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专利号: 2018109642666
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 运动;游戏;娱乐活动
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统,其特征在于:包括:电源调节模块、MCU微控单元、无线通讯模块、速度采集模块、ADC转换模块、磁阻控制模块;

电源调节模块:电源调节模块与MCU微控单元、无线通讯模块、速度采集模块、ADC转换模块、磁阻控制模块相连接;电源调节模块的输入电压一方面为磁阻控制模块提供电磁感应效应的电压,另一方面为ADC转换模块提供ADC转换的模拟电压值;电源调节模块通过模块内的可调电位器对系统输入电压进行调节,电源调节模块通过对系统的输入电压进行降压电路降压后为MCU微控单元、无线通讯模块、速度采集模块、提供驱动电压,并为磁阻控制模块提供PWM控制电压;

MCU微控单元:MCU微控单元与电源调节模块、无线通讯模块、速度采集模块、ADC转换模块、磁阻控制模块相连接;MCU微控单元接收来自无线通讯模块的系统控制信息,接收速度采集模块的速度脉冲信号并进行速度值计算和功率拟合,MCU微控单元向无线通讯模块发送信息;MCU微控单元接收来自ADC转换模块的数字电压信号,并使用经过ADC转化模块得到的数字信号电压值作为功率反馈调节的参数,通过MCU微控单元处理后获得在不同输入电压情况下对应的相对精确的骑行台最终功率值;

无线通讯模块:无线通讯模块与电源调节模块和MCU微控单元相连接,无线通讯模块通过电源调节模块的降压电路降压后为其提供驱动电压,同时无线通讯模块通过其支持的无线通信协议实现与外部设备的无线连接;无线通讯模块接收来自外部相同无线通讯协议无线设备的控制信息,将接收到的控制信息发送至MCU微控单元;无线通讯模块接收经过MCU微控单元处理后的数据,并将经过MCU微控单元处理后的数据通过无线通讯模块将数据传输给外部设备;

速度采集模块:速度采集模块连接MCU微控单元,速度采集模块通过速度传感器采集速度脉冲信号,将采集到的速度脉冲信号发送至MCU微控单元;

ADC转换模块:ADC转换模块与电源调节模块、MCU微控单元相连接,ADC转换模块的输入电压为经过电源调节模块调节后的电压;ADC转换模块的驱动电压为电源调节模块经过降压电路降压后的电压;

磁阻控制模块:磁阻控制模块与电源调节模块、MCU微控单元以及骑行台的电磁铁线圈相连接;磁阻控制模块的电磁感应效应电压为电源调节模块的输入电压,磁阻控制模块的驱动电压为经过电源调节模块中降压电路降压后的电压;磁阻控制模块接收来自MCU微控单元的PWM控制信息,实现磁阻大小的调节;

所述的一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统其电源调节模块输入电压不小于

5V,并且不大于行业规定的人体安全电压36V;通过电源调节模块中的可调电位器实现对系统输入电压大小的调节,输入电压大小不同则导致磁阻控制模块输出的磁阻大小存在较大差异,通过电源调节模块中的可调电位器可以使智能骑行台自动变成大功率骑行台,也可以使骑行台自动变成小功率骑行台;

所述的无线通讯模块根据用户所使用的骑行软件所支持的蓝牙通信协议、ANT+通信协议进行无线通讯模块的更换,使智能骑行台支持多种形式的无线通讯功能,并且只需要简单的更换无线通讯模块,便可以实现与不同的骑行软件进行通信;

所述的速度采集模块将采集到的速度脉冲发送至MCU微控单元,由MCU微控单元接收脉冲信号,并通过速度计算公式计算出实时速度值;将计算出的速度值进行拟合从而获得拟合后的骑行台骑行时的功率值;再根据ADC转换模块将系统输入电压从模拟信号电压值转换成数字信号电压值,MCU微控单元以ADC转换模块获得的数字电压值的大小对功率进行补偿;其中进行功率拟合时的功率数据是通过多次试验利用速度传感器和功率传感器在输入电压为36V的情况下进行测试获得;所述的速度计算公式、功率拟合公式以及功率补偿公式如下:

1 .1)MCU微控单元计算的速度值为S,圆周率π,骑行台磁阻控制模块的半径r,MCU微控单元每次捕获来自速度采集模块相邻的两次脉冲所需要的时间值t,该时间t是由MCU微控单元内部定时器中断给出,功率拟合值为P0,功率拟合公式的拟合参数为a、b、c、d、e,其中a、b、c、d、e为通过速度传感器和功率传感器在系统输入电压为36V的情况下进行多组测试后,获得的多组速度值和功率值,利用matlab软件对速度值和功率值进行线性拟合,得到的拟合方程中的各项系数;

MCU微控单元通过对电源调节模块调节后的电压进行ADC转换,将系统输入电压从模拟信号转换成数字信号电压值V0,MCU微控单元以ADC转换模块获得的输入电压值得大小对功率进行补偿其补偿系数为k,补偿后的功率值为P1;

1  .2)MCU微控单元捕获到相邻两次速度脉冲后,通过以下公式计算出骑行台实时骑行的速度:

S=2πr/t                           (1-1)

1 .3)MCU微控单元通过速度计算公式(1-1)计算出骑行台实时骑行速度值S,并通过速度传感器和功率传感器在系统输入电压为36V的情况下进行多组测试后,获得的多组速度值和功率值之后,再使用matlab软件对速度值和功率值进行线性拟合,得到的拟合方程如下所示,其中的各项系数a、b、c、d、e为matlab软件经过对速度和功率值进行线性拟合后获得,从而得到骑行的功率拟合值P0,其功率拟合后的计算公式如下:P0=aS4+bS3+cS2+dS+e                  (1-2)

1 .4)MCU微控单元通过将电源调节模块调节后的电压经过ADC转换模块将电压从模拟信号转换成数字信号,根据转换后的数字信号电压值对拟合功率值进行补偿,其补偿系数为 k  ,36为系统进行功率拟合获得功率拟合公式时的电压值,V0为系统经过电源调节模块调节后的电压值,补偿系数k的计算公式如下:k=V0/36                             (1-3)

MCU微控单元根据获得的补偿系数k,通过功率补偿公式得到补偿后的功率值P1,功率补偿公式如下:

P1=kP0                              (1-4)

通过速度计算公式(1-1)计算出的实时速度,通过无线通讯模块进行无线传输;结合功率拟合公式(1-2)、补偿系数k的计算公式(1-3)和功率补偿公式(1-4)计算出补偿后的功率值P1,再通过无线通讯模块进行无线传输。