устройство для контроля действий спортсмена на дистанции

Формула изобретения

Устройство для контроля действий спортсмена на дистанции, содержащее контактный ключ, размещенный в обуви спортсмена, передатчик с высокочастотным модулятором, приемник с высокочастотным демодулятором, генератор импульсов, триггер, счетчик импульсов, две схемы ИЛИ, две схемы И, две линии задержки, электронный ключ, индикатор, вход которого подключен к выходу первой схемы И, один из входов которой соединен с выходом первой линии задержки и с одним из входов второй схемы И, второй вход которой соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход первой схемы И подключен к входу регистрирующего прибора и выходу первой схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к входу второй линии задержки и выходу второй схемы И, а вход первой схемы ИЛИ подключен к выходу второй линии задержки, причем контактный ключ соединен с одним из входов второй схемы ИЛИ и с входом установки в нулевое состояние счетчика импульсов, выход старшего разряда которого соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа, а счетный вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора импульсов, при этом выход электронного ключа соединен со вторым входом второй схемы ИЛИ, выход которой подключен к входу высокочастотного модулятора, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно включенный переключатель, GPS-демодулятор и табло отображения, GPS-приемник и ждущий мультивибратор, входом соединенный с выходом индикатора, а выход подключен к управляющему входу переключателя, информационный вход которого соединен с выходом высокочастотного демодулятора, а второй выход подключен к входу первой линии задержки, причем выход GPS-приемника подключен к информационному входу электронного ключа.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к спортивным тренажерам и может быть использовано для контроля и обеспечения безопасности спортсменов на тренировках, например, в спортивном ориентировании.

Известно устройство для регистрации нарушений правил спортивной ходьбы [1] , содержащее датчики, соединенные с передатчиками и источниками питания, смеситель, элемент И, ключ, мультивибратор, тональный генератор и микротелефон. Однако известное устройство обеспечивает недостаточно объективный контроль спортсмена ориентировщика на дистанции. Указанный недостаток устранен в устройстве для контроля действий спортсмена на дистанции [2], которое является наиболее близким по технической сущности к заявляемому. Устройство [2] содержит контактный элемент со средством крепления на обуви спортсмена, передатчик с высокочастотным модулятором, приемник с высокочастотным демодулятором и регистрирующий прибор, а также электронный ключ, тактовый генератор, триггер, счетчик импульсов, схемы ИЛИ, И и НЕ, линии задержки и индикатор, вход которого подключен к выходу первой схемы И, один из входов которой соединен с выходом первой линии задержки и с одним из входов второй схемы И, второй вход которой соединен с входом первой линии задержки и выходом высокочастотного демодулятора, а второй вход первой схемы И через схему НЕ подключен к входу регистрирующего прибора и выходу первой схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к входу второй линии задержки и выходу второй схемы И, а второй вход первой схемы ИЛИ подключен к выходу второй линии задержки, причем контактный элемент соединен с одним из входов второй схемы ИЛИ и с входом установки в 0 счетчика импульсов, выход старшего разряда которого соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа, а счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу тактового генератора и информационному входу электронного ключа, выход которого соединен с вторым входом второй схемы ИЛИ, выход которого подключен к входу высокочастотного модулятора.

Недостаток известного устройства состоит в относительно низкой эффективности его функционирования при нахождении спортсмена в тревожном состоянии, что связано с необходимостью дополнительных материальных и временных затрат на определение местоположения спортсмена, получившего травму или потерявшего сознание. Это приводит к невозможности оказания экстренной помощи спортсмену, попавшему в тревожное состояние.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности функционирования устройства для контроля действий спортсмена на дистанции, заключающемся в сокращении времени определения местоположения спортсмена, требующего экстренной помощи.

Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля действия спортсмена на дистанции, содержащее контактный ключ, размещенный в обуви спортсмена, передатчик с высокочастотным модулятором, приемник с высокочастотным демодулятором, генератор импульсов, триггер, счетчик импульсов, две схемы ИЛИ, две схемы И, две линии задержки, электронный ключ, индикатор, вход которого подключен к выходу первой схемы И, один из входов которой соединен с выходом первой линии задержки и с одним из входов второй схемы И, второй вход которой соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход первой схемы И подключен к входу регистрирующего прибора и выходу первой схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к входу второй линии задержки и выходу второй схемы И, а вход первой схемы ИЛИ подключен к выходу второй линии задержки, причем контактный ключ соединен с одним из входов второй схемы ИЛИ и с входом установки в нулевое состояние счетчика импульсов, выход старшего разряда которого соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа, а счетный вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора импульсов, при этом выход электронного ключа соединен со вторым входом второй схемы ИЛИ, выход которой подключен к входу высокочастотного модулятора, согласно изобретению дополнительно введены последовательно включенный переключатель, GPS-демодулятор и табло отображения, GPS-приемник и ждущий мультивибратор, входом соединенный с выходом индикатора, а выход подключен к управляющему входу переключателя, информационный вход которого соединен с выходом высокочастотного демодулятора, а второй выход подключен к входу первой линии задержки, причем выход GPS-приемника подключен к информационному входу электронного ключа.

Таким образом, в устройство, носимое спортсменом, введен GPS-приемник, который по орбитальной группировке навигационных космических аппаратов серии Глонасс (Россия) или NOVSTAR (США) позволяет определять местоположение с точностью 5-10 м [3]. При нормальном беге спортсмена в среду распространения радиоволн непрерывно излучаются высокочастотные радиоимпульсы, длительность каждого из которых равна длительности опоры спортсмена на ногу при соответствующем шаге. Если спортсмен получает травму: падает, теряет сознание, он не в состоянии замкнуть контактный ключ, расположенный в обуви спортсмена, за промежуток времени накопления импульсов в счетчике импульсов. Время накопления импульсов выбрано больше максимально возможного интервала времени на протяжении которого в нормальных условиях спортсмен должен хотя бы раз наступить ногой и замкнуть контактный ключ. В этом случае в эфир начинают излучаться радиоимпульсы не с выхода контактного ключа, а видеоимпульсов - с выхода GPS-приемника, т.е. начинает излучаться информация о координатах спортсмена, попавшего в тревожное состояние. Приемный блок, расположенный, например, в стационарных условиях, принимает радиоимпульсы, излучаемые носимой спортсменом аппаратурой, и анализирует их длительность. Если длительность импульсов соответствует стандартному времени опоры спортсмена на ногу, то переключатель подключает сигнал с выхода приемного блока к модулятору, где происходит регистрация длительности опорного и безопорного состояния ноги спортсмена при движении. Если длительность принимаемого импульса намного меньше времени опоры спортсмена на ногу, что имеет место в тревожном состоянии спортсмена, когда в среду распространения радиоволн передается координатная информация с выхода GPS-приемника, переключатель переключает выход приемного блока к входу GPS-демодулятора. Выход GPS-демодулятора подключен к индикатору, который в любой заданной форме индицирует координаты спортсмена, попавшего в тревожное состояние. Таким образом, данное предложение позволяет практически мгновенно получить информацию о координатах спортсмена, попавшего в тревожное состояние, что позволяет оказать ему экстренную помощь. Это особенно важно в таких спортивных дисциплинах, как спортивное ориентирование, когда соревнования проходят в больших лесных массивах вне прямой видимости тренера, зрителей и судей.

Устройство для контроля действий спортсмена на дистанции содержит контактный ключ 1, соединенный через последовательно включенные элемент ИЛИ 2 и высокочастотный модулятор 3 с входом передатчика 4. Выход контактного ключа 1 соединен также с входом сброса показаний счетчика импульсов 5. Информационный вход счетчика импульсов 5 подключен к выходу генератора 6 опорных импульсов. Выход счетчика импульсов 5 через триггер 7 соединен с управляющим входом электронного ключа 8, к информационному входу которого подключен навигационный приемник GPS 9, предназначенный для определения координат с помощью системы навигационных спутников. Выход электронного ключа 8 соединен со вторым входом схемы ИЛИ 2. Передатчик 4 через среду 10 распространения радиоволн соединен с входом приемника 11, выход которого подключен к входу высокочастотного демодулятора 12, предназначенного для демодулирования высокочастотных колебаний и получения последовательности видеоимпульсов. Выход высокочастотного демодулятора 12 подключен к информационному входу переключателя 13. Первый выход переключателя 13 соединен с входом линии задержки 14 и первым входом схемы И 15. Выход линии задержки 14 соединен со вторым входом схемы И 15 и первым входом схемы И 16. Выход схемы И 15 подключен к первому входу схемы ИЛИ 17 непосредственно, а к ее второму входу через линию задержки 18. Линии задержки 14 и 18 идентичны и предназначены для задержки электрических сигналов. Выход схемы ИЛИ 17 подключен одновременно к входу регистрирующего прибора 19, предназначенного для записи сигнала на бумажную ленту в виде графика, и через схему НЕ 20 ко второму входу схемы И 16. Выход схемы И 16 соединен с входом индикатора тревоги 21, предназначенного для подачи сигнала тревоги с помощью световых или звуковых приборов, например красного фонаря, звонка. Выход схемы И 16 подключен также к выходу ждущего мультивибратора 22, предназначенного для генерирования одиночного импульса, длительностью, эквивалентной нескольким посылкам координатной информации GPS-приемника. Выход переключателя 13 через GPS-демодулятор 23, предназначенный для демодуляции низкочастотного сигнала в стандарте GPS в видеосигнал индикации координатных данных на табло, соединен с входом табло отображения 24. Табло отображения 24 предназначено для визуализации координатных данных в заданной форме, например в цифровом виде или в картографической форме.

Устройство работает следующим образом. В момент старта на дистанцию спортсмен включает носимую аппаратуру. При этом включается GPS-приемник 9, а триггер 7 принудительно переводится в нулевое состояние. Электронный ключ 8 закрыт по управляющему входу. Генератор 6 опорных импульсов непрерывно генерирует последовательность импульсов с частотой следования, значительно превышающей максимальную частоту бега спортсмена. Длительность каждого импульса выбирается значительно меньшей минимально возможного времени опоры спортсмена на ногу. При каждой опоре спортсмена на одну из ног замыкается установленный в обуви контактный ключ 1, что приводит к открытию схемы ИЛИ 2 по первому входу и обнулению всех ячеек счетчика 5 импульсов. Малогабаритный передатчик 4 излучает ВЧ-колебания с помощью ВЧ модулятора 3. Одновременно GPS-приемник 9 по имеющейся в наличии группировке навигационных космических аппаратов из состава Глонасс или Navstar непрерывно определяет координаты спортсмена. Таким образом, при нормальном беге спортсмена в среду 10 распространения радиоволн непрерывно излучаются высокочастотные радиоимпульсы, длительность каждого из которых равна времени опоры спортсмена на ногу при соответствующем шаге. В промежутках времени между замкнутым состоянием контактного ключа 1 счетчик 5 импульсов ведет подсчет импульсов с выхода генератора 6 опорных импульсов, а передатчик 3 не излучает. Число накопительных ячеек счетчика 5 импульсов выбрано таким, чтобы суммарное время заполнения всех его ячеек соответствовало минимально тревожному времени, т.е. такому интервалу времени, на протяжении которого в нормальных условиях спортсмен должен хотя бы раз наступить ногой и замкнуть контакт на ключе 1. Если спортсмен получает травму, падает, теряет сознание и т.п., он не в состоянии замкнуть контакт на ключе 1 за требуемый промежуток времени. В этом случае счетчик 5 импульсов переполняется. Импульс с выхода его старшего разряда переводит триггер 7 в единичное состояние. Триггер 7 открывает электронный ключ 8 и координаты в коде GPS с выхода GPS-приемника 9 поступают на второй вход схемы ИЛИ 2. Передатчик 4 начинает передавать информацию о координатах нахождения спортсмена, которая одновременно является информацией о тревожном состоянии спортсмена. Эта информация передается в закодированной форме в формате GPS в виде последовательности импульсов, длительность каждого из которых на несколько порядков меньше длительности опоры спортсмена на ногу. В том случае, если спортсмен возобновляет движение после длительной паузы и, по собственному мнению, не находится в тревожном состоянии, он самостоятельно переводит аппаратуру в нормальный режим работы путем повторного включения носимой аппаратуры. Передатчик 4 вновь начинает излучать радиоимпульсы, соответствующие опоре спортсмена на одну из ног. Приемник 11 принимает радиосигналы и усиливает их. На выходе высокочастотного демодулятора 12 действуют видеоимпульсы, соответствующие импульсной последовательности на выходе схемы ИЛИ 2. Видеоимпульсы поступают на вход линии задержки 14 через первый выход переключателя 13 и также поступают на вход схемы И 15. На второй вход этой схемы поступает сигнал с выхода линии задержки 14. Время задержки сигнала в линиях задержки 14 и 18 идентично и выбрано несколько большим длительности импульсов, составляющих цифровой стандарт GPS. Поэтому сигнал на выходе схемы И 15 действует только при замкнутом ключе 1, причем длительность импульса на выходе схемы И 15 короче времени опоры спортсмена на одну из ног на время задержки сигнала в линии задержки 14. Линия задержки 18 и схема ИЛИ 17 восстанавливают реальную длительность опоры спортсмена на ногу. Сигнал с выхода схемы ИЛИ 17 поступает на вход схемы НЕ 20 и на вход модулятора 19, где записывается на бумажную ленту в виде графика либо в другой заданной форме. Сигнал на входе схемы НЕ 20 действует только в случае разомкнутого контактного ключа 1. Этот сигнал открывает схему И 16 по второму входу. По первому входу схемы И 16 открывается общей импульсной последовательностью с выхода лини задержки 14. Сигнал на выходе схемы И 16 действует только при наличии сигналов на обоих входах, что может наблюдаться при наличии в импульсной последовательности навигационных данных. Короткие импульсы с выхода схемы И 16 поступают на индикатор тревоги 21 и вход ждущего мультивибратора 22. Ждущий мультивибратор 22 генерирует одиночные импульсы с длительностью, достаточной для уверенного приема и декодирования из стандарта GPS координатной информации. Этот одиночный импульс переключает вход переключателя 13 на второй выход и сигнал в стандарте GPS с выхода ВЧ демодулятора 12 поступает на вход демодулятора GPS 23, где переводится в форму, заданную для отображения на индикаторе 24. После окончания действия одиночного импульса на выходе ждущего мультивибратора 22 переключатель 13 возвращается в исходное состояние, т.е. его вход коммутируется на первый выход. Аппаратура вновь анализирует принимаемую по радиоканалу информацию. Если спортсмен продолжает находиться в тревожном состоянии, то после повторного анализа длительности входных импульсов ждущий мультивибратор 22 вновь генерирует импульсы. При этом индикация режима тревоги в индикаторе 21 и визуализации координатной информации на табло отображения 24 прерывается на короткое время анализа длительности импульса (не более единиц мс) и практически не заметна. В том случае, если спортсмен самостоятельно перевел носимую аппаратуру из тревожного в рабочее состояние, включается модулятор 19, а ждущий мультивибратор 22 перестает генерировать одиночные импульсы. Координатная информация на экране индикатора 24 исчезает, а индикатор тревоги 21 выключается.

Источники информации

1 Авторское свидетельство СССР 748471, МПК G 07 C 1/24, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР 11394452, МПК А 63 В 71/06, опубликованное 15.02.85, бюл. 6.

3. Харисов. Глобальные спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС. Изд. предприятие журнала "Радиотехника", 1998.