CN108528583A - 一种自动计算行驶里程的自行车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种自动计算行驶里程的自行车，包括：自行车、霍尔传感器、电源、处理模块、显示模块和至少一个磁性元件；其中，所述至少一个磁性元件被安装在所述自行车的车轮上；在所述车轮每转动一圈时，所述霍尔传感器与各磁性元件作用分别产生脉冲信号；所述处理模块与所述霍尔传感器电连接，用于检测所述脉冲信号，并根据所述脉冲信号计算所述待测试自行车的行驶里程；所述显示模块与所述处理模块电连接，用于显示所述自行车的行驶里程。本发明的上述自行车能够准确的计算出自行车的行驶里程，方便用户查看骑行数据、提高骑行效率、了解当前骑行状态。

Description

一种自动计算行驶里程的自行车

【技术领域】

本发明涉及自行车技术领域，尤其涉及一种带有霍尔传感器数字里程表和新式刹车系统的自行车。

【背景技术】

自行车作为代步工具的同时，用户的需求也在不断的增长，希望记录单次行驶的里程，从而了解两地之间的距离；或及时了解自己的运动量，防止过量运动、并辅助达成健身目标。因此需要开发一种自动计算行驶里程的自行车。霍尔元件具有以下性质：当外磁场垂直于元件内半导体的电流方向时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生霍尔电势差。霍尔电势差，与磁场强度有关，因此可以把霍尔元件作为探测磁场强度的传感器。由于其灵敏度高、线性度好、稳定性好、体积小和耐高温等特性，霍尔传感器被广泛应用于非电量电测、自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个领域。各种霍尔传感器芯片具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可以检测铁磁物质的有无，利用这一特性可以制成计数装置，以对自行车的行驶里程进行计数。

此外，现有的自行车刹车种类包括碟刹和V刹，碟刹由于其制动效果好，并且基本不存在热衰减问题，已经广泛应用于高端自行车刹车系统上，但是碟刹结构存在以下缺陷：1、前、后轮油压碟刹的前、后油压管一般是使用相同管径规格的油压管，需要刹车时，骑乘者以相同施力同时握压前、后轮油压碟刹的前、后刹车握把时，虽然其前、后油压管的液压油理论上会以相同速度流动，但是，实际上由于后轮油压管的长度远长于前轮油压管的长度，因此，后轮油压管内的液压油将会受到较大的摩擦阻力，以致于后轮油压碟刹的刹车作动时间会略长于前轮油压碟刹的刹车作动时间，因此前、后轮油压碟刹之间将会产生较明显的刹车作动时差，从而影响整车的操控平衡，严重时甚至容易造成车体前倾，发生安全事故；2、自行车在正常行驶时，当前方有障碍或者需要减速时需要操作刹车对车体进行减速，但是现有的碟刹系统前、后刹车均采用碟刹系统，或者采用碟刹和V刹共同制动，以上两种制动方式均不易实现平缓减速，因为碟刹的制动效果较好，因此施加较小的力便容易出现抱死状况，不易控制，而V刹的减速全靠驾驶者手指力量来调整刹车夹具的角度，力度需要驾驶者掌控，也不容易实现平缓减速。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种自动计算行驶里程的自行车，用以解决自行车的行驶里程计数问题。同时，另一方面通过改进自行车的刹车系统，使自行车刹车更加平稳，改善了刹车时的操作平衡性。

本发明提供了一种自动计算行驶里程的自行车，包括：

自行车、霍尔传感器、电源、处理模块、显示模块和至少一个磁性元件；其中，所述至少一个磁性元件被安装在所述自行车的车轮上；在所述车轮每转动一圈时，所述霍尔传感器与各磁性元件作用分别产生脉冲信号；所述处理模块与所述霍尔传感器电连接，用于检测所述脉冲信号，并根据所述脉冲信号计算所述待测试自行车的行驶里程；所述显示模块与所述处理模块电连接，用于显示所述自行车的行驶里程；所述电源与所述霍尔传感器、所述处理模块、所述显示模块电连接，用于向所述霍尔传感器、所述处理模块、所述显示模块供电。

进一步的，所述至少一个磁性元件设置在自行车的前轮边缘上，所述霍尔传感器设置在自行车车架靠近所述前轮边缘处。

进一步的，所述至少一个磁性元件等距分布在所述前轮边缘上。

可选的，所述处理模块为单片机、DSP、CPLD或FPGA。

进一步的，检测所述脉冲信号，并根据所述脉冲信号计算所述待测试自行车的行驶里程，具体包括：

所述处理模块对所述脉冲信号进行中断响应，根据所述中断响应次数获取所述脉冲信号的次数；

所述处理模块根据所述脉冲信号的次数计算所述自行车的行驶里程。

进一步的，所述处理模块根据下式计算自行车的行驶里程：

S＝∑_iΔS_i＝mΔS，i＝(1,2,3....m)；

其中，S表示行驶里程数，m表示检测到的总的脉冲数量，ΔS表示两个脉冲信号期间的行驶里程增加量，R表示车轮的半径，N表示磁性元件的数量。

可选的，所述磁性元件为永磁体。

进一步的，所述自行车还包括前刹车和后刹车，所述前刹车包括储气罐、刹把、制动阀、制动器、来令片以及碟片；

其中，

所述储气罐安装在车架上并存有压缩空气；

所述刹把铰装在自行车握把上，所述刹把连接有回复弹簧，所述刹把与所述制动阀相连接，所述制动阀设有进气口、第一出气口和第二出气口，所述进气口和所述储气罐相连接；

当所述刹把转动至第一位置时，所述进气口和所述第一出气口相连通，所述第一出气口和所述第二出气口隔断；

所述刹把转动至第二位置时，所述进气口与所述第一出气口隔断，所述第一出气口和所述第二出气口相连通；

所述制动器的数量为两个，其对称设置在碟片的左右两侧，所述碟片与自行车车轮相连接，所述制动器包括油缸和气缸，所述气缸内设有活塞杆和分别安装在所述活塞杆左右两端的第一活塞和第二活塞，所述第一活塞置于所述气缸内，所述第二活塞与所述油缸的油路相连接，所述气缸开设有与所述第一出气口相连通的气缸进气孔和与外界相连通的换气孔，所述油缸内设有第三活塞，所述第三活塞置于油缸外的一端连接有所述来令片，两个制动器的来令片对称设置在所述碟片的左右两侧；所述后刹车为碟刹装置。

进一步的，所述储气罐可拆卸的安装在自行车车架上，所述储气罐连接有充气管，所述充气管一端与储气罐相连通，另一端设有与自行车车胎的充气嘴相适配的充气口，所述充气口内设有一开闭所述充气口的阀片，所述充气口与所述充气嘴相连接时，所述阀片打开，所述充气口和所述充气嘴相分离时，所述阀片关闭。

进一步的，所述制动阀包括第一阀体和第二阀体，所述第一阀体安装在所述第二阀体内，且所述第一阀体的外壁与所述第二阀体的外壁密封滑动配合，所述第一阀体的顶部和底部密封，中部开设有所述进气口，所述第一阀体的顶部与所述刹把的中部通过一连接杆相连接，所述第二阀体的侧部开设有所述第一出气口，底部开设有与所述第一出气口相连通的所述第二出气口，且所述第二出气口连接有充放气囊；

所述刹把转动至第一位置时，所述刹把带动所述连接杆下压所述第一阀体，使得所述进气口和所述出气口相连通，并断开所述第一出气口和第二出气口的连通；

所述刹把转动至第二位置时，所述刹把带动所述连接杆提升所述第一阀体，使得所述进气口和所述出气口断开，所述第一出气口和所述第二出气口相连通；

其中，所述第一阀体的外壁设有第一限位部，所述第二阀体的内壁设有与所述第一限位部相配合的第二限位部。

本发明一方面通过采用霍尔传感器和安装在自行车车轮上的磁钢的相互作用生成的脉冲信号，准确的计算出自行车的行驶里程，方便用户查看骑行数据、提高骑行效率、了解当前骑行状态。另一方面通过上述改造后的刹车系统，使自行车刹车更加平稳，改善了刹车时的操作平衡性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一所提供的自动计算行驶里程的自行车的数字里程表结构示意图；

图2是本发明实施例一所提供的自动计算行驶里程的自行车的数字里程表的芯片连接示意图；

图3是本发明实施例二所提供的自动计算行驶里程的自行车结构示意图；

图4是本发明实施例三所提供的自行车刹车系统的示意图；

图5是本发明实施例三所提供的自行车刹车系统的制动阀的结构示意图；

图6是本发明实施例三所提供的自行车刹车系统的制动器的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

实施例一

如附图1-2所示，本发明实施例给出一种自动计算行驶里程的自行车用的数字里程表。该数字里程表包括霍尔传感器101、电源103、处理模块102、显示模块104和至少一个磁钢105。

霍尔传感器101的输出端连接着处理模块102的输入端；显示模块104的输入端连接着处理模块102的输出端。电源103用于向霍尔传感器101、处理模块102、显示模块104供电，从而支持各模块的工作。

其中，磁钢105用于安装在待测试自行车的车轮上，并采用永磁材料制成。当车轮转动时，安装在车轮上的至少一个磁钢105靠近霍尔传感器101时，霍尔传感器101与其作用生成一个脉冲信号，如果车轮上安装多个磁钢105，每个磁钢105经过霍尔传感器101时，都会生成一个脉冲信号，脉冲信号会传输至处理模块102。具体的霍尔传感器101可以是UGN3503T霍尔传感器。

如图2所示，霍尔传感器101可以通过连接非门芯片201产生脉冲信号并输入至处理模块102。当磁钢105靠近霍尔传感器101后，霍尔传感器101中产生电压、输出一个高电平信号，这个信号经过非门芯片201，形成一个低电平的脉冲信号，输入处理模块102的入口。非门芯片201可以使用UGN3503T芯片，无需放大电路也可产生所需的脉冲信号。随着车轮转动，磁钢不断靠近、远离霍尔传感器101，则不断地产生脉冲信号输出。进一步的霍尔传感器101与非门芯片201的电连接关系可以为霍尔传感器101的3号引脚连接到非门芯片201的9号引脚，非门芯片201的8号引脚连接到处理模块102。

处理模块102，用于接收脉冲信号，并进行后续处理计算获取自行车的行驶里程。处理模块102可以是单片机、DSP、CPLD、FPGA等，本实施例以AT89C52单片机为例进行说明。处理模块102对输入的脉冲信号进行检测，并根据检测脉冲信号生成的信息计算待测试自行车的行驶里程。具体的处理模块102在收到来自霍尔传感器101输入的脉冲信号后对脉冲信号进行中断响应。调用中断服务程序，每检测到一次脉冲信号后，寄存器中的数值就会增加1，如此每个安装在待测试车轮上的磁钢105与霍尔传感器101靠近，都会生成一次脉冲信号，自行车车轮转动一圈，就会产生与磁钢105数目一致数量的脉冲信号。相应的计数器将脉冲数目也会增加相同的数量、行驶里程S则响应的增加自行车车轮的一个周长。举例，如果磁钢105的数目为8，每当一个磁钢105与霍尔传感器101靠近后，就会生成一次脉冲信号，中断响应一次，则每响应一次脉冲信号自行车的行驶里程增加：

其中R是自行车的半径。

因此，总的里程数S为：

S＝∑_iΔS_i＝mΔS，i＝(1，2，3....m)；

其中，m表示检测到的总的脉冲数量，i表示每次检测到脉冲信号的序号。

处理模块102获得行驶里程后，将行驶里程数据传输给显示模块104。显示模块104进行显示。具体的显示模块104可以是数码显示管。

电源103与霍尔传感器101、处理模块102、显示模块104电连接，用于向霍尔传感器101、处理模块102、显示模块104供电。

具体的电源103、霍尔传感器101、处理模块102、显示模块104可以集成在一个电路板上，并封装在一个塑料盒里，方便使用。

具体电路板，显示模块104与两个74HC573锁存器301相连。低7位数据的引脚与第一个锁存器301的输出端Q6～Q0(13～19号引脚)相连，最高位数据的引脚分别与第二片锁存器301的输出端Q2、Q1、Q0(17、18、19号引脚)相连。两片锁存器301的8位输入端D7～D0(2～9号引脚)连接到处理模块102的地址/数据总线复用口P0端口(32～39号引脚)。两边锁存器301的锁存控制端LE(11号引脚)分别连接到处理模102的27、28引脚。此外处理模块102的32～39号引脚通过一组上拉电阻与电源103相连，18、19引脚和晶振电路相连。电源103与各个芯片相连。各元件的VCC引脚连接到电源103的正极，GND引脚连接到电源103的负极。

以上有关实施例的描述仅仅是为了示意性的说明，基于霍尔传感器的自行车数字里程表的结构不限于此。进一步的本发明实施例的基于霍尔传感器的数字里程表还可以设置蓝牙模块、按键模块。其中蓝牙模块设置在电路板上，用于向外界设备传输行驶里程数据，如，可以直接传输到用户的手机，方便用户查看过往的骑行数据。按键模块设置在塑料盒的外表面，方便用户的操作，如用户当前处于休息状态时，可以点击暂停按钮，停止计数，以防止在用户没有骑行的过程中生成数据，使得骑行里程出现偏差。进一步的用户也可以在每次骑行前通过按钮选择，是否做清零处理，以方便每位用户的选择，可以获取总的骑行数据和每次的骑行数据。进一步的该里程表还可以设置有内存模块，用于存储每次的数据。该数据用户可以通过无线的方式导出，也可以通过有线接口的方式导出。另外该里程表的电源可以是充电电源也可以是电池形式，还可以两种都涵盖，方便用户的选择。

实施例二

本实施例提供了一种带有实施例一的数字里程表的自行车，如图3所示，该自行车安装了上述基于霍尔传感器的自行车数字里程表。具体的，将至少1个磁钢105安装在自行车的车轮上，可以是前轮边缘处。具体的可以是将磁钢105通过磁铁的方式或者胶黏的方式粘贴在自行车的车轮边缘处。一方面方便霍尔传感器101的检测，另一方面减小对骑行的影响。并将霍尔传感器101设置在自行车车架靠近所述前轮边缘处，方便霍尔传感器101在自行车车轮转动的过程中，磁钢105靠近时，准确的与磁钢105相互作用生成脉冲信号。其中霍尔传感器101可以是通过夹具安装在自行车的车架上，也可以是粘贴的方式粘在自行车的车架上。

对于不同的自行车车轮直径，可以采用不同数目的磁钢105。对车轮直径为0.559m的自行车，由于转速过快等原因，使单片机接收不到某次磁钢经过的脉冲信号，将导致统计误差。故采用8块磁钢105，且各磁钢105均匀放置，这种情况导致的误差减小为原来的1/8，最小测量距离为0.218m。

将电源103、处理模块102、显示模块104集成在一个电路板401上，并封装在一个塑料盒里，通过一个夹具或者支架架设在自行车车把上，或者通过胶黏剂粘贴在车把上。方便用户查看自己当前的行驶里程数。

用户在使用该类自行车时，打开电源后，当自行车轮转动时，小磁钢105经过霍尔传感器101，霍尔传感器101输出脉冲电压，利用简单的脉冲计数法计算骑行的里程，并在数码管上实时显示。进一步的该类里程表每次重新启动时，可以自己选择是否清零或在原有的基础上继续增加行驶里程数。

通过采用上述里程表和自行车能够准确的计算出自行车的行驶里程，方便用户查看骑行数据、提高骑行效率、了解当前骑行状态。

实施例三

在实施例一、二的基础上，本实施例对自行车的刹车系统进行了改进。

结合附图4-6所示，本实施例的刹车系统包括前刹车和后刹车(未示出)，后刹车采用现有的碟刹结构，这里不过多赘述，所述前刹车包括储气罐5、刹把6、制动阀7、制动器8、来令片9以及碟片10，所述储气罐5安装在车体上并内存有压缩空气，所述刹把6铰装在自行车握把上，所述刹把6连接有回复弹簧11，所述刹把6与所述制动阀7相连接，所述制动阀7设有进气口701、第一出气口702和第二出气口703，所述进气口701和所述储气罐5相连接，所述刹把6转动至第一位置时(即需要刹车时，刹把6处于下压或者握紧状态时)，所述进气口701和所述第一出气口702相连通，所述第一出气口702和所述第二出气口703隔断，所述刹把6转动至第二位置时(即刹把处于初始状态，无需刹车时)，所述进气口701与所述第一出气口702隔断，所述第一出气口702和所述第二出气口703相连通；所述制动器8的数量两个并对称设置在碟片10的左右两侧，所述碟片10与自行车车轮相连接，碟片10和来令片9的具体结构属于现有技术，这里不过多赘述。

本实施例的所述制动器8包括油缸801和气缸802，所述气缸802内设有活塞杆803和分别安装在所述活塞杆803左右两端的第一活塞804和第二活塞805，所述第一活塞804置于所述气缸802内，所述第二活塞805与所述油缸801的油路相连接，所述气缸802开设有与所述第一出气口702相连通的气缸进气孔8021和与外界相连通的换气孔8022，换气孔8022可以避免第一活塞和第二活塞在运动时受两者之间的气体运动而产生的影响，所述油缸801内设有第三活塞8011，所述第三活塞8011置于油缸外的一端连接有所述来令片9，两个制动器的来令片9对称设置在所述碟片10的左右两侧。

上述结构的刹车系统在需要减速时，操作前刹车的刹把6，从而使得储气罐5内的压缩空气通过进气口701进入到第一出气口702内，并由气缸进气孔8021进入到气缸802内，从而推动第一活塞805和第二活塞806运动，通过油压作用带动第三活塞和来令片9运动，完成刹车过程，而由于本实施例的在刹把和油缸的传动之间增加了气缸802和储气罐5，储气罐5内的气体通过进气口701和第一出气口702后在推动第一活塞时还可以进一步压缩再做功，并且再结合油压做功，因此整个制动过程平缓，驾驶员在操作刹把6后完全可以实现自行车的平稳减速，其减速效果和平稳度明显优于现有的碟刹和V刹，另外由于上述结构的制动平缓，完全可以延长前刹车的制动时间，因此能够达到前、后轮油压碟刹之间的刹车作动时差较小，不会影响整车的操控平衡，提高了刹车的安全性。

考虑到现有的自行车大多不配备为自行车打气的打气筒，用户需要单独购买，并且打气筒的安装和携带也十分不便。为解决该问题，本实施例又对上述的刹车系统中的储气罐5作出了进一步的改进。

具体的，所述储气罐5可拆卸安装在自行车车架上，所述储气罐5连接有充气管12，所述充气管12的一端与储气罐5相连通，另一端设有与自行车车胎的充气嘴相适配的充气口13，所述充气口13内设有一开闭所述充气口的阀片，阀片可以是弹簧片等结构，所述充气口13与所述充气嘴(未示出)相连接时，充气嘴内的气管顶开所述阀片，使得所述阀片打开充气口13和充气嘴的连接，而储气罐5内的压缩空气的压强大于自行车车体内的压强，因此可以实现对自行车的充气，而所述充气口13和所述充气嘴相分离时，所述阀片关闭，该结构巧妙的利用了刹车系统的储气罐，可以十分方便的对自行车进行充气，设计巧妙，无需单独配备打气筒。

具体的，所述制动阀7包括第一阀体704和第二阀体705，所述第一阀体704安装在所述第二阀体705内，且所述第一阀体704的外壁与所述第二阀体705的外壁密封滑动配合，所述第一阀体704的顶部和底部密封，中部开设有所述进气口701，所述第一阀体704的顶部与所述刹把6的中部通过一连接杆14相连接，所述第二阀体705的侧部开设有所述第一出气口702，底部开设有与所述第一出气口702相连通的所述第二出气口703，且所述第二出气口703连接有充放气囊706，所述刹把6转动至第一位置时，所述刹把带动所述连接杆下压所述第一阀体704至所述进气口701和所述出气口702相连通，并断开所述第一出气口702和第二出气口703的连通，此时充放气囊706在气压作用下膨胀，所述刹把5转动至第二位置时，所述刹把6带动所述连接杆提升所述第一阀体704至所述进气口701和所述出气口702断开，所述第一出气口702和所述第二出气口703相连通，而此时由于充放气囊706内具有一定压强的气体，因此该部分气体会加快第一阀体704的上行，充放气囊706与回复弹簧11共同作用，可以缩短刹把6的复位时间，而且能够延长回复弹簧11的使用寿命。

另外，为了限位第一阀体704运动的行程，所述第一阀体704的外壁设有第一限位部7041，所述第二阀体705的内壁设有与所述第一限位部7041相配合的第二限位部7051。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，包括：

自行车、霍尔传感器、电源、处理模块、显示模块和至少一个磁性元件；

其中，

所述至少一个磁性元件被安装在所述自行车的车轮上；

在所述车轮每转动一圈时，所述霍尔传感器与各磁性元件作用分别产生脉冲信号；

所述处理模块与所述霍尔传感器电连接，用于检测所述脉冲信号，并根据所述脉冲信号计算所述待测试自行车的行驶里程；

所述显示模块与所述处理模块电连接，用于显示所述自行车的行驶里程；

所述电源与所述霍尔传感器、所述处理模块、所述显示模块电连接，用于向所述霍尔传感器、所述处理模块、所述显示模块供电。

2.根据权利要求1所述的自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，所述至少一个磁性元件设置在自行车的前轮边缘上，所述霍尔传感器设置在自行车车架靠近所述前轮边缘处。

3.根据权利要求2所述的自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，所述至少一个磁性元件等距分布在所述前轮边缘上。

4.根据权利要求1所述的自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，所述处理模块为单片机、DSP、CPLD或FPGA。

5.根据权利要求3所述的自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，检测所述脉冲信号，并根据所述脉冲信号计算所述待测试自行车的行驶里程，具体包括：

所述处理模块对所述脉冲信号进行中断响应，根据所述中断响应次数获取所述脉冲信号的次数；

所述处理模块根据所述脉冲信号的次数计算所述自行车的行驶里程。

6.根据权利要求5所述的自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，所述处理模块根据下式计算自行车的行驶里程：

S＝∑_iΔS_i＝mΔS，i＝(1,2,3....m)；

其中，S表示行驶里程数，m表示检测到的总的脉冲数量，ΔS表示两个脉冲信号期间的行驶里程增加量，R表示车轮的半径，N表示磁性元件的数量。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的自动计算行驶里程的自行车，其特征在于，所述磁性元件为永磁体。