CN109078290A - 一种模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法 - Google Patents

一种模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法，包括控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3、检测信号输入模块M4、M5和M6以及大转盘齿轮，稳压模块M3的Vout端输出稳定电源电压V1，分别给控制单元输出执行模块M1、检测信号输入模块M5和M6供电，全桥整流Q的正输出V2，分别连接控制单元输出执行模块M1的Iin腿和检测信号输入模块M4的Vin腿，电路系统通过传感点配合本发明特有的可控恒流源消耗负载电路，控制单元可以在一个运动周期内施加大小不同的阻尼力，给运动者更加舒适、细腻、真实的运动体验。

Description

一种模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法
技术领域
本发明涉及到一种模拟健身器材，特别涉及一种模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法。
背景技术
一种不需要外部供电，靠自身结构电磁感应产生电磁阻尼力，手动机械调节阻尼力大小，不能随时快速变换调节阻尼力，运动感受不佳，还有一种用发电机作为阻尼力来源，需要外部供电，用电阻作为消耗负载，分档控制阻尼力大小，不能随时快速变换调节阻尼力度，不能无极调节力度，运动感受不佳，再有用发电机作为阻尼力来源，不需要外部供电，用电阻作为消耗负载，除了以上第二条缺点之外，又多了以下缺点：对充电电池充电电流不可控，导致在开始运动的一段时间阻尼力度过大，不可控，运动感受不。
发明内容
为这解决现有的问题，本发明的目的在于提供一种模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法，具有给运动者更加舒适、细腻、真实的运动体验的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟现实健身器材的关键电路，包括控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3、检测信号输入模块M4、M5和M6以及大转盘齿轮，稳压模块M3的Vout端输出稳定电源电压V1，分别给控制单元输出执行模块M1、检测信号输入模块M5和M6供电，全桥整流Q的正输出V2，分别连接控制单元输出执行模块M1的Iin腿和检测信号输入模块M4的Vin腿，所述电池组E的输出电压V3分别连接二极管D1、D2的负极，稳压模块M3的Vin脚、检测信号输入模块M4的VCC脚，所述控制单元输出执行模块M1的Iout脚和恒压模块M2的Vin脚和二极管D1的正极相连接，控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3以及检测信号输入模块M4、M5和M6的GND端相连在一起，并与电池组E和全桥整流Q的负端连接，在控制单元输出执行模块M1的Vin脚和GND脚之间加电压Uin，控制M1的Iin脚至Iout脚之间的恒流的大小，所述交流发电机P接全桥整流Q的两个交流输入端，光电池GB通过电阻R0、二极管D2对充电。
优选的，控制单元输出执行模块M1由运放器U1、三极管T1、三极管T2、三极管T3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R12、电容C1组成，运放U1的正输入与电阻R3的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的Vin组，电容C1、电阻R1、电阻R3的下端与运放器U1负电源端相连形成控制单元输出执行模块M1的GND，电阻R1、电阻R5的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的Iin脚，三极管T3的发射极与电阻R12的下端相连形成控制单元输出执行模块M1的Iout脚，运放器U1的电源正端与电容C1的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的VCC脚，三极管T2与三极管T3是符合结构，其等效与一个PNP结型三极管。
优选的，恒压模块M2由电阻R7、电阻R8、电阻R9、稳压二极管U2、三极管T4构成，其中电阻R6、电阻R8的上端和三极管T4的发射极相连构成恒压模块M2的Vin脚，电阻R7的下端和稳压二极管U2的底端和三极管T4的集电极相连构成M2的GND脚。
优选的，控制单元输出执行模块M1利用电压信号控制恒流源，控制单元通过自身的D/A数模转换，将控制电压Uin加到控制单元输出执行模块M1的Vin电压输入端，控制流经控制单元输出执行模块M1的Iin至Iout恒流电流大小；恒压模块M2，不论流过1、2脚的电流多大，1、2脚之间总保持一个恒定电压值；稳压模块M3，把电池组E的电压降压，且稳定在固定电压值输出；检测信号输入模块M4测量交流发电机P的转速，且以脉冲信号的形式输出Uout1。
优选的，大转盘齿轮的外周面上固定有轮齿，大转盘齿轮位于直径的两大端上分别分布安装有传感点A和传感点B，大转盘齿轮的圆心处贯穿的转轴上分别固定有脚蹬A和脚蹬B，检测信号输入模块M5与传感点A1和传感点B2相接，检测信号输入模块M6与脚蹬A和脚蹬B相接，脚蹬A和脚蹬B通过链条还与发电机P相接。
优选的，大转盘齿轮的外周面上固定有轮齿，大转盘齿轮位于直径的两大端上分别分布安装有传感点A和传感点B，大转盘齿轮3的圆心处贯穿的转轴上分别固定有脚蹬A和脚蹬B，检测信号输入模块M5固定在支架上，支架与水平面夹角为90°，检测信号输入模块M5采用磁传感器识别脚蹬A和脚蹬B，检测信号输入模块M6采用磁传感器识别轮齿，脚蹬A和脚蹬B通过链条还与发电机P相接，用于识别轮齿传感点，进行轮齿转速测量。
一种模拟现实健身器材的关键电路的使用方法，包括以下步骤：
S1：通过数据信息采集装置和中央处理器，采集使用者的性别、年龄、身高、体重信息用于分组以及计算不同体育运动中体重差别所贡献的阻力系数；
S2：使用者在使用过程中的数据包括排名、能量消耗、里程、时间、心率等存储并显示在显示器上；
S3：中央处理器根据使用者的身份信息、锻炼需求和使用记录，为使用者提供科学的指导；
S4：检测信号输入模块M4检测发电机P的转速，检测信号输入模块M5测量脚蹬A4和脚蹬B5旋转到达的位置，脉冲输出Uout2，检测信号输入模块M6测量轮齿的转速，脉冲输出Uout3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法，电路系统通过传感点配合本发明特有的可控恒流源消耗负载电路，控制单元可以在一个运动周期内施加大小不同的阻尼力，给运动者更加舒适，细腻，真实的运动体验。
附图说明
图1为本发明的整体电路图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的局部结构图。
图中：1、传感点A；2、传感点B；3、大转盘齿轮；4、脚蹬A；5、脚蹬B；6、轮齿。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种模拟现实健身器材的关键电路，包括控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3、检测信号输入模块M4、M5和M6以及大转盘齿轮3，稳压模块M3的Vout端输出稳定电源电压V1，分别给控制单元输出执行模块M1、检测信号输入模块M5和M6供电，全桥整流Q的正输出V2，分别连接控制单元输出执行模块M1的Iin腿和检测信号输入模块M4的Vin腿，所述电池组E的输出电压V3分别连接二极管D1、D2的负极，稳压模块M3的Vin脚、检测信号输入模块M4的VCC脚，所述控制单元输出执行模块M1的Iout脚和恒压模块M2的Vin脚和二极管D1的正极相连接，控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3以及检测信号输入模块M4、M5和M6的GND端相连在一起，并与电池组E和全桥整流Q的负端连接，在控制单元输出执行模块M1的Vin脚和GND脚之间加电压Uin，控制M1的Iin脚至Iout脚之间的恒流的大小，所述交流发电机P接全桥整流Q的两个交流输入端，光电池GB通过电阻R0、二极管D2蓄电池E对充电。
请参阅图2，控制单元输出执行模块M1由运放器U1、三极管T1、三极管T2、三极管T3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R12、电容C1组成，运放U1的正输入与电阻R3的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的Vin组，电容C1、电阻R1、电阻R3的下端与运放器U1负电源端相连形成控制单元输出执行模块M1的GND，电阻R1、电阻R5的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的Iin脚，三极管T3的发射极与电阻R12的下端相连形成控制单元输出执行模块M1的Iout脚，运放器U1的电源正端与电容C1的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的VCC脚，三极管T2与三极管T3是符合结构，其等效与一个PNP结型三极管。
恒压模块M2由电阻R7、电阻R8、电阻R9、稳压二极管U2、三极管T4构成，其中电阻R6、电阻R8的上端和三极管T4的发射极相连构成恒压模块M2的Vin脚，电阻R7的下端和稳压二极管U2的底端和三极管T4的集电极相连构成M2的GND脚。
控制单元输出执行模块M1利用电压信号控制恒流源，控制单元通过自身的D/A数模转换，将控制电压Uin加到控制单元输出执行模块M1的Vin电压输入端，控制流经控制单元输出执行模块M1的Iin至Iout恒流电流大小；恒压模块M2，不论流过1、2脚的电流多大，1、2脚之间总保持一个恒定电压值；稳压模块M3，把电池组E的电压降压，且稳定在固定电压值输出；检测信号输入模块M4测量交流发电机P的转速，且以脉冲信号的形式输出Uout1。
请参阅图3，大转盘齿轮3的外周面上固定有轮齿6，大转盘齿轮3位于直径的两大端上分别分布安装有传感点A1和传感点B2，传感点A1和传感点B2为两个位置识别点，检测信号输入模块M5固定在支架7上，并且内含磁敏传感点和放大整形电路，本发明优选实施例中采用磁传感器，可选实施例中采用光电传感器，用来识别传感点A1和传感点B2两点，传感点A1和传感点B2只是为了指示和标明两个脚蹬的位置，大转盘齿轮3的圆心处贯穿的转轴上分别固定有脚蹬A4和脚蹬B5，传感点A1和传感点B2可以在两个脚蹬上，可以在两个柄杆上，也可以在大齿轮盘3的同一侧盘面上，AOB三点一线，并与两个脚蹬的连线重合，O为大齿轮盘3的圆心，检测信号输入模块M5固定在支架上，支架与水平面夹角为90°，检测信号输入模块M5采用磁传感器识别脚蹬A和脚蹬B，检测信号输入模块M6采用磁传感器识别轮齿，检测信号输入模块M5固定在支架7上，支架7与水平面夹角为90°，检测信号输入模块M5采用磁传感器识别脚蹬A和脚蹬B，检测信号输入模块M6采用磁传感器识别轮齿，本发明具体实施例中，M6只检测大转盘齿轮3的每个齿牙，即对齿牙计数，整套脚蹬机械与家里自行车一样，利用脚蹬带动大齿轮盘、带动链条转动，脚蹬A4和脚蹬B5通过链条还与发电机P相接，链条带动与发电机P相接的飞轮旋转，为发电机P提供电量。
原理：该关键电路系统通过传感点配合可控恒流源消耗负载电路，控制单元可以在一个运动周期内施加大小不同的阻尼力，给运动者更加舒适，细腻，真实的运动体验，不需要外部供电，并能为周边电器适度供电；用发电机作为阻尼力的来源，用电压控制电流型的可控恒流源作为消耗负载电路，可以快速、无极的调节负载力度；对充电电池的充电电流大小是随着阻尼消耗的电流大小而自动调节的，即：阻尼电流大，充电电流大；阻尼电流小，充电电流小；电池若充满了，则阻尼电流不对电池充电；配合三个传感点模块，就可以精确地知道相关机械转动部件的转速和位置信息，传送给控制单元，配合的特有可控恒流源消耗负载电路，控制单元可以在一个机械转动周期内，瞬间施加不同大小的阻尼力，给锻炼者更加舒适、细腻、真实的运动体验；不设阻尼电流和电压的传感硬件，降低了成本，而是由控制单元根据施加的阻尼力大小自动计算出锻炼者的运动量；可知电池电量并可通过外部电源对充电电池进行补电，以防止在较长时间不被使用时，充电电池自耗及电路损耗而造成的亏电现象。
一种模拟现实健身器材的关键电路的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：通过数据信息采集装置和中央处理器，采集使用者的性别、年龄、身高、体重信息用于分组以及计算不同体育运动中体重差别所贡献的阻力系数，使比赛更加真实；
步骤二：使用者在使用过程中的数据包括排名、能量消耗、里程、时间、心率等存储并显示在显示器上；
步骤三：中央处理器根据使用者的身份信息、锻炼需求和使用记录，为使用者提供科学的指导；
步骤四：检测信号输入模块M4检测发电机P的转速，检测信号输入模块M5测量脚蹬A4和脚蹬B5旋转到达的位置，脉冲输出Uout2，检测信号输入模块M6测量轮齿6的转速，脉冲输出Uout3。
综上所述，本发明提出的模拟现实健身器材的关键电路及其使用方法，电路系统通过传感点配合本发明特有的可控恒流源消耗负载电路，控制单元可以在一个运动周期内施加大小不同的阻尼力，给运动者更加舒适，细腻，真实的运动体验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的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本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟现实健身器材的关键电路，其特征在于，包括控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3、检测信号输入模块M4、M5和M6以及大转盘齿轮(3)，稳压模块M3的Vout端输出稳定电源电压V1，分别给控制单元输出执行模块M1、检测信号输入模块M5和M6供电，全桥整流Q的正输出V2，分别连接控制单元输出执行模块M1的Iin腿和检测信号输入模块M4的Vin腿，所述电池组E的输出电压V3分别连接二极管D1、D2的负极，稳压模块M3的Vin脚、检测信号输入模块M4的VCC脚，所述控制单元输出执行模块M1的Iout脚和恒压模块M2的Vin脚和二极管D1的正极相连接，控制单元输出执行模块M1、恒压模块M2、稳压模块M3以及检测信号输入模块M4、M5和M6的GND端相连在一起，并与电池组E和全桥整流Q的负端连接，在控制单元输出执行模块M1的Vin脚和GND脚之间加电压Uin，控制M1的Iin脚至Iout脚之间的恒流的大小，所述交流发电机P接全桥整流Q的两个交流输入端，光电池GB通过电阻R0、二极管D2对电路进行充电。
2.如权利要求1所述的一种模拟现实健身器材的关键电路，其特征在于：控制单元输出执行模块M1由运放器U1、三极管T1、三极管T2、三极管T3、二极管D4、二极管D5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R12、电容C1组成，运放U1的正输入与电阻R3的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的Vin组，电容C1、电阻R1、电阻R3的下端与运放器U1负电源端相连形成控制单元输出执行模块M1的GND，电阻R1、电阻R5的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的Iin脚，三极管T3的发射极与电阻R12的下端相连形成控制单元输出执行模块M1的Iout脚，运放器U1的电源正端与电容C1的上端相连形成控制单元输出执行模块M1的VCC脚，三极管T2与三极管T3是符合结构，其等效与一个PNP结型三极管。
3.如权利要求1所述的一种模拟现实健身器材的关键电路，其特征在于：恒压模块M2由电阻R7、电阻R8、电阻R9、稳压二极管U2、三极管T4构成，其中电阻R6、电阻R8的上端和三极管T4的发射极相连构成恒压模块M2的Vin脚，电阻R7的下端和稳压二极管U2的底端和三极管T4的集电极相连构成M2的GND脚。
4.如权利要求1所述的一种模拟现实健身器材的关键电路，其特征在于：控制单元输出执行模块M1利用电压信号控制恒流源，控制单元通过自身的D/A数模转换，将控制电压Uin加到控制单元输出执行模块M1的Vin电压输入端，控制流经控制单元输出执行模块M1的Iin至Iout恒流电流大小；恒压模块M2，不论流过1、2脚的电流多大，1、2脚之间总保持一个恒定电压值；稳压模块M3，把电池组E的电压降压，且稳定在固定电压值输出；检测信号输入模块M4测量交流发电机P的转速，且以脉冲信号的形式输出Uout1。
5.如权利要求1所述的一种模拟现实健身器材的关键电路，其特征在于：大转盘齿轮(3)的外周面上固定有轮齿(6)，大转盘齿轮(3)位于直径的两大端上分别分布安装有传感点A(1)和传感点B(2)，大转盘齿轮3的圆心处贯穿的转轴上分别固定有脚蹬A(4)和脚蹬B(5)，检测信号输入模块M5固定在支架(7)上，支架(7)与水平面夹角为90°，检测信号输入模块M5采用磁传感器识别脚蹬A(4)和脚蹬B(5)，检测信号输入模块M6采用磁传感器识别轮齿(6)，脚蹬A(4)和脚蹬B(5)通过链条还与发电机P相接，用于识别轮齿(6)传感点，进行轮齿(6)转速测量。
6.一种模拟现实健身器材的关键电路的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过数据信息采集装置和中央处理器，采集使用者的性别、年龄、身高、体重信息用于分组以及计算不同体育运动中体重差别所贡献的阻力系数；
S2：使用者在使用过程中的数据包括排名、能量消耗、里程、时间、心率等存储并显示在显示器上；
S3：中央处理器根据使用者的身份信息、锻炼需求和使用记录，为使用者提供科学的指导；
S4：检测信号输入模块M4检测发电机P的转速，检测信号输入模块M5测量脚蹬A(4)和脚蹬B(5)旋转到达的位置，脉冲输出Uout2，检测信号输入模块M6测量轮齿(6)的转速，脉冲输出Uout3。
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