CN109224398B - 一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统，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转换模块和磁阻控制模块。通过电源调节模块对输入电压进行调节，ADC转换模块将输入电压从模拟值转换成数字值。MCU微控单元对骑行台骑行速度进行实时捕获、计算以及功率拟合，并以数字电压值作为拟合功率的补偿信号，对拟合的功率值进行补偿，得到最终功率数据，再通过无线通讯模块进行无线传输；同时MCU微控单元通过无线通讯模块接收客户端骑行软件的坡度阻力控制信号，实现骑行过程中上下坡的模拟。系统中的无线通讯模块可以根据不同的骑行软件所支持的无线通信协议进行模块的选择，通过更换无线通讯模块便可以与不同的骑行软件进行通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统，使系统的输入电压可变，并且系统可以进行真实骑行环境的模拟。
背景技术
随着社会的发展，生活节奏的加快，越来越多的人开始渐渐注意到健康的重要性，逐渐开始了健身运动。人们更愿意足不出户即可进行健身锻炼，于此同时一个可以在室内即可健身的自行车平台，越来越受到消费者的青睐。因为骑行可以不限时间、不限速度、可以达到减肥健身的效果可以使身材变得匀称；而且骑行过程中踩自行车可以使血管压缩，似的血液循环加速，大脑摄入更多的氧气，再加上吸入大量新鲜空气，会觉得脑筋更清楚；此外这种室内健身骑行台既可以避免户外运动由于不确定因素造成的安全问题，又可以避免天气原因对户外运动的影响。
而目前市面上的智能健身骑行台虽然可以进行数据的无线传输，无线控制，坡度模拟，但是骑行台的电源采用的是固定的电压36V、12V等，致使骑行台输入电压大小不可调节，使一款骑行台不能从大功率骑行台转变成小功率骑行台，或者从小功率骑行台转变成大功率骑行台，使一款智能骑行台既可以支持大功率训练也可以支持小功率训练，并且可以检测出不同输入电压时骑行的速度和功率等数据。
目前，针对智能健身骑行台行业，禹鑫燚、陈伟提出了一种自行车健身器无级调节磁控装置(禹鑫燚，陈伟.自行车健身器无级调节磁控装置：中国， 204447224[P].2015-07-08)，其详细介绍了自行车无级调节的内部机械结构和驱动方式；孔繁斌、于锋、孟令刚提出了一种电磁加阻的超静音智能功率骑行台(孔繁斌、于锋、孟令刚.一种电磁加阻的超静音智能功率骑行台：中国， 106890444A.2017-06-27)，电磁加阻控制时采用大皮带盘以及拆卸自行车后车轮后安装到骑行台上，降低骑行台骑行时的噪声；但是他们均未对实现智能骑行台输入电压可调节，并且根据不同的输入电压大小，使一款骑行台产品可以随心所欲的转变成大功率骑行台，或者小功率骑行台进行研究。
所以对于一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统，通过增加电源调节功能，根据不同的输入电压值实现一款骑行台自由的在大功率骑行台产品和小功率骑行台之间进行转换，从而迎合不同骑行台用户对骑行台功率大小的需求，并且骑行台通讯方式可以通过使用不同无线通讯协议的无线通讯模块来实现与不同无线通信协议的骑行台客户端软件进行无线通信，成为了智能健身骑行台发展的新趋势。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述问题，提供一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统。
本发明的核心是基于智能骑行台实现智能骑行台的输入电压可调、无线通讯方式可更换、速度值实时输出、并且系统可根据不同的输入电压，和实时的速度值获得骑行过程中相应的功率值；并且，本系统中的无线通讯模块可以根据不同的骑行台软件所支持的无线通信协议进行更换，使智能骑行台支持更多的无线通信协议，并且采用模块化设计使无线模块的更换更加方便。
一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统，利用了电源调节模块通过可调电位器对系统的输入电压进行调节，系统的输入电压不小于5V，并且不大于行业规定的人体安全电压36V；MCU微控单元对系统进行数据实时处理，MCU微控单元接收速度采集模块采集到的速度脉冲，将接收到的速度脉冲经过处理后计算出实时的速度值，再将速度值进行拟合后得到功率值；ADC转换模块对系统经过电压调节模块调节后的电压进行模数转换，使电压值由模拟信号转换成数字信号的电压值，以数字信号的电压值作为在36V电压输入时通过速度和功率拟合后，所获得的拟合功率的反馈信号，对拟合功率进行功率补偿，使得系统不同的输入电压均可以输出相对精确的实时功率值。使系统可以根据不同的输入电压值实现骑行台可以在大功率骑行台产品和小功率骑行台之间进行来回转换，迎合不同骑行台用户对骑行台功率大小的需求。
本发明为解决现有技术问题所采用的技术方案是：
一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统，系统的输入电压可以进行调节，系统通过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，实现不同输入电压情况下，系统均可以实现数据的无线传输，并且系统均可以输出精确的速度和功率值，具体包括：
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系统中的磁阻控制模块提供电磁感应效应的电压，另一方面为系统的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系统中的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系统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；系统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可以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，使智能骑行台可以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；再根据系统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：
4.1)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；
4.2)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)
4.3)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)
4.4)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，再通过系统无线通讯模块进行无线传输。
本发明的优点和积极效果是：
本发明是基于一种输入电压可调的智能骑行台控制系统，系统的输入电压不小于5V，并且不大于行业规定的人体安全电压36V；系统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，也可以使智能骑行台自动变成小功率骑行台。系统的MCU微控单元接收速度采集模块采集到的速度脉冲，将接收到的速度脉冲经过处理后计算出实时的速度值，再将速度值进行拟合后得到功率值；同时，系统通过ADC转换模块将输入电压从模拟信号转换成数字信号，MCU微控单元将ADC转换模块获得的数字信号电压值作为拟合功率的反馈信号，从而对拟合功率进行补偿，使系统只需要一个速度采集模块就可以得到智能健身骑行台的速度值和功率值，并且系统的输入电压不同时也可以通过对功率进行补偿获得系统在不同输入电压的情况下，骑行台骑行过程对应的功率值。系统的无线通讯部分采用模块化设计，使系统可以根据不同的骑行台软件所支持的蓝牙通信协议或者ANT+通信协议进行无线通讯模块的更换，从而实现与不同的骑行软件进行相互对接。此种对接只需要根据所使用的骑行软件所支持的无线通信协议，在系统的程序部分进行简单修改而无需对系统硬件进行大的改动即可实现。
附图说明
图1为本发明的应用环境的示意图；
图2为本发明的系统原理框图；
具体实施方式
以下为结合附图对本发明的实施做进一步详述。
一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统，如附图1(本发明的应用环境示意图)所示：一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统应用环境包括：智能骑行台固定架1、一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统2、PC客户端3、自行车4。使用时将自行车4固定在智能骑行台固定架1上；一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统2安装在智能骑行台固定架1的后端，其中一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统2的磁阻控制模块的一端与智能骑行台固定架1 后端的电磁铁线圈相连接；一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统2与PC 客户端3进行无线连接。一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统2传输骑行数据至客至PC客户端3，同时PC客户端3发送控制指令至一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统2，实现骑行台磁阻大小的调节，进而对真实骑行时的路况进行模拟。
结合图2，本发明的系统原理框图
对于本发明所描述的一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统它包括：
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系统中的磁阻控制模块提供电磁感应效应的电压，另一方面为系统的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系统中的MCU微控单元、无线通讯模块、速度采集模块、ADC转换模块、提供驱动电压，并为磁阻控制模块提供 PWM控制电压；通过不同的PWM控制电压来调节磁阻控制模块的电磁感应现象的强弱，进而模拟不同路况的上下坡效果。
MCU微控单元：
MCU微控单元可以使用STM32系列低成本单片机作为系统的MCU微处理器，并结合相应的最小系统电路组成系统的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系统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；
MCU微控单元捕获速度采集模块的速度脉冲，将捕获到的脉冲结合所用的时间通过相应的速度计算公式进行实时速度的计算，计算出速度值通过功率拟合算法根据不同的速度值拟合出相对应的功率值。
MCU微控单元捕获速度采集模块的脉冲信息，MCU微控单元通过内部定时器中断获取捕获到的相邻两个速度脉冲信号的时间，比如t＝0.05秒，使用的骑行台磁阻控制模块半径为r＝0.23米，π取3.14，则此时利用速度计算公式计算出的速度值为：
S＝2πr/t＝2*3.14*0.23/0.05＝28.888(米/秒)
经过实验后测得的磁阻为平路时的功率拟合参数为： a＝1.29916706173180*0.00001，b＝-0.00322492103025074，c＝0.29628686996， d＝1.3025560405，e＝-0.6450141296，则经过功率拟合算法计算出的拟合功率为：
P0＝aS4+bS3+cS2+dS+e＝215.5423(瓦)
系统的电源调节模块输入36V电压，电源调节模块的可调电位器也调节至最大电压处(当输入为36V时可调电位器调节至最大电压处时，此时的系统输入电压为36V)，经过ADC转换模块系统的输入电压从模拟值转换成数字电压值，MCU微控单元接收经过ADC转换模块转换后的输入电压数字值，此时输入电压数值为36，根据补偿系数k的计算公式可以得到补偿系数为：
k＝36/36＝1
将补偿系数带入功率补偿公式中，则根据功率补偿公式得到的最终功率为：
P1＝kP0＝1*215.5423＝215.5423(瓦)
则通过速度计算公式、功率拟合计算公式、补偿系数计算公式以及功率补偿计算公式计算出的速度值28.888(米/秒)、补偿后的功率值215.5423(瓦) 即为系统通过无线通讯模块发送出去的最终速度值和功率值。
MCU微控单元通过无线连接接收来自客户端骑行软件(以下为连接UH3.0 ANT+版本的骑行软件)的坡度阻力控制信号，MCU微控单元对接收到的坡度阻力信号进行解码后进行数据提取，再将提取到的数据进行坡度值匹配，进而将匹配的坡度值作为磁阻控制模块的PWM控制信号，从而使系统自动调节智能骑行台的磁阻大小，模拟真实骑行道路的上下坡，如接收的坡度信号数据如下：
| 0xaa | 0xbb | 0xcc | 0xdd | 0x01 | 0x00 | 0xff | 0xff |
其中MCU微控单元接收到的8个字节后，先对8个字节数据进行解码，解码的依据为信息的帧头4个字节(0xaa,0xbb,0xcc,0xdd)与帧尾2个字节 (0xff,0xff)。若帧头4个字节分别为0xaa,0xbb,0xcc,0xdd，帧尾2个字分别为 0xff,0xff，则表示接收到的信息为坡度阻力信息，在对8字节中的第5位和第6 位进行提取，使用第5位字节信息为坡度阻力信息的低位，第6位字节信息为坡度阻力信息的高位，进行组合，得到骑行台的此刻的坡度值，将此坡度值进行匹配，最后将匹配后的坡度值作为磁阻控制模块的PWM控制信号，进而通过磁阻控制模块对系统磁阻大小进行自动调节。
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。
无线通讯模块根据所使用的骑行软件所支持的无线通信协议进行选择，当时用UH3.0ANT+版本骑行软件时，应使用ANT+无线通讯模块。此时，无线通讯模块通过ANT+(fe-c)无线通信协议实现与客户端骑行软件无线连接；无线通讯模块接收来自骑行软件的控制信息(坡度阻力控制信号)，将接收到的控制信息发送至MCU微控单元；同时，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客户端骑行软件，进而驱动客户端骑行软件进行骑行体验。
速度采集模块：
速度采集模块使用光电传感器作为速度采集模块的速度采集传感器，速度采集模块输入端连接电源调节模块中的降压电路降压后的电压输出端，速度采集模块的输出端连接MCU微控单元，速度采集模块将采集到的速度脉冲发送至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；ADC转换模块将系统经过电压调节模块中可调电位器调节后的从模拟信号转换成数字电压信号，并将数字电压信号发送至MCU微控单元。
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中可调电位器调节后的输入电压，当给其通电后，其连接的外界线圈由于电磁感应现象的缘故，使其充当骑行台中的电磁铁，进而模拟骑行的上坡、平路和下坡的骑行效果。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。
以上是整个系统的控制情况，由于一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统的输入电压不小于5V，并且不大于行业规定的人体安全电压36V；系统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，输入电压大可以使骑行台变成大功率骑行台，输入电压小可以使骑行台变成小功率骑行台。系统的MCU 微控单元接收速度采集模块采集到的速度脉冲，将接收到的速度脉冲经过处理后计算出实时的速度值，再将速度值进行拟合后得到功率值；同时，系统通过ADC 转换模块将输入电压从模拟信号转换成数字信号，MCU微控单元将ADC转换模块获得的数字信号电压值作为拟合功率的反馈信号，从而对拟合功率进行补偿，使系统只需要一个速度采集模块就可以得到智能健身骑行台的速度值和功率值，并且系统的输入电压不同时也可以通过对功率进行补偿获得系统在不同输入电压的情况下，骑行台骑行过程对应的功率值。系统的无线通讯部分采用模块化设计，使系统可以根据不同的骑行台软件所支持的无线通信协议进行无线通讯模块的更换，从而实现与不同的骑行软件进行相互对接。系统中电源调节模块、 MCU微控单元、无线通讯模块、速度采集模块、ADC转换和磁阻控制模块，这 6个模块相互合作，共同组成了一种输入电压可调节的智能骑行台控制系统。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (1)
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。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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