[發明專利]一種輸入電壓可調節的智能騎行臺控制系統

有效

• 申請號: 201810964266.6
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109224398B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 歐林林;張強;禹鑫燚;陸文祥;馮遠靜;王煦焱;范振雍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A63B24/00
• 分類號: A63B24/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種輸入電壓可調節的智能騎行臺控制系統，其特征在于：包括：電源調節模塊、MCU微控單元、無線通訊模塊、速度采集模塊、ADC轉換模塊、磁阻控制模塊；

電源調節模塊：電源調節模塊與MCU微控單元、無線通訊模塊、速度采集模塊、ADC轉換模塊、磁阻控制模塊相連接；電源調節模塊的輸入電壓一方面為磁阻控制模塊提供電磁感應效應的電壓，另一方面為ADC轉換模塊提供ADC轉換的模擬電壓值；電源調節模塊通過模塊內的可調電位器對系統輸入電壓進行調節，電源調節模塊通過對系統的輸入電壓進行降壓電路降壓后為MCU微控單元、無線通訊模塊、速度采集模塊、提供驅動電壓，并為磁阻控制模塊提供PWM控制電壓；

MCU微控單元：MCU微控單元與電源調節模塊、無線通訊模塊、速度采集模塊、ADC轉換模塊、磁阻控制模塊相連接；MCU微控單元接收來自無線通訊模塊的系統控制信息，接收速度采集模塊的速度脈沖信號并進行速度值計算和功率擬合，MCU微控單元向無線通訊模塊發送信息；MCU微控單元接收來自ADC轉換模塊的數字電壓信號，并使用經過ADC轉化模塊得到的數字信號電壓值作為功率反饋調節的參數，通過MCU微控單元處理后獲得在不同輸入電壓情況下對應的相對精確的騎行臺最終功率值；

無線通訊模塊：無線通訊模塊與電源調節模塊和MCU微控單元相連接，無線通訊模塊通過電源調節模塊的降壓電路降壓后為其提供驅動電壓，同時無線通訊模塊通過其支持的無線通信協議實現與外部設備的無線連接；無線通訊模塊接收來自外部相同無線通訊協議無線設備的控制信息，將接收到的控制信息發送至MCU微控單元；無線通訊模塊接收經過MCU微控單元處理后的數據，并將經過MCU微控單元處理后的數據通過無線通訊模塊將數據傳輸給外部設備；

速度采集模塊：速度采集模塊連接MCU微控單元，速度采集模塊通過速度傳感器采集速度脈沖信號，將采集到的速度脈沖信號發送至MCU微控單元；

ADC轉換模塊：ADC轉換模塊與電源調節模塊、MCU微控單元相連接，ADC轉換模塊的輸入電壓為經過電源調節模塊調節后的電壓；ADC轉換模塊的驅動電壓為電源調節模塊經過降壓電路降壓后的電壓；

磁阻控制模塊：磁阻控制模塊與電源調節模塊、MCU微控單元以及騎行臺的電磁鐵線圈相連接；磁阻控制模塊的電磁感應效應電壓為電源調節模塊的輸入電壓，磁阻控制模塊的驅動電壓為經過電源調節模塊中降壓電路降壓后的電壓；磁阻控制模塊接收來自MCU微控單元的PWM控制信息，實現磁阻大小的調節；

所述的一種輸入電壓可調節的智能騎行臺控制系統其電源調節模塊輸入電壓不小于5V，并且不大于行業規定的人體安全電壓36V；通過電源調節模塊中的可調電位器實現對系統輸入電壓大小的調節，輸入電壓大小不同則導致磁阻控制模塊輸出的磁阻大小存在較大差異，通過電源調節模塊中的可調電位器可以使智能騎行臺自動變成大功率騎行臺，也可以使騎行臺自動變成小功率騎行臺；

所述的無線通訊模塊根據用戶所使用的騎行軟件所支持的藍牙通信協議、ANT+通信協議進行無線通訊模塊的更換，使智能騎行臺支持多種形式的無線通訊功能，并且只需要簡單的更換無線通訊模塊，便可以實現與不同的騎行軟件進行通信；

所述的速度采集模塊將采集到的速度脈沖發送至MCU微控單元，由MCU微控單元接收脈沖信號，并通過速度計算公式計算出實時速度值；將計算出的速度值進行擬合從而獲得擬合后的騎行臺騎行時的功率值；再根據ADC轉換模塊將系統輸入電壓從模擬信號電壓值轉換成數字信號電壓值，MCU微控單元以ADC轉換模塊獲得的數字電壓值的大小對功率進行補償；其中進行功率擬合時的功率數據是通過多次試驗利用速度傳感器和功率傳感器在輸入電壓為36V的情況下進行測試獲得；所述的速度計算公式、功率擬合公式以及功率補償公式如下：

1 .1)MCU微控單元計算的速度值為S，圓周率π，騎行臺磁阻控制模塊的半徑r，MCU微控單元每次捕獲來自速度采集模塊相鄰的兩次脈沖所需要的時間值t，該時間t是由MCU微控單元內部定時器中斷給出，功率擬合值為P₀，功率擬合公式的擬合參數為a、b、c、d、e，其中a、b、c、d、e為通過速度傳感器和功率傳感器在系統輸入電壓為36V的情況下進行多組測試后，獲得的多組速度值和功率值，利用matlab軟件對速度值和功率值進行線性擬合，得到的擬合方程中的各項系數；

MCU微控單元通過對電源調節模塊調節后的電壓進行ADC轉換，將系統輸入電壓從模擬信號轉換成數字信號電壓值V₀，MCU微控單元以ADC轉換模塊獲得的輸入電壓值得大小對功率進行補償其補償系數為k，補償后的功率值為P₁；

1 .2)MCU微控單元捕獲到相鄰兩次速度脈沖后，通過以下公式計算出騎行臺實時騎行的速度：

S＝2πr/t (1-1)

1 .3)MCU微控單元通過速度計算公式(1-1)計算出騎行臺實時騎行速度值S，并通過速度傳感器和功率傳感器在系統輸入電壓為36V的情況下進行多組測試后，獲得的多組速度值和功率值之后，再使用matlab軟件對速度值和功率值進行線性擬合，得到的擬合方程如下所示，其中的各項系數a、b、c、d、e為matlab軟件經過對速度和功率值進行線性擬合后獲得，從而得到騎行的功率擬合值P₀，其功率擬合后的計算公式如下：

P₀＝aS⁴+bS³+cS²+dS+e (1-2)

1 .4)MCU微控單元通過將電源調節模塊調節后的電壓經過ADC轉換模塊將電壓從模擬信號轉換成數字信號，根據轉換后的數字信號電壓值對擬合功率值進行補償，其補償系數為 k ,36為系統進行功率擬合獲得功率擬合公式時的電壓值，V₀為系統經過電源調節模塊調節后的電壓值，補償系數k的計算公式如下：

k＝V₀/36 (1-3)

MCU微控單元根據獲得的補償系數k，通過功率補償公式得到補償后的功率值P₁，功率補償公式如下：

P₁＝kP₀ (1-4)

通過速度計算公式(1-1)計算出的實時速度，通過無線通訊模塊進行無線傳輸；結合功率擬合公式(1-2)、補償系數k的計算公式(1-3)和功率補償公式(1-4)計算出補償后的功率值P₁，再通過無線通訊模塊進行無線傳輸。