平日、私は17年間企業向けソフトウェアを開発しており、さまざまな趣味を持っていましたが、最終的には5年間持ち続けてきたものを手放しませんでした。 2013年以来、私はアマチュア競技に定期的に参加することを含め、オフロードバイクでモトクロスとエンデューロにほとんどの時間を割いています。 2017年6月にドロップに失敗した後、私は病院で右上腕骨が完全に骨折してしまいました。 私は病院を去り、感覚を取り戻し、さらに2、3か月は旅行できないことが明らかになりましたが、活発な活動の習慣は残っていました。 それから、友人のために自分でレースを組織しようとすることにしました。 技術的な観点から、私はタイミングに興味がありました。自分のシステムをどのように作り、レースをカットの下で読むかについてです。

夕方の1か月間、彼は審判プログラムの最初のバージョンを書きました。 実装にC＃とWPFを使用しましたが、それは単にそれらをよく理解しており、ドキュメントを勉強する時間を費やす必要がないからです。 プログラムでは、クラスとレースに分けられた開始番号で参加者を記録することができました。 レース中、フィニッシュラインを走っている参加者の数を何とか運転する必要がありました。 すべてがうまく機能し、最初のレースの参加者が少ない（約40人）ことを考えると、すべてを手で数えることは難しくありませんでした。

しかし、プログラマーとして、私はより多くの自動化を望んでおり、手動のルーチン作業は好きではありません。さらに、私の手で100人の参加者と録音することはすでに非常に困難です。 その結果、2017年に彼は別のステージを実施しました。すでに3つの個別のクラスと100人以上の参加者があり、イベントは大成功を収め、次のシーズンまでに電子セリフを使用することになりました。

この図は、RFIDサポートとスマートフォンからのリモートコントロールを備えたプログラムの最新バージョンを示しています。 最初のバージョンでは要素がはるかに少なかった。

機器の選択

もちろん、このトピックは新しいものではなく、多くの既製のオプションがありますが、それらのほとんどは価格にあまり満足していませんでした。 たとえば、イタリアの会社AMBのプロのレーシングタイミングシステムには約13,000ユーロがかかり、20個のローリングトランスポンダーが付属しています。 追加のチップはそれぞれ100ユーロで、使い捨てです。つまり、3〜5年後にバッテリーが切れると、定期的に交換することはできません。 システムの残りの部分は優れており、すべての世界のレースで使用され、1000分の1秒などの精度があります。 余暇に友人のためにレースを開催する趣味のプレーヤーには、このシステムは適していません。 また、マラソン、トライアスロン、およびその他の同様の競技用の既製のタイミングシステムを多数見つけました。 システムはRFIDタグを使用しました。 しかし、そこの仕様は恥ずかしかったです-人々は最高で20 km / hの速度でマラソンを終えます。モトクロスでは、70-80 km / hの速度で入る最大の踏み台でフィニッシュするのが習慣です。 しかし、RFIDタグの価格は約11ルーブルであり、任意の数量で配布できます。

RFIDを使用する

一般に、RFIDテクノロジーはもともとレースを検出するために設計されたものではありません。チップとリーダーの仕様を読むと、1秒あたり数メートルのアンテナに対するチップの速度に制限があります。 しかし、このようなシステムが有名なレーシングシリーズxsr-moto.ruで長年使用されており、私自身も何度も参加し、ヘルメットにRFIDタグを付けていました。 そのシリーズのオーガナイザーであるセルゲイミンディンは親切に情報を共有し、motosponder.comに私を誘導してセリフを取得しました。

これは、最初のリーダーであるAlien Technology F800の選択を決定するのに役立ちました。AlienTechnology F800は、必要な条件で機能することを確信していたからです。 Alienに加えて、Imping Speedway Revolution R420を検討し、SDKの品質と購入するドキュメントを検討していました。 しかし、最終的に、彼は意図的に証明されたソリューションとしてF800に決めました。

読者は私に約1600ドルの費用がかかり、モスクワで購入し、すぐに2本のアンテナと5メートルの高周波ケーブルを購入しました。 不快な驚きは、RFケーブルの価格でした。 10メートルのケーブルはアンテナ自体よりも高価で、簡単に折れます。たとえば、足で曲げたり押しつぶしたりします。

解決策：motosponderから既製の機器とソフトウェアのセットを3,500ドルで購入するのは高価であり、スポーツではありません。 約2,200ドルの機器を購入するだけで、ソフトウェアを自分で作成できます。 そこで何が複雑になりますか？ :)

上記の価格を見ると、論理的な疑問が生じます。節約することはできましたか？ 中国の読者を買う、価格は200ドルからそんな考えがありましたが、私は非常に限られた時間であり、最終設計の安定性と開発の容易さが重要であるという考えがまだありました。 それ以前は、RFIDを実際に使用した経験がなく、どのような物理的な制限に遭遇するかわかりませんでした。 したがって、中国の読者の考えは延期されたが、忘れられなかった。

RFIDオプションの概要

RFIDは、周波数とデータ交換プロトコルが異なる一連のテクノロジー全体の共通名です。

• LF RFID-キロヘルツ範囲、低範囲、読み取り速度。
• HF 14 MHz-これらは通常、建物への「磁気」パス、インターコムキー、非接触型決済カード、電話のNFCです。 一般的に、非常に一般的な周波数ですが、通信半径は最大1メートルです。 再び私の場合には適していません。 ただし、スマートフォンとメトロカードで構築された完全に機能するタイミングシステムを知っています。 ライダーをマークするためだけに、彼は停止しなければならず、ジャッジはそのマークに電話を付けなければなりません。
• UHF〜840-930 MHz-大量イベントのすべてのタイミングシステムが構築される範囲。 最適な条件下では、タグは10メートル以上の距離で読み取られ、データ転送速度は1秒あたり50回以上でタグを読み取るのに十分です。これらの周波数の波は、次の範囲のように水にあまり吸収されません。
• UHF 2.4 GHz-見た目が悪いかもしれませんが、この周波数は中国の発明だと結論付けました。ブランドメーカーからそのようなリーダーが見つからなかったからです。 いずれにせよ、この周波数は水、汚れ、霧、その他のノイズによって減衰しすぎるため、この周波数を使用しないことにしました。

周波数と規格のもう少し詳細な説明は、次のリンクrfidcenter.ru/page/frequencies-rangesにあります。

UHF RFID

そのため、アプリケーションの最適なオプションはUHF範囲であり、地域の制限に応じて、これらは約840〜930 MHzの周波数と2〜30のチャネル数になると結論付けました。

私のF800はヨーロッパ地域向けに設計されており、865〜867 MHzの範囲で動作するように調整されています。 リーダーと一緒に、私はいくつかの異なるタグを購入しましたが、それらはすべてメーカーが説明したように長距離特性を備えていました。特定の範囲と読み取り速度は通常どこにも書き込まれていません 条件に大きく依存します。 私は、さまざまな数と構成のアンテナで、さまざまなラベルを読み取る非常に多くの実験を行いました。 簡潔な結論は次のとおりです。

• オープンエリアでは、アンテナのマークを正確に向けると、10メートルの距離で安定した読み取り値を得ることができます。
• アンテナでのフィールドの形状はドロップに似ているため、最も信頼できる読み取り値は、アンテナから3〜5メートルの距離（ドロップの最も広い部分）で得られます。 もちろん、放射パターンの形状はアンテナモデルによって異なります。10dbi、 60/65 °の宣言されたゲインのフラットパネルアンテナを使用しました。antenna31.ru/ ?product=rfid-panelnaya-antenna-pa868-10-rhcp
• アンテナは円形および直線偏波です。 直線偏波では、読み取り範囲ははるかに高くなりますが、ラベルの向きはアンテナの向きと一致する必要があります。
• すべての「長距離」タグはほぼ同じように機能します。 ここでは、あるブランドのタグを使用したことを明確にする必要があります-Alien、それらはすべて同じチップ上にある可能性があります。
• 最大送信電力をオンにすることは、常に最適なソリューションとはほど遠いものです。 小さな部屋の自宅では、反射のために、読み取り速度が非常に低下しました。 同じことがオープンスペースで発生する可能性があります。2つのアンテナがお互いを見ると、ミラーのように機能します。
• 一般に、RFIDの場合、電力と読み取り範囲が大きすぎると、逆の場合よりも多くの問題が発生します。 最大出力でフィールドを「照らす」と、大きなエリア（数十平方メートル）から多くのランダムな読み取り値を取得できます。 したがって、読み取りが最小の領域で実行されるように、アンテナの電力と位置を調整することが重要です。
• タグの読み取り速度は、リーダーの視野内の番号に依存します。 キャプテンの声明ですが、最適な条件のために特定の数値を変更しました。
  • ワンマーク-50-70 / s
  • 5つ以上のマーク-250-280 /秒
  • 1秒あたり約280回の読み取り-これはフィールド内の任意の数のタグの制限です。もちろん、数十個のタグがある場合、衝突により速度が劇的に低下します。
• 80 km / hを超える速度で移動する実際のオートバイのマークは読み取り可能ですが、どの位置でも読み取り可能ではありません。マークとアンテナは、お互いがわずかに見えるように配置することが望ましいです。 たとえば、アンテナはわずかにライダーに向けられており、マークはオートバイの前面のどこかに貼り付けられています。 低速では、タグとアンテナをトラックに対して厳密に垂直にすることができます。

この段階では、すべてが良好で、1秒あたり50回の読み取りでした。つまり、読み取り間の平均時間は20ミリ秒でしたが、これも確認する必要がありました。 統計を収集するためのプログラムは、測定値間の時間差を計算することで補完され、最悪、最良の時間、ミリ秒単位で測定された8つのシェアを表示しました。 読者は均等に読んでいないことが判明しました。 これはプロトコルによって説明されており、それによると、リーダーは数秒ごとに少なくとも10ミリ秒のブロードキャストを停止する必要があります。 以下は、フィールド内の2つのラベルのテストです。

• 44 ms-最悪
• 20ミリ秒-10分の1
• 1 msが最適です
• 3.2 ms-平均時間
• 1秒あたり104読み取り

つまり、5テスト秒で、測定値のほとんどが1ミリ秒のギャップで進み、その後、44ミリ秒の無音になりました。 これは、レースでは不快な機能です。毎秒20メートルの速度で44ミリ秒の間、ドライバーは80センチメートルに乗っており、干渉がある場合はアンテナを簡単に通過できます。 ほぼこの状況は、上記の実際のテストで再現されました。 また、解決策もあります-アンテナをライダーに向けると、スペース、したがって読み取り時間が大幅に増加します。 そしてもちろん、ライダーを追跡するための予備の方法を追加する必要があります。例えば、ビデオ録画、紙と鉛筆を持っている人、手でプログラムに数字を入力する人です。

フィニッシュラインの設定

テーブル上のアンテナでタグを読むことと、ライダーとの実際のレースで別のタグを読むことです。 フィニッシュラインの構成には2つの主なオプションを検討しました。

まず、アンテナは線路の両側の三脚にあります。 理想的には、アンテナは一般的に片側にのみ立ち、線路を横切って「輝いて」います。 しかし、同時に、ライダーのマークの位置が非対称になり、たとえば反対方向にレースを開始することは不可能です。 さらに、片側だけの読み取りはそれほど信頼できません。 次に、トラックの両側にアンテナを配置して、互いが「輝く」ようにする必要があります。 これには、RFケーブルを敷設するルート上にフレームを構築する必要があり、この構成でもトラック幅の問題が残ります。 ルートの幅は8〜10メートルで、三脚の設置のマージンを考慮すると、12〜13メートルになることがあります。 この距離では、読み取りエラーが簡単に発生する可能性があります。

motosponderとxsr-motoによって長年にわたって証明された2番目のオプションは、トラックの上のフレームにアンテナを設置し、それらを下に向けることです。 ラベルは、ライダーのヘルメットまたは上半身に接着する必要があります。 その結果、アンテナからマークまでの距離は常に1.5メートル以下になります（フレームの高さは3メートルですが、ライダーはめったに地上レベルでヘルメットでフィニッシュラインを通過しません）。 また、トラック自体の大きな幅は、フレーム自体でわずかにカットできます。

現時点では、3つのアンテナを備えた6メートルの幅のフレームを使用していますが、その幅はセクションを追加して8〜9メートルに増やすことができます。 その後、もう少し広い4つのアンテナが必要になります。 2018年の2回のレースの経験によると、トラックの遅いセクションにフレームを設置する場合、6メートルの幅で十分です。 また、ラベルを読む可能性が高くなります-1石で2羽の鳥を殺します。

時間

鉄ですべてが多かれ少なかれ明確になった後、実際に円を数える時でした。 一見、すべてが簡単です。各ドライバーにタグ識別子が割り当てられたテーブルを作成し、リーダーからの各信号を記録します。

ほとんど同じですが、リーダーからの信号はフィルタリングする必要があります。タグがリーダーの視野に入ると、タグは毎秒最大50回読み取られるためです。 また、まれにマークがまだ読めないことを考慮する必要があります。したがって、ノッチプログラムはリーダー、オペレーターからリアルタイムデータを受信できなければなりません。オペレーターは、数字を手動で入力し、レース終了後にマークを編集できます。

リーダーとオペレーターによって提供されたデータは、重複排除のためにフィルターを通過し、数字のトラックに変わります。 これは、フィニッシュラインを通過した順番のライダー数の1次元配列です。 例：[1、2、3、2、3、1]。 このトラックから、ライダーは2周し、1周目にはライダーの位置が1、2、3だったことがわかります。しかし、2周目にはナンバー1に問題があり、最終的に終了しました。 その結果、2番が勝ち、3番、1番と続きました。 最終プロトコルを計算するために、タイムスタンプではなく、使用される順序が使用されます。 これは、ジャッジがノートをトラック番号に記録する際の、従来の手動タイミングとの互換性のために行われます。 そのような機能はまだありませんが、追加の審査員からトラック番号のロードを実装するのは簡単です。 計算の結果、次の表が取得されます。

おわりに

この記事では、過去1.5年間に得た経験のほんの一部について説明します。 さらに、レーサーを登録し、ライブモードで結果を公開するためのサイトの作成、中国のRFIDモジュールとOrange Piに基づくハードウェアノッチコンプレックスの2番目のバージョンの開発、トラックの準備、大量イベントの開催などのプロセスについてお話したいと思います。 トピックが興味深い場合は、コメントを残してください。

プロジェクトは開いており、コードの大部分がgithub.com/maxbl4に公開されています。残りもまもなく公開されます。コードからパスワードとAPIキーをクリーンアップする必要があります:-)プロジェクトの開発を支援することに興味がある場合.Net CoreおよびAngularについては、お問い合わせください。 現在の技術スタックは、.Net 4.7、.Net Core 2.2、Docker、Angular 7.1、MySql 10.3です。

現時点では、私が使用している2種類のRFIDリーダーを操作するためのすべてのコードが公開されています： github.com/maxbl4/RfidDotNet

.Net Standard 2.0ライブラリ、完全なプロトコル実装、Linuxのシリアルポートで動作するためのSerialPorlStreamのみへの外部依存。

このイベントでは、2月16日のSergiev Posad近くのスポーツバイクフェスティバルで、システムの動作を観察し、コミュニケーションを取り、楽しい時間を過ごすことができます。