[發明專利]一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路及方法

有效

• 申請號: 201710104516.4
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106787250B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 張龍
• 申請（專利權）人: 南京拓科電子有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;G08C17/02;B62M6/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 竇賢宇

1.一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路，用于檢測外部信號傳遞給控制系統，或將控制系統發來的指令信號傳遞給執行部件，其特征在于，該電路包括：

一速度/方向傳感器模塊，用于采集速度和方向信號；

一速度檢測部件，用于檢測速度數據；

一旋轉電路模塊，采集外部信號；包括：

一感應線圈L3，與所述感應線圈L1耦接；

一功率諧振回路，與感應線圈L3并聯，將感應線圈L3接受到的感應線圈L1發送出來的電磁波能量最大化；

一整流回路，輸入端接功率諧振回路的輸出端，輸出端接一單向回路的輸入端，所述單向回路的輸出端接一濾波回路的輸入端，所述濾波回路的輸出端接一穩壓回路，穩壓回路為應變信號采集回路、應變信號放大回路和電壓轉頻率回路提供供電電壓；

所述應變信號采集回路采集外部信號，輸出端接應變信號放大回路的輸入端，所述應變信號放大電路的輸出端接電壓轉頻率回路的輸入端，所述電壓轉頻率回路的輸出端接信號調制輸出回路的輸入端，所述信號調制輸出回路的另一端接負載電阻R1，負載電阻R1的另一端連接所述整流回路與單向回路的接點；

一靜止電路模塊，耦接所述旋轉電路模塊，可以向旋轉電路提供電能；靜止電路模塊包括：

一直流電源，為靜止電路模塊的各個回路提供直流電；

一時鐘信號發生回路，由直流電源供電，輸出端接一功率放大回路的輸入端；

所述功率放大回路，由直流電源供電，輸出端接一感應線圈L1，感應線圈L1的另一端接一電容C1的正極，電容C1的負極接地；

一信號檢波回路，由直流電源供電，輸入端連接到感應線圈L1與電容C1的接點，輸出端接一低通濾波回路的輸入端；

所述低通濾波回路，由直流電源供電，輸出端接一信號整形放大回路的輸入端；

所述信號整形放大回路，由直流電源供電，輸出端連接MCU；

所述靜止電路模塊與旋轉電路模塊可相互傳遞多路信號。

2.根據權利要求1所述的一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路，其特征在于，所述功率放大回路包括三極管，所述信號檢波回路包括二極管。

3.根據權利要求1所述的一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路，其特征在于，所述整流回路為單相半波整流電路。

4.根據權利要求1所述的一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路，其特征在于，所述信號調制輸出回路包括三極管T1，所述電壓轉頻率回路的輸出端通過一電阻R2連接三極管T1的基極，三極管T1的集電極接負載電阻R1，三極管T1的發射極接地。

5.根據權利要求1所述的一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路，其特征在于，所述外部信號是由旋轉軸的力矩變化引起的電阻應變傳感器的微弱變化；

所述應變信號采集回路采集所述電阻應變傳感器的微弱變化，并輸出第一應變信號；

所述應變信號放大回路將第一應變信號按照設定比例放大，并輸出第二應變信號；

所述電壓轉頻率回路將第二應變信號按照設定比例轉換成與第二應變信號成線性比例的方波信號輸出；

所述方波信號通過三極管T1的開關作用控制電阻R1的導通，拉低所述整流回路的輸出電壓，導致負載加重；

負載加重引起整流回路、功率諧振回路和感應線圈L3的電流變化，使得感應線圈L1中產生耦合電流，進而通過電容C1和功率放大回路引起直流電源的供電功率的變化，實現調制信號的傳遞。

6.根據權利要求5所述的一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路，其特征在于，電容C1兩端的電壓波形被調制成數據包絡形式；所述數據包絡由所述信號檢波回路整流檢波后，經過低通濾波回路輸出與調制信號完全同步變化的微弱變化，再經過信號整形放大回路處理還原成調制信號輸出給MCU。

7.一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制方法，其特征在于，該信號檢測調制方法基于一種電動助力自行車腳蹬力信號檢測調制電路實現，車用信號檢測調制電路包括：靜止電路模塊和旋轉電路模塊；

靜止電路模塊：該靜止電路模塊包括直流電源，時鐘信號發生回路，功率放大回路，信號檢波回路，低通濾波回路，信號整形放大回路，第一感應線圈L1和電容C1；其中，直流電源分別連接時鐘信號發生回路，功率放大回路，信號檢波回路，低通濾波回路和信號整形放大回路的電源端；時鐘信號發生回路的輸出端連接功率放大回路的輸入端，功率放大回路的輸出端連接第一感應線圈L1的一端，第一感應線圈L1的另一端連接電容C1的正極，電容C1的負極接地；信號檢波回路的輸入端連接到第一感應線圈L1與電容C1的接點，輸出端連接低通濾波回路的輸入端，低通濾波回路的輸出端連接信號整形放大回路的輸入端，信號整形放大回路的輸出端連接到MCU；

旋轉電路模塊：該旋轉電路模塊包括第二感應線圈L3，功率諧振回路，整流回路，單向回路，濾波回路，穩壓回路，應變信號采集回路，應變信號放大回路，電壓轉頻率回路，信號調制輸出回路，第一電阻R1和基極電阻；所述信號調制輸出回路包括三極管T1；其中，第二感應線圈L3與功率諧振回路并聯連接，功率諧振回路的輸出端連接整流回路的輸入端，整流回路的輸出端連接單向回路的輸入端，單向回路的輸出端連接濾波回路的輸入端，濾波回路的輸出端連接穩壓回路的輸入端，穩壓回路的輸出端分別連接應變信號采集回路，應變信號放大回路和電壓轉頻率回路的電源端；應變信號采集回路的輸出端連接應變信號放大回路的輸入端，應變信號放大回路的輸出端連接電壓轉頻率回路的輸入端，電壓轉頻率回路的輸出端連接基極電阻的一端，基極電阻的另一端連接三極管T1的基極，三極管T1的發射極接地，三極管T1的集電極連接第一電阻R1的一端，第一電阻R1的另一端連接整流回路與單向回路的接點；所述靜止電路模塊的第一感應線圈L1與所述旋轉電路模塊的第二感應線圈L3耦接；

上述信號檢測方法為：

靜止電路模塊通過第一感應線圈L1與第二感應線圈L3的耦合為旋轉電路模塊提供電能；所述靜止電路模塊的時鐘信號發生回路產生的時鐘信號，經功率放大回路放大輸出功率信號，放大后的功率信號經過第一感應線圈L1和電容C后引起第一感應線圈L1產生感應磁場，同時電容C1貯存電能；

所述旋轉電路模塊的第二感應線圈L3在所述第一感應線圈L1產生的感應磁場中旋轉，第二感應線圈L3兩端產生感應電動勢，并產生感應交變電流，感應交變電流經過功率諧振回路使電能最大化，然后輸入整流回路，整流回路將交變電流轉換成脈沖直流電并輸出；整流回路輸出的脈沖直流電一路經單向回路輸入到濾波回路，濾波回路將脈沖直流電進行濾波和儲能，濾波后的直流電輸入穩壓回路，穩壓回路輸出的高穩定度和低紋波變化的工作電源分別輸入到應變信號采集回路，應變信號放大回路，電壓轉頻率回路的電源端；

旋轉電路模塊通過第二感應線圈L3與第一感應線圈L1的耦合將調制信號和能量信號傳遞給靜止電路模塊；

所述應變信號采集回路采集應變信號，并將應變信號輸出給應變信號放大回路，應變信號放大回路將應變信號按預定比例放大，并將放大后的應變信號輸出給電壓轉頻率回路，電壓轉頻率回路將放大后的應變信號按預定比例轉換成與應變信號成線性比例的方波信號經基極電阻輸出到三極管T1的基極，三極管T1的發射極連接數字地；

當方波信號的高電平輸入到三極管T1的基極時，三極管T1處于關斷狀態，集電極第一電阻R1不導通；

當方波信號的低電平輸入到三極管T1的基極時，三極管T1導通，集電極第一電阻R1導通，拉低了整流回路的輸出電壓，負載加重，引起整流回路，功率諧振回路和第二感應線圈L3中的電流發生變化，即輸出調制信號；所述第二感應線圈L3中變化的電流引起第一感應線圈L1中電流變化，電容C1兩端電壓發生變化，從而引起功率放大回路中電流變化，最終引起直流電源的供電功率發生變化；同時，

電容C1兩端的變化電壓輸入到信號檢波回路，信號檢波回路將接收到的變化電壓進行整流檢波后，輸出給低通濾波回路，低通濾波回路將高頻部分濾波處理后得到與調制信號完全同步變化的信號，并輸出給信號整形放大回路，信號整形放大回路對接收到的信號進行整形和放大處理還原成調制信號，并輸出給控制系統MCU。