CN102967727B - 用于测量非机动车车轮转速的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于测量非机动车车轮转速的系统和方法，主要用于测量自行车车轮的转速。其中所述系统包括：固定于车轮的测量组件、固定于车辆的接收组件。测量组件采集相互垂直的两个方向的加速度的方向变化，加速度数据一个周期的变化，也就是车轮旋转的一个周期。对加速度方向变化的周期性测量就是对车轮旋转周期的测量。相对于现有技术的磁控管试的测量结构，使用寿命更长，安装更为便捷。
Description
技术领域
本发明涉及用于测量非机动车车轮，例如自行车的转速的系统和方法，这种系统通过采集车轮的加速度信号测量车辆的转速。
背景技术
很多时候骑行者需要了解自己的行驶速度，在现有技术中能找到一些测量车辆转速的方法，特别是测量自行车转速的方法。
发明专利CN100578153C公开了一种GPS测速的方法，这种方法不能解决车辆在垂直方向上产生的位移，以及在涵洞或隧道内信号接收不良的问题。
除了GPS，还可以在车架的相对静止的位置和车轮上旋转的位置分别安装一对信号收发装置，如专利CN102509105A所示。这种信号收发装置采集车轮旋转一周的时间，而车轮周长与该时间相除最终体现在车轮转速上。在车轮上寻找比较隐蔽的部分以安装信号收发装置，是较为困难的。虽然CN101101303B的那种自行车的速度测量装置披露了一种信号收发装置的安装结构，但是这种安装结构直接裸露在车轮之外，容易受到雨水泥沙的影响。
CN101432155A公开了采用两个加速度传感器测量车辆速度的直行加速度，并通过振动周期确定基准速度，而基准时刻的速度与加速度在时间上的积分之和为瞬时速度。在该专利中，以获得车辆前行的速度为主要目的，并不能直接得出车轮的转速，而且车轮振动的正弦性以及振动周期与车轮旋转周期是否相等都是值得质疑的。由于离心加速度的影响，该案限制将传感器安装在车轮中部，并且这项问题也是该案所采用的测量方式所无法解决的。
介于此，现有技术有进一步改进之必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于测量非机动车车轮转速的系统，通过车轮转动过程中加速度的周期性变化测量车轮转速，并以此确定速度。
本发明进一步需要解决用于系统节能问题，以使该系统能安装在自行车等这些体积较小的车辆上。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。
一种用于测量非机动车车轮转速的系统，其特征在于包括：
固定于车轮的测量组件，所述测量组件包括加速度传感器、计时单元、微处理器、以及信号发送单元，所述加速度传感器绕轮轴转动、获得所述车轮所在平面上的相互垂直的两个方向的加速度并将其输出至所述微处理器，所述计时单元将时间信号提供给所述微处理器，所述微处理器记录加速度的方向产生周期性变化的时间，根据车轮的周长得出车轮的速度，并将该速度信号输出值信号发送单元；
固定于车辆的接收组件，所述接收组件包括信号接收单元和显示单元，所述信号接收单元接收所述信号发送单元的车轮速度信号，并将其显示在所述显示单元上。
相互垂直的两个方向的加速度的方向变化就代表离心力的一个周期，也就是车轮旋转的一个周期。对加速度方向的周期的测量就是对车轮旋转周期的测量。
在本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的系统中，所述加速度传感器经过滤波器连接至所述微处理器。滤波器可以消除加速度传感器的噪声。
在本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的系统中，在加速度方向发生变化时，所述加速度传感器产生中断信号输出至所述微处理器，同时，所述微处理器读取所述加速度传感器两个方向的加速度数据，在非读取状态，所述微处理器处于休眠状态。
在本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的系统中，所述测量组件还包括存储单元，所述微处理器周期性地将车轮转速信号输出至所述信号发送单元，在不输出车轮转速信号的时刻将已记录的车轮转速信号存储至所述存储单元。
在本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的系统中，所述信号接收单元在没有接收到所述微处理器的信号时处于休眠状态。
由于速度的测量是间隔地进行，上述方案可以保证系统的各部分在不工作的时刻处于休眠状态，从而降低整个系统的功耗。
在本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的系统中，所述加速度的两个方向分别为竖直方向和水平方向。竖直方向和重力方向相对应，便于得出结果。
一种用于测量非机动车车轮转速的方法，其特征在于，
获得所述车轮所在的平面上的相互垂直的两个方向的加速度，
记录加速度的方向产生周期性变化的时间，
根据车轮的周长得出车轮的速度，
显示车轮的速度。
实施发明的这种用于测量车辆转速的系统，具有以下有益效果：本发明的用于测量非机动车车轮转速的系统通过加速度方向的变化实现对车轮转速的测量，相对于现有技术的磁控管试的测量结构，使用寿命更长，安装更为便捷。本发明的所述系统的休眠工作方式使得轮子每转一圈只产生一个且必须产生一个计数信号，从而降低了功耗。自行车每天骑行2小时，电池寿命在1年以上。
附图说明
图1为本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的系统的示意图；
图2为本发明的加速度传感器的安装示意图；
图3为本发明的这种用于测量非机动车车轮转速的方法的节能方法。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述。
如图1至3所示的本发明的这种用于测量自行车车轮转速的系统，包括固定于车轮3的测量组件1和固定于车辆的接收组件2。
其中，所述测量组件1包括加速度传感器11、计时单元12、微处理器13、以及信号发送单元14。本系统优先采用例如nRF24LE1的无线和超低功耗芯片。
所述加速度传感器11经滤波器15、A/D转换单元16连接至所述微处理器13，加速度传感器11绕轮轴转动、获得所述车轮3所在的平面上的相互垂直的竖直方向和水平方向的加速度及方向改变的中断信号并将其输出至所述微处理器13。如图2，车轮3所在的平面是指垂直于车轴的平面。在本发明中，加速度传感器11优选为低功耗加速度传感器，如BMA222。在非骑行时间，加速度传感器11处于方向改变触发模式，平均功耗电流在5μA以内。
所述计时单元12将时间信号提供给所述微处理器13，其可以是集成于芯片的时钟电路，也可以是单独的计时模块。
所述微处理器13记录加速度的方向产生周期性变化的时间，根据车轮的周长得出车轮的速度，并将该速度信号输出至信号发送单元14。
所述接收组件2包括信号接收单元21和显示单元22，所述信号接收单元21接收所述信号发送单元14的车轮速度信号，并将其显示在所述显示单元22上。所述接收组件2为主要的输出，其可以是固定于骑行者可视部位的表头。显示单元22还可以显示骑行时间和骑行距离。
本发明的较佳的低功耗运作方式，所述加速度传感器11以方向改变时输出中断信号及数据的方式工作，在方向未发生变化时所述加速度传感器11处于休眠状态。所述测量组件1还包括存储单元17，所述微处理器13周期性地将车轮转速信号输出至所述信号发送单元14，在不输出车轮转速信号的时刻将已记录的车轮转速信号存储至所述存储单元17。所述信号发送单元14在没有接收到所述微处理器13的信号时处于休眠状态。
用于测量自行车车轮转速的方法：获得所述车轮所在的平面上的相互垂直的两个方向的加速度；记录加速度的方向产生周期性变化的时间；根据车轮的周长得出车轮的速度；显示车轮的速度。
图3显示了本发明的测量非机动车车轮转速的低功耗的工作方式。其中X轴为水平方向，Y轴为竖直方向。
S101：加速度传感器设置为100HZ采样率及方向改变输出中断的模式。
S102：t1清零并开始计时。
S103：T清零并开始计时。
S104：判断：加速度传感器是否有中断输出，判断正确进入S105，否则继续等待中断信号。
S105：微处理器读取加速度传感器两个方向的加速度数据。
S106：判断：X轴和Y轴方向的加速度是否均发生改变？判断正确进入S107，否则返回S104。
S107：记录X轴和Y轴加速方向发生改变经历的时间T，计算车轮的线速度v，随后将v存储至存储单元。其中v=2πR/T。
S108：判断：t1是否经历1s？判断正确进入S109，否则返回S103。
S109：输出值v存储至存储单元或输出至发送单元，并返回至S102开始下一个循环。
以上所述，仅为发明的具体实施方式。但发明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发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内，因此，发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种用于测量非机动车车轮转速的系统，其特征在于包括：
固定于车轮的测量组件，所述测量组件包括加速度传感器、计时单元、微处理器、以及信号发送单元，所述加速度传感器绕轮轴转动、获得所述车轮所在平面上的相互垂直的两个方向的加速度并将其输出至所述微处理器，所述计时单元将时间信号提供给所述微处理器，所述微处理器记录加速度的方向产生周期性变化的时间，根据车轮的周长得出车轮的速度，并将该速度信号输出至信号发送单元；固定于车辆的接收组件，所述接收组件包括信号接收单元和显示单元，所述信号接收单元接收所述信号发送单元的车轮速度信号，并将其显示在所述显示单元上，其中，
所述加速度的两个方向分别为竖直方向和水平方向，竖直方向和重力方向相对应，相互垂直的两个方向的加速度的方向变化就代表离心力的一个周期，所述加速度传感器以方向改变时输出中断信号及数据的方式工作，轮子每转一圈只产生一个且必须产生一个计数信号，加速度传感器绕轮轴转动、获得所述车轮所在的平面上的相互垂直的竖直方向和水平方向的加速度及方向改变的中断信号并将其输出至所述微处理器，
在加速度方向发生变化时，所述加速度传感器产生中断信号输出至所述微处理器，同时，所述微处理器读取所述加速度传感器两个方向的加速度数据，在非读取状态，所述微处理器处于休眠状态。
2.根据权利要求1 所述的用于测量非机动车车轮转速的系统，其特征在于，所述加速度传感器经滤波器连接至所述微处理器。
3.根据权利要求1所述的用于测量非机动车车轮转速的系统，其特征在于，所述测量组件还包括存储单元，所述微处理器周期性地将车轮转速信号输出至所述信号发送单元，在不输出车轮转速信号的时刻将已记录的车轮转速信号存储至所述存储单元。
4.根据权利要求1所述的用于测量非机动车车轮转速的系统，其特征在于，所述信号接收单元在没有接收到所述微处理器的信号时处于休眠状态。
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