CN207019821U - 一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，包括曲柄、功率计前面壳、纽扣电池盖、盒盖螺纹、功率计后面壳、电池正极电池片、纽扣电池、电池负极电池片、连接应变片的导线和主控板子、ANT+和二维码配对，曲柄上贴有应变片和加速度传感器，导线的一端与应变片焊接，另一端与主控板子通过连接器连接，后面壳与曲柄通过强力胶水粘合，该种基于力和速度测试的曲柄功率计系统能够知道自己的速度，踩踏的速度以及骑车消耗了多少功率，锻炼消耗的体力的变化，还可以通过蓝牙快速配对，将数据保存在平台上面，对每个人的数据进行对比，也可以单个人数据与时间轴的对比，实时了解自己的身体状况等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及自行车和动感单车领域，具体讲是一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统。
背景技术
体育运动可量化有强烈的需求，以前是技术的限制，无法实现，现在随着智能手机、互联网+和传感器技术发展，体育运动可量化变得越来越容易，本产品主要运用在自行车和动感单车上面；在骑车的锻炼的时候，需要知道自己的速度，踩踏的速度以及骑车消耗了多少功率，锻炼消耗的体力的变化等等；互联网的发展，还可以将数据保存在平台上面，对每个人的数据进行对比，也可以单个人数据与时间轴的对比，实时了解自己的身体状况。
实用新型内容
因此，为了解决上述不足，本实用新型在此提供一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，具有能够知道自己的速度，踩踏的速度以及骑车消耗了多少功率，锻炼消耗的体力的变化，还可以通过蓝牙快速配对，将数据保存在平台上面，对每个人的数据进行对比，也可以单个人数据与时间轴的对比，实时了解自己的身体状况等优点。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统的工作原理：
功率检测：功率公式：P＝FV；公式中：P必要的功率(W)；F：速度方向上面的作用力(N)；V：作用力方向上的速度(M/S)；因此需要检测到作用力和速度；
应变片：采用单个应变片电阻桥，这样可以减少温度的影响，电阻桥如说明书附图1，由R1，R2，R3，R4组成；应变片材料金属铜丝应变片；
作用力检测：将应变片贴在曲柄上面，粘贴方式如说明书附图3第9点，测试垂直曲柄方向上面的力，如说明书附图2所示，随着力F的变化，应变片ad之间输出电压随着力的变化而成比例变化；
将这个输出电压通过高精度ADC转换成数字量；将这个数值映射成对应的力的大小F；
速度测试：在静止状态，由于地心引力作用下在对地方向上面，有个9.8g加速度；当曲柄旋转的时候，受到速度，向心加速度的影响，在对地方向，加速度成周期性变化，以旋转一周为一个周期变化，
最高加速度减去最低加速度固定在9.8g左右；以这个周期性，可以算出每分钟旋转的圈 数；
速度计算公式：V＝C/60*2πR；注意：V为速度，单位米/秒；C为踏频，单位圈/分；R为半径；
低功耗方法：用电池供电，并且是纽扣电池；需要工作150个小时，需要好的休眠机制，工作模式；震动使功率计从休眠模式进入工作模式，具体休眠机制见实施方法里面；
蓝牙配对：为了提高用户体验，摈弃了传统蓝牙配对方式，通过扫二维码方式读取蓝牙信息，让蓝牙自动配对；
运行模式分为：休眠模式，工作模式，休眠模式被唤醒到工作模式，是通过外部的弹簧震动开关触发中断，进而唤醒系统，进入工作模式，打开传感器电源，读取传感器数据，将数据简单处理后，上传到手机或者平板电脑，如果曲柄停止旋转(可以通过gsensor检测到)，延时2分钟后，曲柄任然停止旋转，此时再次进入休眠模式。
本实用新型是这样实现的，构造一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，包括曲柄、功率计前面壳、纽扣电池盖、盒盖螺纹、功率计后面壳、电池正极电池片、纽扣电池、电池负极电池片、连接应变片的导线和主控板子、ANT+和二维码配对，曲柄上贴有应变片和加速度传感器，导线的一端与应变片焊接，另一端与主控板子通过连接器连接，后面壳与曲柄通过强力胶水粘合，纽扣电池设置在纽扣电池盖内，电池正极电池片和电池负极电池片均与主控板子固定连接。
作为上述技术方案的改进，基于力和速度测试的曲柄功率计系统，应变片采用单个应变片电阻桥，电阻桥由R1、R2、R3和R4组成，且R1，R2，R3和R4之间首尾串联，应变片材料为金属铜丝应变片。应变片里面集成的电阻桥，如说明书附图4所示，bc两端电阻为1KΩ，R1，R2，R3，R4电阻值相等，bc两端添加一个高精度的2.5V电压，理论上，在没有受力的情况下，ad两端电压为0，但是收到实际加工影响，还有曲柄本身的重量，所以出厂时候，会有个零点校准数值，除了这个值外还有个校准值，就是曲柄在受到一个单位力的作用下，不同曲柄输出电压差值也不同，这就是第二校准值，通过这个两个值的修正，就可以将应变片输出的电压转换成正确受力大小。
作为上述技术方案的改进，基于力和速度测试的曲柄功率计系统，电池正极电池片上包括，蓝牙，MCU，ADC，运算放大器和加速度传感器，MCU，ADC和运算放大器串联，加速度传感器、MCU和蓝牙串联。ADC，运算放大器如前面，蓝牙是蓝牙4.0，低功耗蓝牙，蓝牙用来将功率计的力与踏频数据传输到手机或者平板上面，为了省电，每2秒钟传输一次数据，手机收到数据后，根据上面的公式，就可以计算出实时功率来，GSENSOR，当曲柄旋转一周后，在y轴方向有个从-9.8G到9.8G的连续有规律的变化，通过Gsensor读取到加速度从上升到 下降这个趋势，就认为曲柄旋转了一周，在通过上面的公式，就可以计算出功率来，在力的作用下，应变片输出毫伏级的电压，需要通过运算放大器将这个信号放大，信号放大后，通过ADC将模拟信号转换成数字信号，传输到MCU，MCU再将这个ADC处理后，通过蓝牙发送出去；曲柄旋转的时候，在Gsensor的y轴，重力加速度成周期性的变化，将这个加速度传到MCU处理后，转换成旋转速度，通过蓝牙发送出去。
作为上述技术方案的改进，基于力和速度测试的曲柄功率计系统，曲柄的材质为铝合金材料。金属曲柄的在力的作用下如说明书附图2所示，金属变形量就小，带来的电阻变化也很微小，对应输出电压也很小，是毫伏级别，所以我们需要通过运算放大器放大到64倍，然后通过高精度的24位的ADC的转换IC，将模拟电压转化成数字量，通过上面的两个校准参数，就是可以得到作用力的大小。
本实用新型具有如下优点：本实用新型通过改进在此提供一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，与现有基于力和速度测试的曲柄功率计系统相比，具有如下优点：能够知道自己的速度，踩踏的速度以及骑车消耗了多少功率，锻炼消耗的体力的变化；还可以通过蓝牙快速配对，将数据保存在平台上面，对每个人的数据进行对比，也可以单个人数据与时间轴的对比，实时了解自己的身体状况等，具体体现为：
优点1：应变片采用单个应变片电阻桥，电阻桥由R1、R2、R3和R4组成，且R1，R2，R3和R4之间首尾串联，应变片材料为金属铜丝应变片。应变片里面集成的电阻桥，如说明书附图4所示，bc两端电阻为1KΩ，R1，R2，R3，R4电阻值相等，bc两端添加一个高精度的2.5V电压，理论上，在没有受力的情况下，ad两端电压为0，但是收到实际加工影响，还有曲柄本身的重量，所以出厂时候，会有个零点校准数值，除了这个值外还有个校准值，就是曲柄在受到一个单位力的作用下，不同曲柄输出电压差值也不同，这就是第二校准值，通过这个两个值的修正，就可以将应变片输出的电压转换成正确受力大小。
优点2：电池正极电池片上包括，蓝牙，MCU，ADC，运算放大器和加速度传感器，MCU，ADC和运算放大器串联，加速度传感器、MCU和蓝牙串联。ADC，运算放大器如前面，蓝牙是蓝牙4.0，低功耗蓝牙，蓝牙用来将功率计的力与踏频数据传输到手机或者平板上面，为了省电，每2秒钟传输一次数据，手机收到数据后，根据上面的公式，就可以计算出实时功率来，GSENSOR，当曲柄旋转一周后，在y轴方向有个从-9.8G到9.8G的连续有规律的变化，通过Gsensor读取到加速度从上升到下降这个趋势，就认为曲柄旋转了一周，在通过上面的公式，就可以计算出功率来，在力的作用下，应变片输出毫伏级的电压，需要通过运算放大器将这个信号放大，信号放大后，通过ADC将模拟信号转换成数字信号，传输到MCU，MCU再将这个ADC处理后，通过蓝牙发送出去；曲柄旋转的时候，在Gsensor的y轴，重力加速度 成周期性的变化，将这个加速度传到MCU处理后，转换成旋转速度，通过蓝牙发送出去。
优点3：曲柄的材质为铝合金材料。金属曲柄的在力的作用下如说明书附图2所示，金属变形量就小，带来的电阻变化也很微小，对应输出电压也很小，是毫伏级别，所以我们需要通过运算放大器放大到64倍，然后通过高精度的24位的ADC的转换IC，将模拟电压转化成数字量，通过上面的两个校准参数，就是可以得到作用力的大小。
附图说明
图1是本实用新型一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统结构示意图；
图2是本实用新型一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统的外观图；
图3是图1一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统A-A剖视图；
图4是电阻桥原理示意图；
图5是本实用新型的电池正极电池片工作流程图。
图中所示序号：曲柄1，功率计前面壳2，纽扣电池盖3，盒盖螺纹4，功率计后面壳5，电池正极电池片6，纽扣电池7，电池负极电池片8，应变片9，连接应变片的导线10和主控板子11。
具体实施方式
下面将结合附图1-图5对本实用新型进行详细说明，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型通过改进在此提供一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，如说明书附图1-图5所示，可以按照如下方式予以实施；包括曲柄1、功率计前面壳2、纽扣电池盖3、盒盖螺纹4、功率计后面壳5、电池正极电池片6、纽扣电池7、电池负极电池片8、连接应变片的导线10和主控板子11、ANT+和二维码配对，曲柄1上贴有应变片9和加速度传感器，导线10的一端与应变片9焊接，另一端与主控板子11通过连接器连接，后面壳5与曲柄1通过强力胶水粘合，纽扣电池7设置在纽扣电池盖3内，电池正极电池片6和电池负极电池片8均与主控板子11固定连接。
本实用新型基于力和速度测试的曲柄功率计系统，应变片9采用单个应变片电阻桥，电阻桥由R1、R2、R3和R4组成，且R1，R2，R3和R4之间首尾串联，应变片9材料为金属铜丝应变片。应变片9里面集成的电阻桥，如说明书附图4所示，bc两端电阻为1KΩ，R1，R2，R3，R4电阻值相等，bc两端添加一个高精度的2.5V电压，理论上，在没有受力的情况下，ad两端电压为0，但是收到实际加工影响，还有曲柄1本身的重量，所以出厂时候，会有个 零点校准数值，除了这个值外还有个校准值，就是曲柄1在受到一个单位力的作用下，不同曲柄1输出电压差值也不同，这就是第二校准值，通过这个两个值的修正，就可以将应变片输出的电压转换成正确受力大小。
本实用新型基于力和速度测试的曲柄功率计系统，电池正极电池片6上包括，蓝牙，MCU，ADC，运算放大器和加速度传感器，MCU，ADC和运算放大器串联，加速度传感器、MCU和蓝牙串联。ADC，运算放大器如前面，蓝牙是蓝牙4.0，低功耗蓝牙，蓝牙用来将功率计的力与踏频数据传输到手机或者平板上面，为了省电，每2秒钟传输一次数据，手机收到数据后，根据上面的公式，就可以计算出实时功率来，GSENSOR，当曲柄旋转一周后，在y轴方向有个从-9.8G到9.8G的连续有规律的变化，通过Gsensor读取到加速度从上升到下降这个趋势，就认为曲柄旋转了一周，在通过上面的公式，就可以计算出功率来。
本实用新型基于力和速度测试的曲柄功率计系统，曲柄1的材质为铝合金材料。金属曲柄1的在力的作用下如说明书附图2所示，金属变形量就小，带来的电阻变化也很微小，对应输出电压也很小，是毫伏级别，所以我们需要通过运算放大器放大到64倍，然后通过高精度的24位的ADC的转换IC，将模拟电压转化成数字量，通过上面的两个校准参数，就是可以得到作用力的大小。
综上所述；本实用新型所述基于力和速度测试的曲柄功率计系统，与现有基于力和速度测试的曲柄功率计系统相比具有能够知道自己的速度，踩踏的速度以及骑车消耗了多少功率，锻炼消耗的体力的变化，还可以通过蓝牙快速配对，将数据保存在平台上面，对每个人的数据进行对比，也可以单个人数据与时间轴的对比，实时了解自己的身体状况等优点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，其特征在于：包括曲柄(1)、功率计前面壳(2)、纽扣电池盖(3)、盒盖螺纹(4)、功率计后面壳(5)、电池正极电池片(6)、纽扣电池(7)、电池负极电池片(8)、连接应变片的导线(10)和主控板子(11)、ANT+和二维码配对；
所述曲柄(1)上贴有应变片(9)和加速度传感器，所述导线(10)的一端与应变片(9)焊接，另一端与主控板子(11)通过连接器连接，所述后面壳(5)与曲柄(1)通过强力胶水粘合，所述纽扣电池(7)设置在纽扣电池盖(3)内，所述电池正极电池片(6)和电池负极电池片(8)均与主控板子(11)固定连接。
2.根据权利要求1所述一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，其特征在于：所述应变片(9)采用单个应变片电阻桥，所述电阻桥由R1、R2、R3和R4组成，且所述R1，R2，R3和R4之间首尾串联，所述应变片(9)材料为金属铜丝应变片。
3.根据权利要求1所述一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，其特征在于：所述电池正极电池片(6)上包括蓝牙，MCU，ADC，运算放大器和加速度传感器；所述MCU，ADC和运算放大器串联，所述加速度传感器、MCU和蓝牙串联。
4.根据权利要求1所述一种基于力和速度测试的曲柄功率计系统，其特征在于：所述曲柄(1)的材质为铝合金材料。
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