CN109324538A - 基于智能骑行台的体感转向运动控制系统 - Google Patents

基于智能骑行台的体感转向运动控制系统 Download PDF

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禹鑫燚
张强
欧林林
陆文祥
冯远静
王煦焱
范振雍
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Abstract

基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，包括电源模块、MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块和MPU6050陀螺仪传感器模块；电源模块通过降压电路将系统输入电压降压至稳定的3.3伏直流电压，为系统中其他各个模块提供驱动电压；MPU6050陀螺仪传感器模块实时采集并向MCU微控单元实时传输骑行台体感转向运动的角度信号；系统中的按键遥控模块既可以对MPU6050陀螺仪传感器模块进行角度校准，也可以通过按键实现对客户端骑行软件的功能和模式的遥控，并将校准和遥控信号发送至MCU微控单元；系统中的蓝牙通信模块通过蓝牙无线通信协议将实时角度信号、按键遥控信号进行无线发送，实现对客户端骑行软件中虚拟人物的骑行轨迹的控制和骑行软件功能与模式的无线遥控。

Description

基于智能骑行台的体感转向运动控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，可对骑行过程中的骑行转向进行真实模拟，并且可实现对客户端骑行软件的无线遥控。
背景技术
随着社会的发展，人们生活水平的提高，越来越多的人开始关注如何提升自己的生活品质，骑行运动渐渐受到越来越多的人的青睐。骑行是需要大量氧气的运动，可以起到强化心脏功能、预防高血压的功效。但是骑行常常受到天气等状况的影响，使越来越多的人趋向于使用自行车骑行台进行室内骑行锻炼，不仅可以起到健身的作用还能够避免天气原因对户外骑行运动的影响。
对于室内骑行而言，骑行台虽然可以实现足不出户，在家即可以进行骑行运动，并且通过不同的骑行软件，可以在室内骑行过程中体验世界各地不同的骑行路线，并通过实景骑行系统领略世界各地的最美骑行路线的实景风光。
目前，针对骑行台控制系统的设计，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)，极大程度的降低了骑行台骑行过程中产生的噪声；刘宇程、王岳、宋璟祺提出了一种自行车骑行台转向接收装置(刘宇程、王岳、宋璟祺.自行车骑行台转向接收装置：中国，207225545U.2018-04-13)，只是阐述了一种通过自行车转动的前轮装置，仅仅只是一种机械结构的设计；他们对如何实现骑行台骑行过程中进行体感控制以及实现对骑行软件的无线控制均未提出解决方案。
所以对于基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，通过增加MPU6050陀螺仪传感器模块进行骑行角度的捕捉，增加按键遥控模块和蓝牙无线通信模块实现数据的无线传输，以及对骑行软件的无线遥控，成为了健身骑行台行业发展的新趋势。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述问题，提供一种基于智能骑行台的体感转向运动控制系统。
首先该系统使用MPU6050陀螺仪模块实现对骑行台骑行过程中角度信号的实时跟踪，并将角度信号发送至MCU微控单元；其次，该系统使用了按键遥控模块对MPU6050陀螺仪传感器模块进行校准、对客户端骑行软件的功能和模式进行无线遥控；最后，该系统通过蓝牙通信模块的蓝牙无线通信协议，实现角度信号和客户端软件的无线遥控信号的发送，从而对客户端骑行软件的控制。
本发明为解决现有技术问题所采用的技术方案是：
基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，MCU微控单元与MPU6050陀螺仪传感器模块双向通信连接，MCU微控单元还连接按键遥控模块、蓝牙通信模块，蓝牙通信模块连接客户端骑行软件；通过MCU微控单元、蓝牙无线通信技术和MPU6050陀螺仪传感器技术实现对自行车骑行台骑行过程中运动角度的捕捉，并通过蓝牙无线通信技术将运动角度信号发送至客户端软件，实现对客户端软件虚拟骑行路径的控制；同时通过按键遥控模块实现对MPU6050陀螺仪的校准、对客户端骑行软件的无线遥控，具体包括：
电源模块：电源模块与MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块、MPU6050陀螺仪传感器模块相连接；电源模块将输入电压转变成稳定的3.3伏直流电压，并将稳定的直流电压输出至与MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块和MPU6050陀螺仪传感器模块；
MCU微控单元：MCU微控单元与电源模块、蓝牙通信模块、按键遥控模块、MPU6050陀螺仪传感器模块相连接；MCU微控单元接收来自MPU6050陀螺仪传感器模块的角度信号；MCU微控单元将角度信号发送至蓝牙通信模块；MCU微控单元接收按键遥控模块的按键遥控信号，并将按键遥控信号送至蓝牙通信模块；
蓝牙通信模块：蓝牙通信模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为蓝牙通信模块提供驱动电压；蓝牙通信模块接收来自MCU微控单元的角度信号、校准信号和按键遥控信号；并将角度信号和按键遥控信号通过蓝牙无线通信协议发送至外部蓝牙设备；
按键遥控模块：按键遥控模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为按键遥控模块提供驱动电压；按键遥控模块将按键遥控信号送至MCU微控单元，由MCU微控单元再将按键遥控信号发送至MPU6050陀螺仪传感器模块和蓝牙通信模块；
MPU6050陀螺仪传感器模块：MPU6050陀螺仪传感器模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为MPU6050陀螺仪传感器模块提供驱动电压；MPU6050陀螺仪传感器模块将捕获到的运动角度信号发送至MCU微控单元；MPU6050陀螺仪传感器模块接收来自MCU微控单元的校准信号，对MPU6050陀螺仪传感器模块进行校准；所述的MPU6050陀螺仪传感器模块通过实时采集骑行台骑行过程中自行车车头的转向运动角度信号，并将角度信号发送至MCU微控单元，再由MCU微控单元将角度信号发送至蓝牙通信模块，由蓝牙通信模块通过蓝牙无线通信协议将运动角度信号发送至客户端软件，客户端软件根据接收到的角度信号实现对客户端骑行软件中虚拟骑行人物的骑行轨迹的控制。
所述的按键遥控模块既可以实现对陀螺仪传感器模块角度信号进行校准，同时，也可以通过按键模块中的按键实现对客户端骑行软件的功能和模式的无线遥控。
本发明的优点和积极效果是：
本发明是基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，通过使用MPU6050陀螺仪传感器块实现对骑行过程中用户身体转动带动自行车车头转动，捕捉自行车车头的转动角度，并将该角度信号最终通过蓝牙无线通信模块进行发送，从而使骑行软件中的虚拟人物也发生相同角度的转动。基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，通过使用按键遥控模块实现MPU6050陀螺仪传感器初始角度的校准，并通过按键和蓝牙通信模块的结合实现对骑行软件的功能菜单和模式选择进行无线遥控，使用户骑行过程中不用下车，既可以实现对客户端骑行软件的操作，既增加了骑行台骑行运动的便利性，也增加了骑行台骑行过程中的趣味性。
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。
一种基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，如附图1(本发明的应用环境图)所示：平台组成主要包括客户端骑行软件1、智能骑行台2、自行车3、基于智能骑行台的体感转向运动控制系统4。其中客户端骑行软件1安装在用户的电脑上；客户端骑行软件1通过无线通信协议与智能骑行台2建立无线连接，接收从智能骑行台2的速度和功率等信号，驱动客户端骑行软件1进行虚拟实景骑行；自行车3通过智能骑行2的固定支架进行固定，使自行车3的后轮与智能骑行台2的滚轮进行紧密贴合；基于智能骑行台的体感转向运动控制系统4安装在自行车2的自行车车头正中间位置a处；用户在骑行过程中通过身体的角度扭动带动自行车车头的转动，从而模拟真实骑行过程中的转向运动，再通过基于智能骑行台的体感转向运动控制系统4中的蓝牙通信模块传输至客户端骑行软件1，控制客户端骑行软件1中的虚拟人物进行骑行转向运动；基于智能骑行台的体感转向运动控制系统4中的按键遥控模块对客户端骑行软件1的功能和模式进行无线遥控。
结合图2，本发明的系统原理框图
对于本发明所描述的基于智能骑行台的体感转向运动控制系统它包括：
电源模块：
电源模块与MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块、MPU6050陀螺仪传感器模块相连接。
电源模块的输入电压大于4.75伏，小于12伏，通过AMS1117-3.3降压芯片将电源模块的输入电压降压到稳定的3.3伏，从而为MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块和MPU6050陀螺仪传感器模块提供3.3伏的工作电压。
MCU微控单元：
MCU微控单元与电源模块、蓝牙通信模块、按键遥控模块、MPU6050陀螺仪传感器模块相连接。MCU微控单元采用高性能、低成本、低功耗的STM32F103系列主芯片，并结合最小系统组成系统的MCU微控单元，MCU微控单元需要+3.3V外部供电，由供电模块提供。
MCU微控单元接收来自MPU6050陀螺仪传感器模块的角度信号和来自按键遥控模块的按键遥控信号；并将这两种信号发送至系统中的蓝牙通信模块，由蓝牙通信模块通过蓝牙无线通信协议将骑行过程中由于人体带动自行车车头的转向，而产生的转向运动信号(角度信号)传输至客户端骑行软件；同时将按键信号也传输至客户端骑行软件，使用户骑行过程中不需要下车，既可以实现对骑行软件的无线遥控操作。
蓝牙通信模块：
蓝牙通信模块与电源模块、MCU微控单元相连接；蓝牙模块采用DX-BT05蓝牙4.0模块，电源模块为蓝牙通信模块提供3.3伏的驱动电压。
蓝牙通信模块接收来自MCU微控单元骑行过程中由于人体带动自行车车头的转向，而产生的转向运动信号(角度信号)和按键遥控信号；并将角度信号和按键遥控信号通过蓝牙无线通信协议发送至客户端骑行软件；
按键遥控模块：
按键遥控模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为按键遥控模块提供3.3伏的驱动电压。按键模块使用普通按键，通过电路连接至MCU微控单元的主控芯片——STM32F103系列单片机的引脚上。
按键遥控模块将按键遥控信号送至MCU微控单元，当给系统上电，启动系统时，需要先通过按键模块对MPU6050陀螺仪模块进行校准，校准完毕后通过按键进行确认。此外系统通过蓝牙无线通信协议与客户端骑行软件建立连接后，用户可以不再使用电脑鼠标对骑行软件进行操作，用户可以直接通过按键遥控模块进行骑行软件的功能和模式选择，在骑行过程中可以通过按键遥控暂停、退出、继续骑行等操作，使用户骑行过程中不需要下车既可以实现对骑行软件的控制。
MPU6050陀螺仪传感器模块：
MPU6050陀螺仪传感器模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为MPU6050陀螺仪传感器模块提供3.3伏的驱动电压；MPU6050陀螺仪传感器模块的输出引脚与MCU微控单元的主控芯片——STM32F103系列单片机相连接。
MPU6050陀螺仪传感器模块，在系统上电后先通过按键遥控模块对其进行校准，校准后MPU6050陀螺仪传感器模块实时检测用户骑行时由于人体带动自行车车头的转向，而产生的转向运动信号(角度信号)，并将角度信号发送至STM32F103系列单片组成的MCU主控模块中，由MCU主控模块将角度信号发送至蓝牙通信模块，在由蓝牙通信模块通过蓝牙无线通信协议传输至客户端骑行软件，从而使客户端骑行软件中的虚拟人物与现实中通过骑行台进行骑行时产生相同角度的转向运动，进而改变客户端骑行软件中虚拟人物的骑行运动轨迹，增加骑行台的游戏趣味性。
以上是整个系统的控制情况，基于智能骑行台的体感转向运动控制系统由于MPU6050陀螺仪传感器模块的存在，使系统可以实时采集用户骑行过程中通过人体带动自行车车头的转向，而产生的转向运动信号(角度信号)；由于按键遥控模块的存在，使用户得以对MPU6050陀螺仪传感器模块进行校准，并通过按键实现用户骑行过程中无需下车即可实现对客户端骑行软件的控制；由于蓝牙通信模块的存在，使系统得以利用蓝牙无线通信协议实现数据的无线传输，而不需要通过传输线与客户端软件进行连接，使系统使用起来更加便利。
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 (3)

1.一种基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，其特征在于：MCU微控单元与MPU6050陀螺仪传感器模块双向通信连接，MCU微控单元还连接按键遥控模块、蓝牙通信模块，蓝牙通信模块连接客户端骑行软件；通过MCU微控单元、蓝牙无线通信模块和MPU6050陀螺仪传感器实现对自行车骑行台骑行过程中运动角度的捕捉，并通过蓝牙无线通信技术将运动角度信号发送至客户端软件，实现对客户端软件虚拟骑行路径的控制；具体包括：
电源模块：电源模块与MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块、MPU6050陀螺仪传感器模块相连接；电源模块将输入电压转变成稳定的3.3伏直流电压，并将稳定的直流电压输出至与MCU微控单元、蓝牙通信模块、按键遥控模块和MPU6050陀螺仪传感器模块；
MCU微控单元：MCU微控单元与电源模块、蓝牙通信模块、按键遥控模块、MPU6050陀螺仪传感器模块相连接；MCU微控单元接收来自MPU6050陀螺仪传感器模块的角度信号；MCU微控单元将角度信号发送至蓝牙通信模块；MCU微控单元接收按键遥控模块的按键遥控信号，并将按键遥控信号送至蓝牙通信模块；
蓝牙通信模块：蓝牙通信模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为蓝牙通信模块提供驱动电压；蓝牙通信模块接收来自MCU微控单元的角度信号、校准信号和按键遥控信号；并将角度信号和按键遥控信号通过蓝牙无线通信协议发送至外部蓝牙设备；
按键遥控模块：按键遥控模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为按键遥控模块提供驱动电压；按键遥控模块将按键遥控信号送至MCU微控单元，由MCU微控单元再将按键遥控信号发送至MPU6050陀螺仪传感器模块和蓝牙通信模块；
MPU6050陀螺仪传感器模块：MPU6050陀螺仪传感器模块与电源模块、MCU微控单元相连接；电源模块为MPU6050陀螺仪传感器模块提供驱动电压；MPU6050陀螺仪传感器模块将捕获到的运动角度信号发送至MCU微控单元；MPU6050陀螺仪传感器模块接收来自MCU微控单元的校准信号，对MPU6050陀螺仪传感器模块进行校准。
2.根据权利要求1所述的基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，其特征在于：所述的MPU6050陀螺仪传感器模块通过实时采集骑行台骑行过程中自行车车头的转向运动角度信号，并将角度信号发送至MCU微控单元，再由MCU微控单元将角度信号发送至蓝牙通信模块，由蓝牙通信模块通过蓝牙无线通信协议将运动角度信号发送至客户端软件，客户端软件根据接收到的角度信号实现对客户端骑行软件中虚拟骑行人物的骑行轨迹的控制。
3.根据权利要求1所述的基于智能骑行台的体感转向运动控制系统，其特征在于：所述的按键遥控模块对MPU6050陀螺仪传感器模块的角度信号进行校准，或者通过按键遥控模块中的按键实现对客户端骑行软件的功能和模式的无线遥控。
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