本實(shí)用新型屬于自行車的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自發(fā)電的自行車行駛狀態(tài)采集裝置。

背景技術(shù)：

我國是自行車大國，隨著人們生活水平的不斷提高，自行車已經(jīng)不僅僅是人們?nèi)粘Ｉ钪械拇焦ぞ?，而是變?yōu)樾蓍e、健身、娛樂的工具，越來越多的自行車俱樂部的開始出現(xiàn)，在這一背景下，人們對(duì)于自行車的需求不單單只是性能的提高，其輔助功能也變得越來越重要，自行車?yán)锍瘫碜鳛樽孕嘘惖囊淮筝o助工具迅速發(fā)展起來；自行車?yán)锍瘫砜梢杂?jì)算出速度、行駛里程數(shù)等特征，可以及時(shí)提醒運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在現(xiàn)有技術(shù)中，自行車?yán)锍瘫泶蠖噙€是使用純電子電路實(shí)現(xiàn)自行車?yán)锍瘫淼墓δ?，然而純電子電路雖然在功能上均能夠?qū)崿F(xiàn)，但是電路構(gòu)造復(fù)雜，用到很多的電子集成塊，需要定時(shí)更換供電電源，成本造價(jià)高，且使用純電子電路不能進(jìn)行小數(shù)的計(jì)算，誤差大，顯示行駛狀態(tài)的精度低。此外，現(xiàn)有的自行車?yán)锍瘫淼男盘?hào)采集裝置往往安裝于自行車車輪輪緣處，在自行車形式過程中很容易造成損壞，或者被地面上的干擾物干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服現(xiàn)有自行車?yán)锍瘫黼娐方Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、需定時(shí)更換電源導(dǎo)致的成本造價(jià)高，以及純電子電路計(jì)算誤差大，顯示行駛狀態(tài)的精度低的問題，提供一種自發(fā)電的自行車行駛狀態(tài)采集裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種自發(fā)電的自行車行駛狀態(tài)采集裝置，包括自行車本體、信號(hào)采集裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、可編程控制器、警告裝置、顯示裝置、鍵盤以及電源；

所述信號(hào)采集裝置安裝于所述自行車本體的前叉內(nèi)側(cè)，所述信號(hào)采集裝置與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器計(jì)算自行車本體的各個(gè)行駛狀態(tài)，所述可編程控制器分別與所述警告裝置、顯示裝置以及鍵盤連接，所述電源為整個(gè)裝置供電；

所述電源采用穩(wěn)壓電源，所述電源與可充電電池以及發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)安裝于所述自行車本體的車輪輪轂處。

所述自行車本體的行駛狀態(tài)包括累計(jì)行駛里程數(shù)，累計(jì)行駛時(shí)間，單次行駛里程數(shù)，單次行駛時(shí)間，行駛速度與行駛加速度。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)采集裝置與濾波電路連接，所述濾波電路與放大電路連接，所述放大電路與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，所述濾波電路將信號(hào)采集裝置產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波處理，將濾波處理后的信號(hào)傳輸至所述放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，將濾波放大后的脈沖信號(hào)傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)采集裝置采用紅外感應(yīng)元件，所述紅外感應(yīng)元件安裝于所述自行車本體的前叉內(nèi)側(cè)，所述紅外感應(yīng)元件及所述自行車本體的車輪外部包裹遮光材料，當(dāng)所述自行車本體的前車輪的每個(gè)車條經(jīng)過前叉內(nèi)側(cè)的所述紅外感應(yīng)元件，所述紅外感應(yīng)元件產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，n+1條車條(共n條)經(jīng)過所述紅外感應(yīng)元件，所述紅外感應(yīng)元件產(chǎn)生n+1個(gè)脈沖信號(hào)，表示所述自行車本體的所述車輛轉(zhuǎn)一圈。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)采集裝置包括第一信號(hào)采集裝置與第二信號(hào)采集裝置，所述第一信號(hào)采集裝置采用磁鐵，所述磁鐵安裝于所述自行車本體的前車輪的一條車條側(cè)面，所述第二信號(hào)采集裝置采用霍爾傳感器，所述霍爾傳感器安裝于所述自行車本體的前叉上與所述第一信號(hào)采集裝置對(duì)應(yīng)的位置；通過霍爾傳感器與磁鐵采集車輪旋轉(zhuǎn)情況轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述警告裝置包括蜂鳴器和發(fā)光二極管，當(dāng)所述可編程控制器判斷車速大于 20KM/H時(shí)分別向所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管發(fā)送電平信號(hào)控制所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管工作，當(dāng)所述可編程控制器判斷車速小于20KM/H時(shí)向所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管發(fā)送電平信號(hào)控制所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管停止報(bào)警。

進(jìn)一步的，所述可編程控制器與存儲(chǔ)器連接，所述可編程控制器將計(jì)算出的所述自行車本體的行駛狀態(tài)存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器。

進(jìn)一步的，所述電源包括橋式整流電路、濾波電路與集成式穩(wěn)壓器，所述整流電路與所述濾波電路連接，所述濾波電路與所述集成式穩(wěn)壓器連接。

進(jìn)一步的，所述發(fā)電機(jī)采用輪轂發(fā)電機(jī)，所述可充電電池安裝于所述自行車本體的車把中央，所述輪轂發(fā)電機(jī)與所述電源中的整流電路連接，所述電源中的濾波電路與充放電開關(guān)連接，充放電開關(guān)與限流電阻以及所述可充電電池連接，充放電開關(guān)與所述集成式穩(wěn)壓器連接，所述集成式穩(wěn)壓器與所述可編程控制器連接。

進(jìn)一步的，所述可充電電池采用鎳鎘電池。

進(jìn)一步的，所述鍵盤與所述顯示裝置采用鍵盤顯示板，所述鍵盤顯示板通過通用接口芯片與所述可編程控制器的總線連接，所述鍵盤顯示板包括多個(gè)LED數(shù)碼管與多個(gè)按鍵。

進(jìn)一步的，所述可編程控制器采用單片機(jī)，所述存儲(chǔ)器為非易失性靜態(tài)存儲(chǔ)器。

本實(shí)用新型的原理為：

本實(shí)用新型提供一種自發(fā)電的自行車行駛狀態(tài)采集裝置，所述信號(hào)采集裝置將車輪的旋轉(zhuǎn)情況轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，所述脈沖信號(hào)經(jīng)過濾波電路的濾波消除干擾信號(hào)，再經(jīng)過放大電路將濾波后脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將濾波放大后的脈沖信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至單片機(jī)，所述單片機(jī)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，得出自行車的行駛狀態(tài)信息，并且將計(jì)算出的行駛狀態(tài)信息存儲(chǔ)至所述存儲(chǔ)器，方便計(jì)算時(shí)調(diào)用。單片機(jī)將計(jì)算分析出的自行車行駛狀態(tài)通過鍵盤顯示板進(jìn)行顯示，所述鍵盤用于切換各個(gè)自行車行駛狀態(tài)。同時(shí)，在所述可編程控制器判斷車速大于20KM/H時(shí)分別向所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管發(fā)送電平信號(hào)控制所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管工作，當(dāng)所述可編程控制器判斷車速小于 20KM/H時(shí)向所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管發(fā)送電平信號(hào)控制所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管停止報(bào)警。

本實(shí)用新型由于采用了上述技術(shù)，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的積極有益的效果為：

(1)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，可以方便的采集、顯示自行車行駛狀態(tài)信息，使用可編程元件，相比于純電子電路實(shí)現(xiàn)的自行車?yán)锍瘫硎褂迷骷?，?jì)算精度高，制造成本低；

(2)本實(shí)用新型的電源部分采用了橋式整流、低通濾波、輪轂發(fā)電機(jī)和可連續(xù)充電的充電電池以及穩(wěn)壓器，在額定負(fù)載下有很好的直流穩(wěn)壓輸出，保證了本實(shí)用新型的正常使用，在行駛過程中同時(shí)對(duì)備用的可充電電池進(jìn)行充電，充分利用自行車的機(jī)械能，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?jié)能環(huán)保，使用成本降低，同時(shí)避免了現(xiàn)有自行車?yán)锍瘫硪〞r(shí)更換電池的問題；

(3)本實(shí)用新型的所述鍵盤顯示板與所述單片機(jī)之間的連接采用通用鍵盤/顯示接口芯片，能數(shù)據(jù)總線直接聯(lián)接，不占用CPU空間，自動(dòng)完成掃描顯示，編程方便；非易失性靜態(tài)存儲(chǔ)器的采用更好的實(shí)現(xiàn)累計(jì)行駛里程數(shù)與累計(jì)行駛時(shí)間的存儲(chǔ)；

(4)本實(shí)用新型的信號(hào)采集裝置安裝于所述自行車本體的前叉內(nèi)側(cè)，或所述自行車本體的前叉內(nèi)側(cè)以及與其對(duì)應(yīng)的前車輪車條上，有效避免了車輪在地面上滾動(dòng)對(duì)信號(hào)采集裝置的干擾或破壞，提高了信號(hào)采集裝置采集信號(hào)的準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

一種自發(fā)電的自行車行駛狀態(tài)采集裝置，包括自行車本體、信號(hào)采集裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、可編程控制器、警告裝置、顯示裝置、鍵盤以及電源；所述信號(hào)采集裝置安裝于所述自行車本體的車輪輪緣處，所述信號(hào)采集裝置與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器計(jì)算自行車本體的各個(gè)行駛狀態(tài)，所述可編程控制器分別與所述警告裝置、顯示裝置以及鍵盤連接，所述電源為整個(gè)裝置供電；所述電源采用穩(wěn)壓電源，所述電源與可充電電池以及發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)安裝于所述自行車本體的車輪輪轂處。

所述自行車本體的行駛狀態(tài)包括累計(jì)行駛里程數(shù)，累計(jì)行駛時(shí)間，單次行駛里程數(shù)，單次行駛時(shí)間，行駛速度與行駛加速度。

可編程控制器：

本實(shí)用新型采用8031單片機(jī)，所述8031單片機(jī)連接片外EEPROM以及不掉電的RAM，所述8031單片機(jī)用于計(jì)算所述自行車本體的行駛狀態(tài)，所述自行車本體的行駛狀態(tài)包括累計(jì)行駛里程數(shù)，累計(jì)行駛時(shí)間，單次行駛里程數(shù)，單次行駛時(shí)間，行駛速度與行駛加速度。所述8031與AT28C64B(EEPROM)和GL2464非易失性靜態(tài)存儲(chǔ)器連接，GL2464非易失性靜態(tài)存儲(chǔ)器的管腳同時(shí)兼容2864EEPROM，能夠較好地實(shí)現(xiàn)累計(jì)里程與時(shí)間的存儲(chǔ)。

電源部分：

所述電源包括橋式整流電路、濾波電路與集成式穩(wěn)壓器，所述整流電路與所述濾波電路連接，所述濾波電路與所述集成式穩(wěn)壓器連接。所述集成式穩(wěn)壓器采用三端集成穩(wěn)壓器，三端集成穩(wěn)壓器的使用十分方便，應(yīng)用時(shí)，只要從產(chǎn)品手冊(cè)中查到其有關(guān)參數(shù)和指標(biāo)及外型尺寸再配上適當(dāng)?shù)纳崞涂梢园葱枰映煞€(wěn)壓電源。

所述電源與可充電電池以及發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)采用輪轂發(fā)電機(jī)，所述可充電電池安裝于所述自行車本體的車把中央，所述輪轂發(fā)電機(jī)與所述電源中的整流電路連接，所述電源中的濾波電路與所述充放電開關(guān)連接，所述充放電開關(guān)與限流電阻以及所述可充電電池連接，所述充放電開關(guān)與所述集成式穩(wěn)壓器連接，所述集成式穩(wěn)壓器與所述可編程控制器連接。所述可充電電池采用鎳鎘電池?？沙潆婋姵匾约鞍l(fā)電機(jī)使整個(gè)電源在自行車行進(jìn)過程中可以連續(xù)供電。

警告裝置：

所述警告裝置包括蜂鳴器和發(fā)光二極管，當(dāng)所述可編程控制器判斷車速大于20KM/H時(shí)分別向所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管發(fā)送電平信號(hào)控制所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管工作，當(dāng)所述可編程控制器判斷車速小于20KM/H時(shí)向所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管發(fā)送電平信號(hào)控制所述蜂鳴器以及所述發(fā)光二極管停止報(bào)警。

顯示裝置與鍵盤：

所述鍵盤與所述顯示裝置采用8279鍵盤顯示板，所述鍵盤顯示板通過通用接口芯片與所述可編程控制器的總線連接，不占用CPU空間，自動(dòng)完成掃描顯示，編程方便。通用鍵盤顯示板上配備了8位LED數(shù)碼管，20個(gè)鍵，其中一個(gè)是復(fù)位鍵，其余的鍵經(jīng)過自定義分別為各顯示的轉(zhuǎn)換和每次記里程的結(jié)束鍵，其余設(shè)置不用。其工作電源位+5V，0.4A，在編程中使用了8位LED顯示，雙鍵鎖定，10分頻的狀態(tài)。

信號(hào)采集裝置：

所述信號(hào)采集裝置采用霍爾傳感器，所述霍爾傳感器是一種電磁傳感器，所述信號(hào)采集裝置包括第一信號(hào)采集裝置與第二信號(hào)采集裝置，所述第一信號(hào)采集裝置采用磁鐵，所述磁鐵安裝于所述自行車本體的前車輪的一條車條側(cè)面，所述第二信號(hào)采集裝置采用霍爾傳感器，所述霍爾傳感器安裝于所述自行車本體的前叉上與所述第一信號(hào)采集裝置對(duì)應(yīng)的位置；通過霍爾傳感器與磁鐵采集車輪旋轉(zhuǎn)情況轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)。所述信號(hào)采集裝置與濾波電路連接，所述濾波電路與放大電路連接，所述放大電路與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，所述濾波電路將信號(hào)采集裝置產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波處理，將濾波處理后的信號(hào)傳輸至所述放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，將濾波放大后的脈沖信號(hào)傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字信號(hào)送入8031單片機(jī)外部中斷INT1進(jìn)行處理，由8031單片機(jī)和8279鍵盤顯示板分頻獲得100HZ的信號(hào)控制內(nèi)部定時(shí)器中斷T0，80316MHZ的晶振產(chǎn)生的機(jī)器周期為2us, 我們?cè)O(shè)定的產(chǎn)生中斷的周期為0.05s。

本實(shí)用新型的單片機(jī)內(nèi)的計(jì)算原理為：

單片機(jī)8031外接外部中斷INT1，內(nèi)設(shè)內(nèi)部中斷TO，分別存放計(jì)里程和計(jì)時(shí)間程序，8279 鍵盤顯示板掃描鍵盤，判斷是否有見按下，若無鍵按下，就顯示里程，若有鍵按下就去執(zhí)行功能鍵判斷程序，進(jìn)行功能鍵的散轉(zhuǎn)。功能鍵可以實(shí)現(xiàn)輪流和選擇顯示累計(jì)行駛里程數(shù)，累計(jì)行駛時(shí)間，單次行駛里程數(shù)，單次行駛時(shí)間，行駛速度與行駛加速度，其中行駛速度又分為平均速度，最大速度與最小速度。

在計(jì)算當(dāng)前平均速度時(shí)，先按下相應(yīng)的功能鍵，在顯示之前進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用累計(jì)行駛里程數(shù)除以累計(jì)行駛時(shí)間，得到m/s的速度乘以參數(shù)轉(zhuǎn)換成km./h顯示。，由于采用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，在將時(shí)間和距離由整數(shù)轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)時(shí)會(huì)舍掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)，但因舍掉部分的數(shù)量級(jí)與所取部分的數(shù)量級(jí)相差10的2次冪，對(duì)平均速度影響不大，誤差應(yīng)在2％以內(nèi)。

在比較最大速度和最小速度時(shí)，以0.05s的時(shí)間間隔取速，在計(jì)第二個(gè)脈沖之前將速度送至存放最大速度的單元，從最小時(shí)間間隔取速，有比Vmax大的V放入Vmin中，小于Vmax 比較，若比Vmin小，則放入Vmin的存儲(chǔ)器，否則，舍棄該V。

在求加速度時(shí)，a＝(Vt-V0)/t，為了計(jì)算簡便，則取t＝1s，取出當(dāng)前Vt與前一秒速度V0 相減則為當(dāng)前時(shí)刻加速度，并隨時(shí)與前一次的加速度相比較，若大于上次a，則覆蓋前一次的值，在所有計(jì)算中，距離均以m為最小單位，時(shí)間則以s為單位，所以在輸出時(shí)須將速度 (或加速度)轉(zhuǎn)化成km/h(km/h*h)才能輸出，因每次調(diào)用運(yùn)算程序，會(huì)出現(xiàn)一次誤差，但其是在允許誤差范圍以內(nèi)的，故采用本程序控制。

誤差分析：在測速部分求最大最小速度，由于霍爾傳感器感應(yīng)片之間的間距較大，為s＝2* лr/k在取瞬時(shí)速度時(shí)，會(huì)造成一定誤差，但由于每秒測距離的差額正負(fù)機(jī)率相等，故在勻速時(shí)取里程的增加值為速度，誤差小于2％。

在計(jì)算里程部分，采用浮點(diǎn)數(shù)加滿溢出向下一數(shù)量進(jìn)位的方法，由于加的s的最小單位可精確到毫米，所以記里程的誤差應(yīng)在0.5％左右，滿足精度要求。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上將信號(hào)采集裝置中的霍爾傳感器更換為紅外感應(yīng)元件，去掉所述磁鐵；所述信號(hào)采集裝置采用紅外感應(yīng)元件，所述信號(hào)采集裝置采用紅外感應(yīng)元件，所述紅外感應(yīng)元件安裝于所述自行車本體的前叉內(nèi)側(cè)，為了避免所述紅外傳感器在強(qiáng)光照射下有可能不工作的情況，所述紅外感應(yīng)元件及所述自行車本體的車輪外部包裹遮光材料，當(dāng)所述自行車本體的前車輪的每個(gè)車條經(jīng)過前叉內(nèi)側(cè)的所述紅外感應(yīng)元件，所述紅外感應(yīng)元件產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，n+1條車條(共n條)經(jīng)過所述紅外感應(yīng)元件，所述紅外感應(yīng)元件產(chǎn)生n+1個(gè)脈沖信號(hào)，表示所述自行車本體的所述車輛轉(zhuǎn)一圈。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。