CN117388518A - 一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光电感应的E‑bike轮速检测装置，包括光电传感器和反光条；所述反光条设置在轮毂上，所述光电传感器与车架固定；所述光电传感器包括发射组件和接受组件；所述反光条能随轮毂旋转到与红外发射组件相对应，当反光条与发射组件相对应时，所述发射组件发射红外光，经过反光条反射后，接受组件接收到反光条所反射的反射红外光；通过检测到的两个反光条的时间间隔计算车轮速度，可以通过调整光电传感器与反光条之间的感应距离；不用改变轮毂的形状，适用于大部分的轮毂，同时适用于各类外置测速的E‑bike。
Description
技术领域
本发明涉及测速领域，尤其涉及光电感应的轮速检测。
背景技术
E-bike的测速一般是在后叉上安装一个霍尔芯片的传感器设备，同时在辐条上固定一粒或数粒磁钢，当车轮转动磁钢经过传感器时传感器输出的TTL电平信号会翻转，控制器通过数个相邻反转电平的时间间隔计算转速。此种利用霍尔感应原理的传感器对于安装距离有较为严格的要求，一般的安装距离在5～20mm左右，且需要在传感器正前方安装，因此这种传感器不仅感应距离短且安装不便。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，通过光电传感器发射红外线，经过反光条反射后再由光电传感器接收，通过检测到的两个反光条的时间间隔计算车轮速度。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置包括光电传感器和反光条；所述反光条设置在轮毂上，所述光电传感器与车架安装；所述光电传感器包括发射组件和接受组件；所述反光条能随轮毂旋转到与发射组件相对应，当反光条与红外发射组件相对应时，所述发射组件发射红外光，经过反光条反射后，接受组件接收到反光条所反射的反射红外光。
进一步的，所述光电传感器还包括MCU微控制单元；所述接受组件接收到反射红外光后输出Vout输出电压，所述MCU微控制单元检测Vout输出电压的波动情况。
进一步的，所述发射组件包括IR红外二极管和Rlimit可调电阻；所述Rlimit可调电阻改变阻值使红外二极管的If电流改变，所述红外二极管辐射强度和If电流的大小成正相关。
进一步的，所述接受组件包括PT光电三极管和RL可调电阻；所述PT光电三极管的Ic电流和反射光强度成正相关，所述接受组件输出的Vout输出电压随Ic电流改变而改变。
进一步的，所述Vout输出电压受到Rlimit可调电阻阻值和RL可调电阻阻值的影响；所述反光条离传感器过远时需要调节Rlimit可调电阻阻值和RL可调电阻的阻值以增大对反光条的感应距离。
进一步的，所述红外发射组件和接受组件与Q1三极管、R1电阻、C1电容和C2电容组成光敏电路，所述光敏电路的R1电阻端输入信号为周期性PWM脉冲，所述光敏电路的PWM口的电平输出控制Q1三极管的导通和截止，所述光敏电路输出AD信号，即Vout输出电压。
进一步的，所述MCU微控制单元由PA2端口接收到AD信号，所述反光条经过时PA3端口输出高电平，所述反光条没有经过时PA3端口则不输出。
进一步的，所述MCU微控制单元的PA3端口输出高电平通过R5电阻输入到测速信号输出电路中Q2三极管的基极，所述测速信号输出电路接收到PA3端口输出高电平时输出低电平，没有接收到PA3端口输出高电平时输出高电平，所述测速信号输出电路输出端信号传输到控制器，所述控制器根据数个相邻低电平脉冲的时间间隔均值计算出车轮的转速。
进一步的，所述红外光电二极管和光电三极管之间用挡光板进行隔开，所述红外光电二极管无法通过挡光板。
进一步的，所述光敏电路、MCU微控制单元和测速信号输出电路组成电路板，所述电路板设置在镂空的传感器外壳内，所述传感器外壳在镂空处设置透光板，电路板、透光板和传感器外壳组合成光电传感器；所述光电传感器设置在车架上，且透光板一侧面向轮毂侧面。
有益效果：本发明的通过光电传感器发射红外线，经过反光条反射后再由光电传感器接收，通过检测到的两个反光条的时间间隔计算车轮速度，同时通过透光板和光敏电路的R1电阻端输入信号为周期性PWM脉冲，减少环境光对光电传感器测量的影响，通过调整光电传感器与反光条之间的感应距离；不用改变轮毂的形状，适用于大部分的轮毂，同时适用于各类外置测速的E-bike。
附图说明
附图1光电传感器原理图；
附图2光敏电路图；
附图3MCU微控制单元电路图；
附图4测速信号输出电路；
附图5MCU微控制单元判断逻辑流程图；
附图6光电传感器示意图；
附图7车轮上反光条分布图；
附图8光电传感器安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1-8所示，一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，包括光电传感器42和反光条1；所述反光条1设置在轮毂41上，所述光电传感器42与车架43安装；所述光电传感器42包括发射组件和接受组件；所述反光条1能随轮毂41旋转到与红外发射组件相对应，当反光条1与发射组件相对应时，所述发射组件发射红外光，经过反光条1反射后，接受组件接收到反光条1所反射的反射红外光。
所述光电传感器还包括MCU微控制单元21；所述接受组件接收到反射红外光后输出Vout输出电压8，所述MCU微控制单元21检测Vout输出电压8的波动情况。
如附图1所示，所述红外发射组件包括IR红外二极管4和Rlimit可调电阻2；所述Rlimit可调电阻2改变阻值使红外二极管4的If电流6改变，所述红外二极管4辐射强度和If电流6的大小成正相关；Rlimit可调电阻2越大则If电流6越小，If电流6减小红外二极管4辐射强度也会随之减弱。红外二极管可在有顺向电流通过的情况下辐射红外光，且通过电流越大辐射强度越强，且红外光人眼不可见，可避免影响视线。
如附图1所示，所述接受组件包括PT光电三极管5和RL可调电阻3；所述PT光电三极管5的Ic电流7和反射光强度成正相关，所述接受组件输出的Vout输出电压8随Ic电流7改变而改变；反射光强度越强则Ic电流7越大，由于Vout＝Vcc-Ic*RL，Ic电流7增大Vout输出电压8会随之减小；所述PT光电三极管5特性是在有光辐照的情况下会导通，无辐照则会截止。
如附图1所示，所述Vout输出电压8受到Rlimit可调电阻2阻值和RL可调电阻3阻值的影响；所述反光条1离传感器过远时需要调节Rlimit可调电阻2阻值和RL可调电阻3的阻值以增大对反光条1的感应距离。调节Rlimit电阻阻值会改变If电流6，调节RL电阻阻值会改变Ic电流7；因此在If电流6和Ic电流7改变时，会影响Vout输出电压，因此这两个电阻阻值会影响光电三极管4感应遮光条的距离；阻值选定可达到50mm的感应距离。
如附图2所示，所述红外发射组件和接受组件与Q1三极管12、R1电阻11、C1电容13和C2电容14组成光敏电路，IR红外二极管4的输入端和PT光电三极管5集电极输入稳定电压，同时IR红外二极管4的输入端和PT光电三极管5集电极通过C1电容13和C2电容14并联的电路接地；R红外二极管4的输出端接入Q1三极管12的集电极，周期性PWM脉冲通过R1电阻11输入到Q1三极管12的基极，Q1三极管12的发射极通过R3电阻2接地，PT光电三极管5通过R2电阻3接地；R2电阻3端的的电压为光敏电路输出AD信号，即Vout输出电压8；
如附图2所示，所述光敏电路的PWM口的电平输出控制Q1三极管12的导通和截止，当PWM为高电平时，Q1三极管12导通，IR红外二极管4发射红外线；当PWM为低电平时，Q1三极管12截止，IR红外二极管4不发射红外线；PWM的一个周期中高电平时间设置为350us，低电平时间为50ms，此设置已可确保检测到轮子快速转动时的反光条1；
相较于直流输出，周期性脉冲波可以降低环境光干扰，因为直流输出时MCU微控制单元21无法判断R2电阻3端的电压变化是反光条反射红外二极管4的辐照导致的还是环境光导致的。
如附图3所示，所述MCU微控制单元21由PA2端口接收到AD信号，所述反光条1经过时PA3端口输出高电平，所述反光条1没有经过时PA3端口则不输出；AD信号8通过R4电阻22接入到MCU微控制单元21的PA2端口，同时通过R4电阻22串联C8电容23后接地；MCU微控制单元21的VDD端口通过C9电容24接入到VSS端口，VSS端口接地；MCU微控制单元21的PB0INRST端口通过C7电容25接地。
如附图5所示，周期PWM脉冲波的高低电平会引起本R2电阻3端的电压波动通过判端R2电阻3端的电压差值来检测是否有反光条经过，判断逻辑流程，当PWM输出高电平脉冲时，MCU微控制单元21得到采样端的电压V1，当PWM输出低电平脉冲时，MCU微控制单元21得到采样端的电压V2；设定Δoffset＝V1-V2为自身偏移电压，同时设定反光条1贴紧时，MCU微控制单元21得到采样端的最大电压V3，设定Δmax＝V3-V1；当Δoffset大于或等于Δmax的三分之一时，则确定有反光条1经过，MCU微控制单元21输出高电平；当Δoffset小于Δmax的三分之一时，则不输出；
反光条1距离光电传感器距离越远，反光条1反射光强度越弱，光电三极管5输出的电压V1也会减小，即Δoffset会减小。
如附图4所示，所述MCU微控制单元21的PA3端口输出高电平通过R5电阻31输入到测速信号输出电路中Q2三极管32的基极，Q2三极管32的发射极接地，5V电压通过R6电阻33输入到测速信号输出电路接入到Q2三极管32的集电极，Q2三极管32的集电极通过R7电阻34输出信号；所述测速信号输出电路接收到PA3端口输出高电平时，Q2三极管32导通，测速信号输出电路通过R7电阻34输出低电平，没有接收到PA3端口输出高电平时，Q2三极管32截止，测速信号输出电路通过R7电阻34输出高电平，测速信号输出电路输出端信号传输到控制器，所述控制器根据数个相邻低电平脉冲的时间间隔均值计算出车轮的转速。
如附图1所示，所述红外光电二极管4和光电三极管5之间用挡光板9进行隔开，防止红外二极管4发出的红外光不经过反光条1反射直接被光电三极管5接收；防止MCU微控制单元21误判反光条1经过。
如附图6-8所示，所述光敏电路、MCU微控制单元(21)和测速信号输出电路组成电路板(44)，所述电路板(44)设置在镂空的传感器外壳内，所述传感器外壳在镂空处设置透光板(45)，电路板(44)、透光板(45)和传感器外壳组合成光电传感器(42)；所述光电传感器(42)设置在车架(43)上，且透光板(45)一侧面向轮毂(41)侧面。
所述透光板材质为透红外PC，可透过红外光，对可见光屏蔽率极高，也可有效降低环境光线对内部电路光敏元件的干扰。
实施例
检测速度时，周期性PWM脉冲通过R1电阻11输入到Q1三极管12的基极，当PWM为高电平时，Q1三极管12导通，IR红外二极管4发射红外线；当PWM为低电平时，Q1三极管12截止，IR红外二极管4不发射红外线；
当PWM输出高电平脉冲时，MCU微控制单元21得到采样端的电压V1，当PWM输出低电平脉冲时，MCU微控制单元21得到采样端的电压V2；设定Δoffset＝V1-V2为自身偏移电压，同时设定反光条1贴紧时，MCU微控制单元21得到采样端的最大电压V3，设定Δmax＝V3-V1；当Δoffset大于或等于Δmax的三分之一时，则确定有反光条1经过，MCU微控制单元21输出高电平；当Δoffset小于Δmax的三分之一时，则不输出；
MCU微控制单元21的PA3端口输出高电平通过R5电阻31输入到测速信号输出电路中Q2三极管32的基极，测速信号输出电路接收到PA3端口输出高电平时，Q2三极管32导通，测速信号输出电路通过R7电阻34输出低电平，没有接收到PA3端口输出高电平时，Q2三极管32截止，测速信号输出电路通过R7电阻34输出高电平，测速信号输出电路输出端信号传输到控制器，控制器根据数个相邻低电平脉冲的时间间隔均值计算出车轮的转速。
以上为本发明记载的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理的情况下，还可以做出若干的改进和润饰，这些改进和润饰也应当同样视为本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：包括光电传感器(42)和反光条(1)；所述反光条(1)设置在轮毂(41)上，所述光电传感器(42)与车架(43)安装；所述光电传感器(42)包括发射组件和接受组件；所述反光条(1)能随轮毂(41)旋转到与发射组件相对应，当反光条(1)与发射组件相对应时，所述发射组件发射红外光，经过反光条(1)反射后，接受组件接收到反光条(1)所反射的反射红外光。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述光电传感器还包括MCU微控制单元(21)；所述接受组件接收到反射红外光后输出Vout输出电压(8)，所述MCU微控制单元(21)检测Vout输出电压(8)的波动情况。
3.根据权利要求2所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述发射组件包括IR红外二极管(4)和Rlimit可调电阻(2)；所述Rlimit可调电阻(2)改变阻值使红外二极管(4)的If电流(6)改变，所述红外二极管(4)辐射强度和If电流(6)的大小成正相关。
4.根据权利要求3所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述接受组件包括PT光电三极管(5)和RL可调电阻(3)；所述PT光电三极管(5)的Ic电流(7)和反射光强度成正相关，所述接受组件输出的Vout输出电压(8)随Ic电流(7)改变而改变。
5.根据权利要求4所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述Vout输出电压(8)受到Rlimit可调电阻(2)阻值和RL可调电阻(3)阻值的影响；所述反光条(1)离传感器过远时需要调节Rlimit可调电阻(2)阻值和RL可调电阻(3)的阻值以增大对反光条(1)的感应距离。
6.根据权利要求5所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述发射组件和接受组件与Q1三极管(12)、R1电阻(11)、C1电容(13)和C2电容(14)组成光敏电路，所述光敏电路的R1电阻(11)端输入信号为周期性PWM脉冲，所述光敏电路的PWM口的电平输出控制Q1三极管(12)的导通和截止，所述光敏电路输出AD信号，即Vout输出电压(8)。
7.根据权利要求6所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述MCU微控制单元(21)由PA2端口接收到AD信号，所述反光条(1)经过时PA3端口输出高电平，所述反光条(1)没有经过时PA3端口则不输出。
8.根据权利要求7所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述MCU微控制单元(21)的PA3端口输出高电平通过R5电阻(31)输入到测速信号输出电路中Q2三极管(32)的基极，所述测速信号输出电路接收到PA3端口输出高电平时输出低电平，没有接收到PA3端口输出高电平时输出高电平，所述测速信号输出电路输出端信号传输到控制器，所述控制器根据数个相邻低电平脉冲的时间间隔均值计算出车轮的转速。
9.根据权利要求8所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述红外光电二极管(4)和光电三极管(5)之间用挡光板(9)进行隔开，所述红外光电二极管(4)无法通过挡光板(9)。
10.根据权利要求9所述的一种基于光电感应的E-bike轮速检测装置，其特征在于：所述光敏电路、MCU微控制单元(21)和测速信号输出电路组成电路板(44)，所述电路板(44)设置在镂空的传感器外壳内，所述传感器外壳在镂空处设置透光板(45)，电路板(44)、透光板(45)和传感器外壳组合成光电传感器(42)；所述光电传感器(42)设置在车架(43)上，且透光板(45)一侧面向轮毂(41)侧面。
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