CN101975868B - 一种场地自行车速度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种场地自行车速度测量系统，其装置由信号探测电路、电源电路、主控制器、电压调整电路、无线通讯模块和存储模块构成；处理过程为信号探测电路采集链条运动产生的信号，对其进行初步处理；主控制器通过对处理后的信号进行进一步分析，既可将所得的速度等参数进行存储，也可控制无线通讯模块向用户上位机发送参数，完成场地自行车速度的实时监控。本速度测量系统，不仅能够进行实时发送、存储数据，而且无需改造车体，节省使用成本，适合广大用户。
Description
技术领域
本发明涉及一种场地自行车速度测量系统。
背景技术
自行车速度测量产品根据技术和实现方式的不同，主要有两种方式：第一种方式是机械式测速，主要利用机械计数器，轮子转一圈就触发计数器加一个数字，这种机械式在自行车上应用较多，但其测量精度较低；第二种方式是电子式测速，主要是通过传感器获取电子脉冲，从而计算出速度，但一般都需要改造车体，不仅对车体造成了一定的损坏，而且成本过高，同时简单的利用电子脉冲计算速度具有一定的局限性。所以一种新型的场地自行车速度测量系统急需被研制。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种利用霍尔传感器进行场地自行车速度测量的系统。本发明采用技术手段如下：
一种场地自行车速度测量装置，其特征在于包括信号探测电路、电源电路、主控制器、电压调整电路、无线通讯模块和存储模块；
所述信号探测电路包括霍尔传感器、磁铁和信号处理单元，所述信号探测电路设置在自行车链条传动平面上，且霍尔传感器位于磁铁和自行车链条之间，用于感应磁铁同自行车链条之间的磁力信号，所述信号处理单元将霍尔传感器传回的类正弦波信号转化为方波信号；
所述主控制器通过ECT口接收信号探测电路方波信号，并根据周期个数与自行车行驶路程的关系计算得出自行车的速度、行驶的路程；
所述存储模块用于存储上述自行车的速度、行驶的路程及当前用时的数据；
所述无线通讯模块用于将上述自行车的速度、行驶的路程及及当前用时传至上位机；
所述电压调整电路同电源电路相连接为整个装置提供电源；
所述信号探测电路的I/O口同主控制器ECT口相连接，所述主控制器分别与无线通讯模块和存储模块相连接。
所述主控制器的控制器为MC9S12单片机。
所述信号探测电路的核心器件是霍尔传感器。
所述电压调整电路包括电压调整芯片和保护电路。
一种上述测量装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：通过信号探测电路中的霍尔传感器采集到自行车链条运动产生的正弦信号，并将其转化成方波信号；
第二步：通过主控制器的I/O口使能无线通讯模块，使其进入准备工作状态；
第三步：主控制器接收到方波信号，通过ECT口对方波信号进行捕获；
第四步：然后主控制器对采集到的方波信号进行分析、处理；根据最初采集到正弦信号的周期大小与自行车的速度相对应，周期个数与自行车的行驶路程相对应，对方波信号的周期大小进行分析，以计算场地自行车当前时刻的行驶速度；通过分析方波信号的周期个数，以计算场地自行车达到当前速度所行驶过的路程；
第五步：主控制器将分析得到的速度、路程和当前用时传送给存储模块存储；
第六步：主控制器控制无线通讯模块将分析得到的速度、路程和当前用时传至上位机。
所述第一步还包括对信号进行模拟滤波，滤除附加在信号中的大量干扰；对滤波后的信号进行初步处理，将采集到的模拟信号中的直流分量滤除；及将滤去直流分量的模拟信号放大，采用过零比较的方法将其转化成方波信号的步骤。
本发明同现有技术相比其优点是显而易见的具体为：该系统通过信号探测电路采集模拟信号，极大的提高了某些情况下速度采集的可实现性；既能储存，又能通过无线通讯模块传送数据，使之能实时的监测自行车速度；无需改造车体也可获得较高精度，同时又节省了使用成本，适合广大用户使用。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是主控制器的电路图；
图3是信号探测电路的电路图；
图4是电压调整电路的电路图；
图5是主控制程序流程图；
图6是信号探测电路原理示意图；
图7是分析信号的示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种场地自行车速度测量装置，包括信号探测电路2、电源电路3、主控制器4、电压调整电路5、无线通讯模块6和存储模块7；所述信号探测电路2包括霍尔传感器602、磁铁601和信号处理单元，所述信号探测电路2设置在自行车链条603传动平面上，且霍尔传感器602位于磁铁601和自行车链条603之间，并通过固定机构1进行固定(可以通过螺母和固定环将其进行固定，也可通过固定夹将其进行固定，由于相类似可实现上述固定功能的固定方式都是本领域技术人员常用并公知的固定方式，所以在这里就不一一描述。)；因为自行车链条603的连接处为全铁质材料，在非连接处无铁质材料，所以利用磁铁601对自行车链条603连接处的磁力作用是霍尔传感器602感应产生类正弦信号(如图6所示)，所述信号处理单元将霍尔传感器传回的类正弦波信号转化为方波信号(处理过程如图7所示)；所述主控制器4通过ECT口接收信号探测电路2方波信号，并根据周期个数与自行车行驶路程的关系计算得出自行车的速度、行驶的路程；所述存储模块7用于存储上述自行车的速度、行驶的路程及当前用时的数据；所述无线通讯模块6用于将上述自行车的速度、行驶的路程及及当前用时传至上位机；所述电压调整电路5同电源电路3相连接为整个装置提供电源；所述信号探测电路2的I/O口同主控制器4ECT口相连接，所述主控制器4分别与无线通讯模块6和存储模块7相连接。其中信号处理单元为具有将类正弦信号进行滤波、放大并将其转化为方波信号的集成电路；主控制器4为内设有主控制程序的具有逻辑处理能力的微处理器(如：单片机、MCU、ARM等处理器，本实施例采用MC9S12单片机其电路结构如图2所示)。
为进一步说明该装置的工作原理，特进行如下描述：如图2所示的主控制器4的ECT口与图3所示的信号探测电路2的I/O口相连接，用于接收链条运动所产生的信号，该信号为一种具有周期性的方波信号，链条的运动速度越快，类正弦信号周期越短；相反链条的运动速度越慢，类正弦信号周期越长，即链条的运动速度与类正弦信号的周期成反比例关系，这就为自行车动力速度测量提供了很好的基础。当自行车产生动力速度即链条运动时，信号探测电路2接收到链条运动产生的正弦信号，信号探测电路2的I/O与图2所示的主控制器4的ECT口相连接，信号探测电路2将信号数据传送给主控制器4的ECT口。主控制器4对接收到的数据进行进一步分析和处理，主控制器4的I/O口与存储模块7相连接，主控制器4将分析所得的数据传送给存储模块7，由存储模块7存储。主控制器4的串行通信接口与无线通讯模块6的I/O口相连接，主控制器4将分析所得的数据传送给无线通讯模块6，由无线通讯模块6将该数据发送给上位机。如图4所示电源电路3为系统各部分提供稳压直流电源，总电源采用7.2V的电池供电，电压调整电路5中用保护电路保护系统电源，用电压调整芯片将电池的7.2V电压转换为5V电压，用以给主控制器4、信号探测电路2、无线通讯模块6供电。
如图5所示，所述的场地自行车速度测量系统的工作方法是：信号探测电路2采集车体的链条运动信号，经分析后传给主控制器4，主控制器4对信号进行分析与处理。具体步骤为：
第一步：信号探测电路2采集到链条运动产生的正弦信号。
第二步：对信号进行模拟滤波，滤除附加在信号中的大量干扰。
第三步：对滤波后的信号进行初步处理，将采集到的模拟信号中的直流分量滤除。
第四步：将滤去直流分量的模拟信号放大，采用过零比较的方法将其转化成方波信号。
第五步：通过主控制器4的I/O口使能无线通讯模块6，使其进入准备工作状态。
第六步：主控制器4接收到方波信号，通过ECT口对方波信号进行捕获。
第七步：对采集到的方波信号进行分析、处理。由于最初采集到的信号为正弦信号，正弦信号的周期大小与自行车的速度相对应，周期个数与自行车的行驶路程相对应。由于，由正弦信号所得到的方波信号在周期上具有一致性。所以，通过分析方波信号的周期大小，即可计算场地自行车当前时刻的行驶速度；通过分析方波信号的周期个数，即可计算场地自行车达到当前速度所行驶过的路程。
第八步：主控制器4将分析得到的速度、路程和当前用时传送给存储模块7存储。
第九步：主控制器4控制无线通讯模块6将分析得到的速度、路程和当前用时传至上位机。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种场地自行车速度测量装置，其特征在于包括信号探测电路(2)、电源电路(3)、主控制器(4)、电压调整电路(5)、无线通讯模块(6)和存储模块(7)；
所述信号探测电路(2)包括霍尔传感器、磁铁和信号处理单元，所述信号探测电路(2)设置在自行车链条传动平面上，且霍尔传感器位于磁铁和自行车链条之间，感应磁铁对自行车链条连接处的磁力作用，而产生类正弦信号，所述信号处理单元将霍尔传感器传回的类正弦波信号转化为方波信号；
所述主控制器(4)通过ECT口接收信号探测电路(2)方波信号，并根据周期个数与自行车行驶路程的关系计算得出自行车的速度、行驶的路程；
所述存储模块(7)用于存储上述自行车的速度、行驶的路程及当前用时的数据；
所述无线通讯模块(6)用于将上述自行车的速度、行驶的路程及当前用时传至上位机；
所述电压调整电路(5)同电源电路(3)相连接为整个装置提供电源；
所述信号探测电路(2)的I/O口同主控制器(4)ECT口相连接，所述主控制器(4)分别与无线通讯模块(6)和存储模块(7)相连接。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述主控制器(4)的控制器为MC9S12单片机。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述信号探测电路(2)的核心器件是霍尔传感器。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述电压调整电路(5)包括电压调整芯片和保护电路。
5.一种根据权利要求1所述测量装置的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：通过信号探测电路(2)中的霍尔传感器采集到自行车链条运动产生的正弦信号，并将其转化成方波信号；
第二步：通过主控制器(4)的I/O口使能无线通讯模块(6)，使其进入准备工作状态；
第三步：主控制器(4)接收到方波信号，通过ECT口对方波信号进行捕获；
第四步：然后主控制器(4)对采集到的方波信号进行分析、处理；根据最初采集到正弦信号的周期大小与自行车的速度相对应，周期个数与自行车的行驶路程相对应，对方波信号的周期大小进行分析，以计算场地自行车当前时刻的行驶速度；通过分析方波信号的周期个数，以计算场地自行车达到当前速度所行驶过的路程；
第五步：主控制器(4)将分析得到的速度、路程和当前用时传送给存储模块(7)存储；
第六步：主控制器(4)控制无线通讯模块(6)将分析得到的速度、路程和当前用时传至上位机。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于所述第一步还包括对信号进行模拟滤波，滤除附加在信号中的大量干扰；对滤波后的信号进行初步处理，将采集到的模拟信号中的直流分量滤除；及将滤去直流分量的模拟信号放大，采用过零比较的方法将其转化成方波信号的步骤。
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