體育教學中“電子邊界”的運用與研究

【摘要】針對目前高校體育教學中羽毛球課程上的邊球出界問題進行研究，通過對“電子邊界”的運用和研究，對羽毛球教學中的場地進行“電子邊界”智能研究，闡述了“智能比賽場地邊線”開發(fā)和運用的重要性和可行性。有助于在羽毛球教學過程中改進技術(shù)、豐富戰(zhàn)術(shù)，加速比賽教學的進程，提高了學生學習羽毛球課程的積極性。

【關(guān)鍵詞】體育教學；電子邊界；邊界檢測

1.引言

隨著科學技術(shù)的進步和發(fā)展，智能儀器設(shè)備以其精確、便捷、低耗和客觀等特性已經(jīng)廣泛的應用與各種行業(yè)中，在體育教學比賽中，對于邊線球是否出界的判決會經(jīng)常有爭議，由于羽毛球課程每節(jié)課配備的教師只有一位，而羽毛球的著地點尺寸很小、接觸點較隱蔽、落地速度又非常快、方向沒有規(guī)律，教師在學生練習過程中又會由于所處在的觀察位置不同、視力好壞、眼睛疲勞等原因得出不同的結(jié)論。因此，在比賽教學中常常會出現(xiàn)明顯誤判，甚至故意造成錯誤判決的情況都可能存在，影響了學生學習羽毛球課程的積極性和比賽的娛樂性及公正性。

即使在一些比賽中使用了錄像回放的方法來改善這種誤判狀況，也很難脫離判定結(jié)果的主觀性。由于錄像回放所判定的最終結(jié)果還是由人的眼睛做出主觀判決的，缺少對落地點的精確、客觀判定。因此，設(shè)計一種快速、精確且能夠客觀判斷的羽毛球出界裁決系統(tǒng)，對羽毛球課程教學及比賽有著十分重要的意義。

2.邊界檢測原理

在比賽和教學中對于羽毛球是否出界所判斷的規(guī)則是：落地的一瞬間羽毛球的球托和地面相接觸點是否在邊界內(nèi)，但是邊界線又不是一根及其微細的線，而是存在一定寬度的線，如果接觸點處在界外，則判決為界外球；如果接觸點在界內(nèi)，只要包含一部分在線上，就判斷為界內(nèi)球。依據(jù)所制定的規(guī)則，羽毛球與地板的觸點壓線或有一部分壓在線上都判決為界內(nèi)球，所以判斷羽毛球是否出線，關(guān)鍵在于球托落地點的檢測。

針對判決羽毛球出界這一問題，本文利用光纖檢測技術(shù)，提出一種基于光纖陣列檢測技術(shù)的輔助裁判系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以完成實時檢測羽毛球球托與邊線地板接觸點的精確檢測。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的判決方法相比較，具有精確、客觀等優(yōu)點。具有良好的通用性及推廣性。與其他檢測方法相比，無需改變目前教學中所用的設(shè)備、器材就可以行之有效的提高現(xiàn)行判決系統(tǒng)存在的問題。

3.系統(tǒng)總體方案

本設(shè)計采用光纖陣列的檢測技術(shù)，設(shè)計一種基于光纖陣列式的羽毛球輔助判決系統(tǒng)。該判決系統(tǒng)由傳感器按一定規(guī)律排列探頭，安裝在場地的邊線上，當羽毛球著落在邊線周圍時，由于傳感器的反射作用，使傳感器的測頭射出的光返回到光纖陣列中，并從另一端端口處以光強的變化形式表現(xiàn)出來。出射端處的光纖與場地的邊線安裝的探測頭陣列一一對應，進而獲得接觸面檢測的位置判決。

控制系統(tǒng)部分采用8051單片機用于控制、數(shù)據(jù)采集和處理以及結(jié)果的顯示和打印。其中一路D/A脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出信號用來實現(xiàn)對檢測電路中電子開關(guān)的控制。當PWM輸出高電平時，電子開關(guān)接通工作信號通道；反之，接通參考信號通道。8051單片機內(nèi)還含有4路10位A/D轉(zhuǎn)換器，從檢測電路輸出的直流電壓可直接進入單片機進行A/D轉(zhuǎn)換，省掉了外接A/D轉(zhuǎn)換器。另外8051單片機運算速度也比較快，在12MHz晶振下，每一次A/D轉(zhuǎn)換僅需22微秒。為提高測量準確度，對同一個采樣點連續(xù)采樣300次，然后進行數(shù)字濾波處理，最后將兩路信號按程序相除，并將商按標定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓力值，由數(shù)碼管顯示或由微型打印機打印結(jié)果。

傳感器的檢測電路是將壓力引起的光電信號進行變換、放大及濾波等，提供足夠電平的直流信號，以便微機系統(tǒng)進行控制和數(shù)據(jù)處理。傳感器的檢測電路采用同步相干檢測技術(shù)，即鎖定放大器。雖然由外界壓力作用引起的宏彎損耗比微彎損耗大，但比起原光纖中傳輸?shù)墓鈴娙孕『芏啵谶@種“亮視場”檢測中，微弱的光強變化往往被各種干擾噪聲所淹沒。鎖定放大器利用互相關(guān)接收技術(shù)，能將微小的有用信號從較大的噪聲中分離出來，它是抑制噪聲、提高信噪比的有效措施。

4.總結(jié)

在羽毛球、排球、網(wǎng)球的教學練習及比賽過程中，由于球的速度很快，在接觸地面的一瞬間，對于一些邊界球的判決，尤其是球在觸線一點點的問題上的判斷，往往是有困難的，況且裁判員還需要對結(jié)果做出及時的判罰，所以裁判一般大多靠經(jīng)驗和感覺作出適當?shù)牟脹Q，這對體育教學及比賽客觀公正性的來說是一種挑戰(zhàn)，尤其在關(guān)鍵性賽事及關(guān)鍵球的處理方式上，會在社會各界引起廣泛關(guān)注，大家各執(zhí)一詞，給體育競賽的客觀公正性提出了質(zhì)疑。

本文針對體育教學羽毛球比賽中羽毛球落點判決所存在的缺陷，提出了一種公正、客觀、準確實時檢測羽毛球與地板（邊線處）接觸位置的基于光纖陣列式傳感器檢測的羽毛球客觀輔助判決系統(tǒng)設(shè)計。對基于羽毛球客觀輔助裁判系統(tǒng)設(shè)計中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行討論，包括設(shè)計系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的及各個組成模塊的工作原理等。對設(shè)計系統(tǒng)中的各組成模塊進行具體設(shè)計，并對設(shè)計系統(tǒng)中設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)進行了理論分析。降低了羽毛球、網(wǎng)球及等相關(guān)球類項目裁判判決的錯誤率，提高了體育教學及比賽的客觀公正性。

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作者簡介：徐成波（1979—），男，吉林樺甸人，大學本科，講師，現(xiàn)供職于吉林建筑大學城建學院，研究方向：體育教育。