CN105928558A - 一种自行车测速导航及环境监测装置 - Google Patents

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李文齐
吴国文
王鹤
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Donghua University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

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Abstract

本发明提供了一种自行车测速导航及环境监测装置，包括：显示设备；用于对自行车进行定位，并将定位信息传输给中央处理器的GPS定位模块；至少一个用于测量自行车当前速度，并将速度信息传输给中央处理器的测速模块；至少一个用于测量自行车当前所处环境，并将环境信息传输给中央处理器的环境检测模块；用于接收所述定位信息、速度信息及环境信息，经处理后通过所述显示设备进行显示的中央处理器。本发明提供的装置克服了现有技术的不足，综合考虑了骑行者关心的各种因素，装置具有显示时间、经纬度、海拔、行驶航向、行驶速度、当前环境温湿度等多种功能，满足自行车爱好者的需求，结构简单，实用性强。

Description

一种自行车测速导航及环境监测装置
技术领域
本发明涉及一种可用于自行车的测速导航及环境监测装置，属于测控设备技术领域。
背景技术
当今全球环境问题日益严重，雾霾天气已严重影响到了人们的身体健康。据权威数字统计，当今城市中私家车、摩托车排放的二氧化碳总量已超过世界二氧化碳排放总量的四分之一。臭氧层空洞面积逐步扩大，温室效应日趋明显。自行车作为一种低碳环保的出行方式，越来越受到人们的喜爱。
对于自行车爱好者来说，在野外长途骑行探险是一大乐趣。此时，确定自己的方位显得尤为重要。纵观市面上现有的自行车导航方式，是用手机、GPS导航仪组装在自行车上进行导航，需要在自行车车把上安装支架，对于长途骑行探险爱好者来说，支架结构的牢固性、自行车整体的安全性都存在很大的隐患。而且功能单一，无法满足自行车爱好者的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可用于自行车的，同时具有测速导航、环境监测、骑行者体征监测及语音沟通功能的装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于，包括：
显示设备；
用于对自行车进行定位，并将定位信息传输给中央处理器的GPS定位模块；
至少一个用于测量自行车当前速度，并将速度信息传输给中央处理器的测速模块；
至少一个用于测量自行车当前所处环境，并将环境信息传输给中央处理器的环境检测模块；
用于接收所述定位信息、速度信息及环境信息，经处理后通过所述显示设备进行显示的中央处理器。
优选地，所述GPS定位模块通过接收卫星信号进行定位；所述中央处理器通过对接收到的卫星信号进行解码，得到当前位置的时间、经纬度、海拔、航向信息。
优选地，所述测速模块为霍尔传感器；霍尔传感器固定于自行车前叉/后叉，自行车轮的钢圈上吸附有磁铁片，磁铁片每经过一次霍尔传感器，霍尔传感器就会向所述中央处理器输出一次低电平并计数，通过记录单位时间内车轮转过的圈数来计算自行车当前速度。
优选地，所述环境检测模块包括温湿度传感器，温湿度传感器与信号放大处理模块相连，信号放大处理模块通过模拟数字转换模块与所述中央处理器相连。
优选地，所述环境检测模块包括用于检测空气质量的PM2.5检测模块。
优选地，通过中央处理器的驱动及按键控制将所有得到的信息分三屏显示在显示设备的屏幕上，通过按键实现屏幕切换。
优选地，还包括用于为所述显示设备、GPS定位模块、测速模块及中央处理器供电的供电模块。
优选地，在没有网络的情况下，所述中央处理器可以连接上位机，显示行驶的路线、总路程、系统工作情况、当前卫星数量信息。
优选地，还包括用于实时监测骑行者的体温、心跳生理特征，并将生理特征信息传输给中央处理器，进而显示在显示设备上的体温传感器、脉搏传感器。当骑行者的体温或脉搏超过设定的正常范围时，该装置会有报警提示。
优选地，通过ZigBee模块进行系统内部组网，使得使用该装置的多个骑行者之间可以实时了解对方的位置并进行语音沟通。
本发明提供的装置克服了现有技术的不足，综合考虑了骑行者关心的各种因素，装置通过自组织ZigBee网络节点通信，具有多种功能，包括显示时间、经纬度、海拔、行驶航向、行驶速度、当前环境温湿度、当前环境PM2.5指数、实时检测骑行者的体温、脉搏、骑行者之间实时语音沟通等，满足自行车爱好者的需求，结构简单，实用性强。
附图说明
图1为本实施例提供的自行车测速导航及环境监测装置结构示意图；
图2为温湿度传感器组原理图；
图3为GPS接收机扩展系统软件结构原理图；
图4为霍尔传感器输出信号波形图；
图5为将霍尔传感器输出信号处理后输出TTL高低电平示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本实施例提供的自行车测速导航及环境监测装置结构示意图，所述的自行车测速导航及环境监测装置由以下几个模块组成：中央处理器，DHT11温湿度传感器组，3411霍尔测速原件，GPS定位模块NEO-6P，12864液晶显示屏，按动开关，以及供电电池。
其中，温湿度传感器组包括多个传感器，多个传感器分别与信号放大处理模块相连，模拟数字转换模块与信号放大处理模块相连，中央处理器与模拟数字转换模块相连，GPS定位模块与中央处理器相连，测速模块与中央处理器相连，中央处理器还连接液晶显示屏，液晶显示屏连接按动开关以及供电电池。中央处理器采用单片机。
GPS定位模块与中央处理器相连，GPS定位模块收到3颗卫星的信号可以输出2维数据，只有经纬度，没有海拔高度，如果收到4颗以上的卫星，就可以输出3三维数据，提供海拔高度，收到6～8颗卫星时才能做到精确定位。由于捕捉卫星信号的灵敏度高，GPS定位模块单点定位的速度非常快，一般在15秒左右即可捕获4颗以上卫星，从而快速地实现3维导航和定位。
GPS定位模块通过四个引脚与中央处理器连接，这四个引脚分别是TXD数据发送引脚、RXD数据接收引脚，VCC高电平引脚、GND接地引脚。GPS定位模块在上电后会开始搜索信号，1～2分钟后接收的信号达到稳定，之后会持续输出参数，中央处理器通过对接收到的卫星时间码进行解码，即可得到当前位置的时间、经纬度、海拔、航向信息。
测速模块与中央处理器相连。测速使用3411霍尔传感器，具有电源指示灯和信号输出指示，单路信号输出；模块无触发，输出高电平；模块有触发，输出低电平；灵敏度可调(精调)；电路板输出开关量。该霍尔传感器的工作电压为直流5V，有磁场切割就会有信号输出，图4为霍尔传感器输出信号波形图。磁铁片每经过一次霍尔传感器，霍尔传感器就会向单片机输出一次低电平并计数，如图5所示，为将霍尔传感器输出信号处理后输出TTL高低电平，将其直接接入单片机，使用单片机中断进行计数。将霍尔传感器固定在自行车前叉，将磁片吸附在自行车轮的钢圈上，车轮每转过一周，单片机就会记录一个脉冲，通过记录单位时间内车轮转过的圈数来计算当前速度。当磁铁对霍尔传感器进行磁场切割时，即可在显示屏看到速度变化。测速灵敏，精度高。
环境检测模块与中央处理器相连。该模块采用DHT11温湿度传感器，温湿度传感器是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，应用数字模块采集技术和温湿度传感技术，以确保温湿度传感器的稳定性与长期可靠性。工作电压为直流3.3～5.5V，可以精确快速的测出当前环境的温湿度。结合图2，温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。温湿度传感器经校准后，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，温湿度传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。温湿度传感器采用单线制串行接口，四针单排引脚封装。
LED显示器与中央处理器相连。通过主芯片的驱动及按键控制将所有得到的数据分三屏显示在屏幕上，通过按键可以实现屏幕切换。图3为GPS接收机扩展系统软件结构原理图。串行口中断程序负责填写串口通讯缓冲区并置缓冲区数据合法可用位变量，以通知主程序进行计算显示。键盘中断程序负责接收用户的输入，改变当前显示状态值变量，以改变LED的显示页。主程序部分反复查询两个全局变量，如缓冲区数据合法可用，就进行计算并刷新显示；如用户改变了显示状态，则切换LED的显示页。
LED显示器安装在自行车上之后通过锂电池为其供电，可重复充电使用。在开启装置后，首先进行GPS模块的初始化，然后显示相关信息，包括：
1、显示年月日，时分秒。
2、显示当前位置的经度、纬度
3、显示实时速度
4、显示行驶航向
5、显示海拔高度
6、显示当前环境温度、湿度
即使在没有网络的情况下，本装置也可以连接上位机(电脑)显示当前环境的详细地图(可以任意放缩)，在地图上显示行驶的路线、总里程、系统工作情况、当前检测到的卫星数量、信号强度等信息。
本实施例还可以进行进一步拓展，具体如下：
1、加入NTC体温传感器、HK2000-A脉搏传感器，实时监测骑行者的体温、心跳等生理特征并显示在液晶屏上，当骑行者的体温或脉搏超过设定的正常范围时，该装置会有报警提示。
2、加入PM2.5检测模块，通过检测空气质量来提醒骑行者当天是否适合户外自行车锻炼。
3、加入太阳能电池板，使该系统可以在白天实时充电。
4、还可以用ZigBee模块CC2431、CC2530进行系统内部组网，使得使用该系统的多个骑行者之间可以进行实时语音沟通，在其中一个骑行者遇到紧急情况时可以通过语音或按键进行求救，使该装置更加适用于野外探险环境。

Claims (10)

1.一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于，包括：
显示设备；
用于对自行车进行定位，并将定位信息传输给中央处理器的GPS定位模块；
至少一个用于测量自行车当前速度，并将速度信息传输给中央处理器的测速模块；
至少一个用于测量自行车当前所处环境，并将环境信息传输给中央处理器的环境检测模块；
用于接收所述定位信息、速度信息及环境信息，经处理后通过所述显示设备进行显示的中央处理器。
2.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：所述GPS定位模块通过接收卫星信号进行定位；所述中央处理器通过对接收到的卫星信号进行解码，得到当前位置的时间、经纬度、海拔、航向信息。
3.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：所述测速模块为霍尔传感器；霍尔传感器固定于自行车前叉/后叉，自行车轮的钢圈上吸附有磁铁片，磁铁片每经过一次霍尔传感器，霍尔传感器就会向所述中央处理器输出一次低电平并计数，通过记录单位时间内车轮转过的圈数来计算自行车当前速度。
4.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：所述环境检测模块包括温湿度传感器，温湿度传感器与信号放大处理模块相连，信号放大处理模块通过模拟数字转换模块与所述中央处理器相连。
5.如权利要求4所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：所述环境检测模块该包括用于检测空气质量的PM2.5检测模块。
6.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：通过中央处理器的驱动及按键控制将所有得到的信息分三屏显示在显示设备的屏幕上，通过按键实现屏幕切换。
7.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：还包括用于为所述显示设备、GPS定位模块、测速模块及中央处理器供电的供电模块。
8.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：在没有网络的情况下，所述中央处理器可以连接上位机，显示行驶的路线、总路程、系统工作情况、当前卫星数量信息。
9.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：还包括用于实时监测骑行者的体温、心跳生理特征，并将生理特征信息传输给中央处理器，进而显示在显示设备上的体温传感器、脉搏传感器。
10.如权利要求1所述的一种自行车测速导航及环境监测装置，其特征在于：通过ZigBee模块进行系统内部组网，使得使用该装置的多个骑行者之间可以进行实时沟通。
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