CN207850576U - 一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计 - Google Patents
一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，应用于自行车脚蹬和齿轮连接的曲柄上，包括主板PCBA、检测踏力的应变片、集成于主板PCBA上的检测踏频的加速度传感器、MCU、无线通讯装置、ADC，加速度传感器与MCU电连接，ADC与所述MCU电连接，MCU与无线通讯装置电连接，MCU与应变片电连接，应变片粘贴于曲柄表面。本实用新型具有将消耗功率的数据保存在平台，对每个人的数据进行对比，也可以单个人数据与时间轴对比，实时了解自己的身体状况。
Description
技术领域
本实用新型涉及自行车和动感单车行业，特别是涉及一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计。
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；我们在骑车锻炼的时候，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
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，使得功率测试方便，简单，也方便安装。
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、速度和功率测试的曲柄功率计，应用于自行车脚蹬和齿轮连接的曲柄上，包括主板PCBA、检测踏力的应变片、集成于主板PCBA上的检测踏频的加速度传感器、MCU、无线通讯装置、ADC，加速度传感器与MCU电连接，ADC与MCU电连接，MCU与无线通讯装置电连接，MCU与应变片电连接，应变片粘贴于曲柄表面。
优选的，其中，主板PCBA上还集成有运算放大器，运算放大器与所述ADC电连接。
优选的，其中，应变片数量至少为两个，应变片粘贴在曲柄表面。
优选的，其中，还包括供电装置，供电装置包括电池外壳、干电池、负极电池片、正极电池片、电池盖。
优选的，其中，负极电池片置于电池外壳内侧，电池盖与电池外壳轴连接，且电池盖与所述负极电池片分别置于电池外壳两端，正极电池片固定于电池盖内侧。
优选的，其中，主板PCBA与负极电池片和正极电池片连接。
优选的，其中，主板PCBA和应变片之间以导线电连接。
优选的，其中，供电装置粘贴于曲柄表面。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为曲柄功率计的结构示意图；
图2为应变片粘贴详细图；
图3为电阻桥原理示意图。
具体实施方式
下面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。
如图1所示，一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，应用于自行车(包括普通单车和动感单车等)脚蹬和齿轮连接的曲柄上，包括主板PCBA(printed circuit boardassembly装配印刷电路板)、检测踏力的应变片、集成于主板PCBA上的检测踏频的加速度传感器、MCU(MicroController Unit：微控制单元)、无线通讯装置、ADC(Analog-to-DigitalConverter：数据转换器)，加速度传感器与MCU电连接，ADC与MCU电连接，MCU与无线通讯装置电连接，MCU与应变片电连接，应变片粘贴于曲柄表面。
主板PCBA上还集成有运算放大器，运算放大器与ADC电连接。
供电装置包括电池外壳5、干电池7和9、负极电池片2、正极电池片6、电池盖10，负极电池片2置于电池外壳5内侧，电池盖10与电池外壳5轴连接，且电池盖10与负极电池片2分别置于电池外壳5两端，正极电池片6固定于电池盖10内侧。
主板PCBA4与负极电池片2和正极电池片6电连接，本实施例优选的将主板PCBA4与负极电池片2和正极电池片6焊接实现电连接，供电装置在装配好干电池7和9后，与主板PCBA4形成串联。
应变片3数量至少为两个，粘贴于曲柄1表面，如图2所示，本实施优选应变片3的数量为4个，4个应变片矩形布置于曲柄的一个平面内，具体为4个应变片分别布置于矩形的四个角，且以矩形轴线对称分布。本实施例优选的，4个应变片粘贴于供电装置和曲柄之间的平面处。
应变片3检测曲柄受力产生的形变，形变数据通过应变片3传输到主板PCBA4。
具体为：应变片3优选制作材料为金属铜丝，其中每个应变片3作为一个电阻，为了减小电压的取值误差，本申请4个应变片呈矩形分布粘贴于曲柄1上，形成电阻桥，如图3所示，电阻桥由同一平面的R1、R2、R3、R4组成，R1和R2与曲柄1左边平行，R3和R4与曲柄1右边平行，当温度变化时，曲柄1纵向拉伸或者压缩，R1-R4电阻都会跟拉长或者变短，对电阻阻值也会变大、变小，输出被抵消，输出端ab点，电压不会变化；同理，曲柄1横向拉伸或者压缩，也会被抵消。bc两端电阻为1k欧姆，R1、R2、R3、R4电阻值相等，bc两端添加一个高精度的2.5V电压；在没有受力的情况下，ad两端的电压为0。
但是受到实际加工影响，还有曲柄1本身的重量，所以出厂时会有零点校准数值，除了该数值外还有个校准值，就是曲柄1在受到一个单位力的作用下，不同曲柄1输出的电压值也不同，这样就形成了第二校准值；通过这两个值的修正，将应变片3输出的电压转换成正确受力值，由此得到踏力的数据。
集成于主板PCBA4上的加速度传感器检测曲柄1的旋转速度，加速度传感器将该数据传输至MCU，由MCU计算出踏频。
具体为：曲柄的旋转速度与向心力加速度成正比，当曲柄旋转的时候，加速度传感器沿曲柄方向的加速度(减去重力加速度分量后)与曲柄旋转速度成正比；当曲柄1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，通过运算放大器读取到加速度从上升到下降这个趋势，为曲柄1旋转一周，由此得到踏频的数据。
根据速度计算公式：V＝C/60*2πR
V：速度(米/秒)
C：踏频(圈/分)
R：半径
得出所需要的速度数据。
根据功率公式：P＝FV
P：功率
F：踏力
V：速度
由此得到曲柄1功率。
主板PCBA4上的运算放大器将这些数据进行放大处理，再通过ADC将这些数据转换成模拟数据，然后将这些数据传输至MCU，MCU通过无线通讯装置传输给手机或平板电脑等终端设备。
为了提高用户体验，本申请优选的无线通讯装置为蓝牙4.0，低功耗蓝牙，摈弃了传统蓝牙配对方式，通过扫二维码方式读取蓝牙MAC地址，让蓝牙与终端设备自动配对。
本申请的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计的运行模式分为休眠模式和工作模式，休眠模式被唤醒到工作模式，是通过加速度传感器触发中断，进而唤醒系统，进入工作模式，打开传感器电源，MCU读取传感器数据，将数据简单处理后，通过蓝牙上传到手机或者平板电脑；如果曲柄1停止旋转(可以通过加速度传感器检测到)，延时2分钟后，曲柄1仍然停止旋转，此时再次进入休眠模式。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，应用于自行车脚蹬和齿轮连接的曲柄上，其特征在于，包括主板PCBA、检测踏力的应变片、集成于所述主板PCBA上的检测踏频的加速度传感器、MCU、无线通讯装置、ADC，所述加速度传感器与所述MCU电连接，所述ADC与所述MCU电连接，所述MCU与所述无线通讯装置电连接，所述MCU与所述应变片电连接，所述应变片粘贴于曲柄表面。
2.根据权利要求1所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，所述主板PCBA上还集成有运算放大器，所述运算放大器与所述ADC电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，所述应变片数量至少为两个，所述应变片粘贴在曲柄表面。
4.根据权利要求1所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，还包括供电装置，所述供电装置包括电池外壳、干电池、负极电池片、正极电池片、电池盖。
5.根据权利要求4所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，所述负极电池片置于所述电池外壳内侧，所述电池盖与所述电池外壳轴连接，且所述电池盖与所述负极电池片分别置于所述电池外壳两端，所述正极电池片固定于所述电池盖内侧。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，所述主板PCBA与所述负极电池片和所述正极电池片连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，所述主板PCBA和所述应变片之间以导电线连接。
8.根据权利要求4所述的一种基于力、速度和功率测试的曲柄功率计，其特征在于，所述供电装置粘贴于所述曲柄表面。
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