждая из которых содержит металлический провод 8 с изоляцией 9, а также водонепроницаемую оболочку 10 из гудрона.

Катушки 7 укладываются рядами параллельно лицевым линиям ворот по всему полю, причем расстояния между двумя катушками 7 ряда и между двумя рядами катушек равны l. Расстояние l выбирается в зависимости от чувствительности катушек 7, которая может регулироваться за счет изменения в катушках 7 количества витков.

Крайние ряды катушек 7 каждой половины поля удалены от линий ворот и средней линии поля на расстояние l/2. На такое же расстояние l/2 удалены крайние катушки 7 каждого ряда от боковых линий футбольного поля. Из этого следует, что чувствительность каждой катушки 7 должна быть подобрана таким образом, чтобы при расстоянии, отсчитываемом от точки, расположенной на поверхности футбольного поля вертикально над катушкой 7, до любой другой точки поверхности поля и превышающем l/2, катушка 7 переставала чувствовать колебания магнитов 4 бутс 1, т.е. прекращался процесс наведения в ней токов различной частоты.

Количество катушек в каждом ряду равно К, а количество рядов, расположенных по всей длине поля, - 2N, причем нумерация рядов на каждой половине поля идет от линии ворот и до середины поля, т.е. на одной половине поля ряд катушек 7, расположенный ближе других рядов к линии ворот, имеет порядковый номер I, а ряд, расположенный ближе других рядов к середине поля, - N. На другой половине поля порядковые номера аналогичных рядов катушек 7 будут соответственно N + 1 и 2N.

Выходы всех катушек 7 связаны с информационными входами аналогового мультиплексора 11. Номер катушки 7 равен весу адреса входа мультиплексора 11, с которым она связана. Выход мультиплексора 11 связан со входами фильтров 12 и 13, настроенных на пропускание только частот f₁ и f₂ соответственно. Выход фильтра 12 связан с первым входом компаратора напряжений 14, а выход фильтра 3 - с первым входом компаратора напряжений 15. Второй вход компаратора 14 связан с выходом источника постоянного напряжения 16, величина которого равна минимальной амплитуде сигнала с частотой f₁, который означает присутствие вблизи катушки 7 игрока с соответствующим этой частоте шипом 2 в бутсах 1. Второй вход компаратора 15 связан с выходом источника постоянного напряжения 17, величина которого равна минимальной амплитуде сигнала с частотой f₂, который означает присутствие вблизи катушки 7 игрока с соответствующим этой частоте шипом 2 в бутсах 1. Выход компаратора 14 связан с первым входом элемента 3И 18, причем этот вход является инверсным, с первым входом элемента 3И 19 и первым входом элемента И 20. Выход компаратора 15 связан со вторым входом элемента 3И 18, со вторым входом элемента 3И 19, причем этот вход является инверсным, а также с первым входом элемента И 21. Третий вход элемента 3И 18, который является инверсным, третий вход элемента "3И" 19, второй вход элемента И 20, который является инверсным, а также второй вход элемента И 21 связаны с выходом элемента ИЛИ 22. Выход элемента 3И 18 связан с включающим S входом генератора 23 и с первым входом элемента ИЛИ 24. Выход элемента 3И 19 связан с включающим S входом генератора 25 и первым входом элемента 4ИЛИ 26. Выход элемента И 20 связан со вторым входом элемента ИЛИ 24 и с выключающим R входом генератора 23. Выход элемента И 21 связан с выключающим R входом генератора 25 и вторым входом элемента 4ИЛИ 26. Выход элемента ИЛИ 24 связан со входом установки двоичного счетчика 27 в состояние NK + 1. Выход счетчика 27, реагирующий на достижение состояние > 2NK, связан с третьим входом элемента 4ИЛИ 26., Информационный выход счетчика 27 связан с адресным входом мультиплексора 11. Вход увеличения на единицу счетчика 27 связан с выходом генератора тактовых импульсов 28, вход которого связан с входом "Пуск" устройства. Логическая единица на входе "Пуск" включает генератор 28, а логический ноль - выключает его. Вход обнуления (R) счетчика 27 связан с входом элемента 4ИЛИ 26. Вход счетчика 27, реагирующий на достижение состояния > NK, связан с S-входом RS-триггера 29. R-вход триггера 29 связан с выходом счетчика 27, реагирующего на достижение состояния "0".

Прямой выход триггера 29 связан с первым входом элемента И 30, а инверсный выход - с первым входом элемента И 31. Второй вход элемента И 30 и второй вход элемента И 31, который является инверсным, связаны с входом установки режима работы устройства. Выходы элементов И 30 и 31 связаны с входами элемента ИЛИ 22. Выходы генераторов 23 и 25 связаны с входами передатчиков 32 и 33 соответственно, выходы которых связаны с входами наушников 34 и 35 соответственно. Четвертый вход элемента 4ИЛИ 26 связан с выходом IK-триггера 36, вход разрешения записи (С) которого связан с входом "Пуск" устройства, R-вход - с выходом счетчика 27, реагирующего на достижение состояния "0". На вход S и К триггера 36 подан логический ноль, а на вход J - логическая единица.

В качестве компараторов напряжений 14 и 15 может быть использована интегральная схема (ИС) типа 597САI, в качестве элементов 18-22, 24, 26-31 и 36 - ИС серии 155, в качестве аналогового мультиплексора 11 - ИС типа 591 КНЗ. Элементы 12, 13, 23, 25, 32-35 представляют собой хорошо описанные в литературе устройства.

Устройство индикации положения вне игры функционирует следующим образом.

Перед началом игр судьи раздают шипы 2 с магнитами 4 футболистам обеих команд, причем магниты 4 шипов 2 футболистов - хозяев поля будут колебаться при их перемещениях с частотой f₁, а магниты 4 шипов 2 футболистов - гостей - с частотой f₂. Оператор, работающий с данной системой индикации, подает питание на все ее элементы и после розыгрыша главным арбитром матча и капитанами команд ворот той и другой команды устанавливает режим работы устройства. Для этого он подает на вход установки режима устройства логическую единицу, если хозяева играют на той половине поля, где установлены катушки 7 с номерами от 1 до NK (назовем ее первой половиной поля), или логический ноль, если хозяева играют на той половине поля, где установлены катушки 7 с номерами от NK + +1 до 2NK (назовем ее второй половиной поля).

Со свистком главного арбитра, возвещающем о начале игры, оператор с пульта подает на вход "Пуск" устройства логическую единицу, что означает запуск систем индикации в работу.

Лог. единица на входе "Пуск" включает генератор 28 и переводит триггер 36 во включенное состояние, если счетчик 27 не обнулен и на R-вход триггера 36 подан лог. ноль. Лог. единица с выхода триггера 36 через элемент 4ИЛИ 26 обнуляет счетчик 27. На выходе счетчика 27, реагирующего на достижение состояния 0, появляется логическая единица, которая выключает триггер 29 и триггер 36 и тем самым снимает сигнал обнуления с R-входа счетчика 27. Если счетчик 27 с самого начала был обнулен (после подачи питания), то триггеры 29 и 36 также обнулены. Устройство готово к опросу катушек 7.

Каждый импульс генератора 28 последовательно увеличивает содержимое счетчика 27 на единицу. Поэтому мультиплексор 11 подключает катушки 7 по очереди, начиная с первой и кончая номером 2NK, к фильтрам 12 и 13, которые пропускают только сигналы с частотой f₁ и f₂ соответственно. Наличие на выходе фильтров 12 и 13 сигналов с амплитудами, соответствующими нахождению вблизи катушки 7 соответствующего игрока (для фильтра 12 - игрока команды хозяев поля, а для фильтра 13 - игрока команды гостей) определяется компараторами 14 и 15. Например, если вблизи опрашиваемой катушки 7 находится игрок команды хозяев поля, то фильтр 12 пропустит его сигнал, а фильтр 14 - не пропустит. Компараторы 14 и 15 сравнят сигнал с выходов фильтров 12 и 13 соответственно с напряжением с входов источников постоянного напряжения 16 и 17 соответственно. В результате компаратор 14 выдает логическую единицу, а компаратор 15 - логический ноль.

Положение "вне игры" можно определить по комбинации сигналов компараторов 14 и 15. Однако значения комбинаций, которые соответствуют положению вне игры, зависят от половины поля, где опрашиваются катушки 7, и от того, на какой половине поля играет команда хозяев поля. Поэтому в устройство введен триггер 29, который выключается при опросе катушек 7 первой половины поля и включается при опросе катушек 7 второй половины поля. Элементы И 30 и 31 и элемент ИЛИ 22 на основе сигналов с выхода триггеров 29 и с входа установки режима формируют признак, позволяющий правильно распознать среди комбинаций сигналов с выходов компараторов 14 и 15 комбинацию, соответствующую положению "вне игры". Реакции устройства на комбинации сигналов с выходов компараторов 14 и 15 и элемента ИЛИ 22 в обоих режимах работ приведены в таблице. Эти реакции реализуются с помощью управляющих сигналов, которые формируются элементами 3И 18, 19, И 20, 21, ИЛИ 24 и 4ИЛИ 26.

Рассмотрим, как это происходит при работе устройства в режиме, когда команда хозяев играет на первой половине поля.

Если вблизи опрашиваемой катушки 7 нет ни одного игрока (комбинации [0,0,0] и [0,0,1] ), то управляющие сигналы равны нулю и опрос катушек 7 продолжается дальше. Если после этого содержимое счетчика 27 достигает значения, большего NK, то происходит включение триггера 29, что означает появление на его выходе признака второй половины поля. Управляющие сигналы равны нулю и опрос катушек 7 продолжается дальше. Если после этого содержимое счетчика 27 достигает значения, большего 2NK, то происходит обнуление счетчика 27 сигналом с выхода счетчика 27, реагирующего на достижение состояния > 2NK, через элемент 4ИЛИ 26, а также выключение триггера 29 сигналом с выхода счетчика 27, реагирующего на достижение состояния "0", после обнуления счетчика 27. Это означает появление на выходе триггера 29 признака первой половины поля. Управляющие сигналы равны нулю, а опрос катушек 7 продолжается, начиная с первой катушки 7 с номером 1.

Если вблизи опрашиваемой катушки 7 первой половины поля находится один или несколько игроков команды гостей, а игроков команды хозяев нет, то возникает положение вне игры (комбинация [0,1,0]). При этом на вход S генератора 23 элемент 3И 18 подает логическую единицу. Генератор 23 включается и через передатчик 32 подает сигнал в наушники 34 одного из боковых судей. Элемент 3И 18 также подает лог. единицу через элемент ИЛИ 24 на вход установки счетчика 27 в состояние NK + 1. Это означает переход к опросу катушек 7 второй половины поля.

Если вблизи опрашиваемой катушки 7 первой половины поля находятся игроки команды хозяев поля, то независимо от того, есть вблизи этой же катушки 7 игроки команды гостей (комбинации [1,0,0] и [1,1,0]), элемент И 20 подает логическую единицу на вход R генератора 23 и через элемент ИЛИ 24 на вход установки счетчика 27 в состояние NK + 1. Генератор 23 выключается, сигнал в наушниках 34 исчезает, а опрос катушек 7 переходит на вторую половину поля.

Если вблизи опрашиваемой катушки 7 второй половины поля находятся игроки команды хозяев поля, а игроков команды гостей нет (комбинация [1,0,1]), то возникает положение вне игры. При этом на вход S генератора 25 элемент ЗИ 19 подает лог. единицу. Генератор 25 включается и через передатчик 33 подает сигнал в наушники 35 другого бокового судьи. Элемент 3И 19 подает также лог. единицу через элемент 4ИЛИ 26 на вход обнуления счетчика 27. Опрос катушек 7 переходит на первую половину поля.

Если вблизи опрашиваемой катушки 7 второй половины поля находятся игроки команды гостей, то независимо от того, есть ли вблизи этой катушки 7 игроки команды хозяев поля (комбинации [0,1,1] и [1,1,1]), элемент И 21 подает лог. единицу на вход выключения генератора 25 и через элемент "4ИЛИ" 26 на вход обнуления счетчика 27. Генератор 25 выключается, сигнал в наушниках 35 исчезает, а опрос катушек 7 переходит на первую половину поля.

После смены ворот игроками оператор с пульта устанавливает режим работы устройства, соответствующий тому, что команда хозяев поля играет на второй половине поля. Для этого оператор подает лог. ноль на вход установки режима работы устройства. В этом случае при опросе катушек 7 первой половины поля устройство работает аналогично тому, как описано для другого режима для катушек 7 второй половины поля. При опросе катушек 7 второй половины поля устройство работает аналогично тому, как описано для другого режима для катушек 7 первой половины поля.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ "ВНЕ ИГРЫ" В ФУТБОЛЕ, содержащее датчик, размещенный в обуви игрока, радиопередатчик, радиоприемник, индикатор, RS-триггер, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчики, размещенные в обуви игрока по числу полевых игроков обеих команд, 2NK катушек индуктивности, аналоговый мультиплексор, первый и второй фильтры, первый и второй компараторы, первый и второй источники постоянного напряжения, первая и вторая схемы ЗИ, третья - шестая схемы 2И, счетчик, первый, второй и третий генераторы, первая и вторая схемы 2ИЛИ, третья схема 4ИЛИ, JK-триггер, дополнительные передатчик и индикатор, при этом катушки индуктивности связаны с входами аналогового мультиплексора, адресные входы которого подключены к информационному выходу счетчика, а выходы через первый и второй фильтры соединены с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к первому и второму источникам постоянного напряжения, выход первого компаратора соединен с первым инверсным входом первой схемы И, первыми входами второй и третьей схем И, выход второго компаратора соединен с вторым входом первой, первым входом четвертой и инверсным вторым входом второй схемы И, причем вход "Пуск" является C-входом JK-триггера и входом первого генератора, выходом подключенного к счетному входу счетчика, вторым выходом подключенного к S-входу RS-триггера, R-вход которого соединен с третьим выходом счетчика и R-входом JK-триггера, выходом подключенного через первый вход третьей схемы ИЛИ к R-входу счетчика, четвертый выход которого соединен с вторым входом третьей схемы ИЛИ, при этом третий вход счетчика подключен к выходу второй схемы ИЛИ, первый и второй входы которой подключены к входам второго генератора, а входы третьего генератора соединены с третьим и четвертым входами третьей схемы ИЛИ, причем прямой выход RS-триггера подключен к первому входу пятой, а инверсный выход - к первому входу шестой схемы И, выходами подключенных к первой схеме ИЛИ, выход которой соединен с третьим инверсным входом первой, третьим второй, вторым инверсным входом третьей и вторым входом четвертой схем И, при этом выходы первой и второй схем ИЛИ подключены к входам второго и третьего генераторов соответственно, а выходы третьей и четвертой схем И к входам второго и третьего генераторов соответственно, выходы которых через первый и второй передатчики связаны с первым и вторым индикаторами, а второй вход пятой и второй инверсный вход шестой схем И являются входами установки режима устройства, при этом датчик, размещенный в обуви игрока, выполнен в виде шипа из немагнитного материала, во внутренней полости которого посредством пружины закреплен магнит, при этом пружины имеют различную жесткость для игроков разных команд, а катушки индуктивности размещены под поверхностью игрового поля рядами параллельно линиям ворот на одинаковом расстоянии одна от другой, причем количество катушек в каждом ряду равно K, а количество рядов, расположенных по длине поля, - 2N.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7