CN211844787U - 一种智能调速自行车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能调速自行车控制系统通过测速模块采集速度数据，通过坡度倾角模块采集坡度倾角数据，主控模块通过速度数据和坡度倾角数据控制电机的转动，达到控制自行车车速的目的，防止手动调节的不精确而出现与实际行车速度的不匹配，从而导致骑行者出现蹬踩吃力的问题。

Description

一种智能调速自行车控制系统

技术领域

本实用新型涉及自行车技术领域，具体涉及一种智能调速自行车控制系统。

背景技术

随着“节能减排、低碳出行”全球性问题的提出，自行车备受青睐，成为人们出行的主要交通工具之一。骑行自行车不仅为响应了低碳出行的倡导，还有益人们身体健康程度的提高。现在的自行车种类繁多，有保留原始的传统自行车，也有更新换代的新型自行车，还有更贴近科技发展的智能自行车。为不同的人群所需，提供了多样化的选择。科技的飞跃进步，智能化已经成为一种新的发展趋势。

人们常见和使用的都是一般的可调速山地车，因此也由可调速山地车延伸出繁多的山地车种类，例如：普通越野XC、林道TR、全山地AM等。但是，其调速换挡的方式较类似，主要是通过左手边的手拨调节脚踏蹬踩处的齿轮(一般为3挡)和右手边的手拨调节后轮的从动齿轮(一般为7挡和9挡)，进行一定的齿轮比匹配相应的行车速度，其中齿轮比越大速度越慢，相反越快。这样的机械调节方式时常会因为手动调节的不精确而出现与实际行车速度的不匹配，从而导致骑行者出现蹬踩吃力等问题，并且时常会因为换挡不及时等人为条件约束导致链条滑落、卡顿等问题出现。能很好解决此类问题的产品也是寥寥无几。对于未来的发展，这有很大的空间。就像现如今小汽车，以往都是手动换挡，现在较为高端的都配备了自动换挡系统，实现手动到自动的更替，不仅更精确而且更人性化、智能化。自行车也可以做到，机械式的换挡到自动化换挡的升级。为不同的人群创造不同的需求。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种智能调速自行车控制系统解决了现有机械调节方式时常会因为手动调节的不精确而出现与实际行车速度的不匹配，从而导致骑行者出现蹬踩吃力的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种智能调速自行车控制系统，包括：主控模块、模式选择模块、测速模块、坡度倾角模块、电源模块、显示屏、电机驱动模块、电机和执行组件；

所述电源模块分别与坡度倾角模块、显示屏、测速模块和电机驱动模块电连接；

所述主控模块分别与坡度倾角模块、显示屏、模式选择模块、测速模块和电机驱动模块通信连接；

所述主控模块、模式选择模块、测速模块、坡度倾角模块、电源模块、显示屏、电机驱动模块、电机和执行组件固定安装在自行车上。

进一步地：主控模块固定在自行车的龙头上；

所述显示屏安装在主控模块上；

所述模式选择模块固定在自行车把手处；

所述坡度倾角模块与自行车车架固定连接；

所述测速模块与自行车的后下叉固定连接；

所述电机驱动模块和执行组件固定在自行车的后上叉上；

所述电源模块和电机与执行组件固定连接。

进一步地：电源模块包括：电池、电源开关S1、稳压芯片U1、电容C1、接地电容C2、防反接二极管D1和接地电容C3；

所述稳压芯片U1的Vin端分别与防反接二极管D1的负极和接地电容C2连接；

所述稳压芯片U1的Vout端与接地电容C3连接，并作为电源模块的5V端；

所述防反接二极管D1的正极分别与电容C1的正极和电源开关S1的一端连接；

所述电源开关S1的另一端与电池的正极连接，并作为电源模块的DC9V端；

所述电池负极接地；

所述电容C1的负极接地；

所述稳压芯片U1的GND端接地。

进一步地：主控模块包括：复位电路、时钟电路和系统控制器；

所述系统控制器分别与复位电路和时钟电路通信连接；

所述系统控制器采用AT89C52微处理器。

进一步地：电机驱动模块采用TB6600电机驱动器；其外围接口包括：DC9V端、GND端、脉冲信号输入正PUL+、脉冲信号输入负PUL-、电机正反转控制正DIR+、电机正反转控制负DIR-、电机脱机控制正EN+、电机脱机控制负EN-、A+端、A-端、B+端和B-端；

所述电机驱动模块的DC9V端与电源模块的DC9V端连接，其GND端接地；

所述电机驱动模块的A+端与电机的电机绕组A+相连接；

所述电机驱动模块的A-端与电机的电机绕组A-相连接；

所述电机驱动模块的B+端与电机的电机绕组B+相连接；

所述电机驱动模块的B-端与电机的电机绕组B-相连接；

所述电机驱动模块的脉冲信号输入正PUL+、电机正反转控制正DIR+和电机脱机控制正EN+均通过限流电阻与电源模块的5V端连接。

上述进一步地方案的有益效果为：TB6600电机驱动器是一款专业的两相步进电机驱动器，以脉冲信号的方式控制步进电机的旋转角度，精确度可达0.225。

进一步地：测速模块采用AH49E测速模块，其外围接口包括：5V端、速度信号输出端和GND端；

所述AH49E测速模块的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

上述进一步地方案的有益效果为：AH49E测速模块主要由AH49E霍尔元件、电压调整器、霍尔电压发生器、线性放大器和发射极跟随器等组成，AH49E霍尔元件的输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压，霍尔元件是磁性敏感元件，本系统主要是用来测自行车骑行的速度，因此必须在被测的旋转体上装一个磁铁，形成一个完整的简单测速装置。当磁铁随着自行车车轮旋转时，每当磁铁经过霍尔元件一次，霍尔元件就会发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，并直接输出脉冲信号和送运算，那么两个脉冲的间隔时间就是一个周期，由周期通过自行车旋转的圈数就可以计算出行车速度，也可通过计数单位时间内的脉冲数，再换算出行车速度。

进一步地：坡度倾角模块采用GY-25倾角模块，其外围接口包括：5V端、RX端、TX端和GND端；

所述度倾角模块的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

上述进一步地方案的有益效果为：GY-25倾角模块融合了陀螺仪与加速度传感器经过数据融合算法，所以可以直接输出所需角度值，并且它支持I2C和串口两种通信方式，单片机可直接实现与它信息的接收，所以其很好的满足了系统所需。

进一步地：模式选择模块包括：RGB指示灯RGB1、模式选择开关S2和电阻R1；所述RGB指示灯RGB1正极与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端作为模式选择模块的5V端；

所述模式选择模块的5V端与电源模块的5V端连接，其颜色选择接口与主控模块连接；

所述模式选择开关S2的一端与主控模块连接，其另一端接地；

所述电源开关S1与模式选择开关S2并列设置在自行车车把上。

进一步地：显示屏采用1602显示屏，其外围接口包括：5V端、GND端、RS端、R/W端、E端和D[7..0]端；

所述显示屏的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

进一步地：执行组件包括：第一夹持板、第二夹持板、联轴器、第一固定片、丝杆、第二固定片、平行轴、滑动柱、法兰螺母和钢丝；

所述第二夹持板的一面与自行车的后上叉固定连接，其另一面与第一夹持板之间固定安装有电机；

所述电机的转动轴通过联轴器与丝杆的一端连接；

所述丝杆的另一端依次穿过第一固定片、法兰螺母和第二固定片；

所述第一固定片和第二固定片固定安装在第二夹持板上，用于限定丝杆的位置；

所述平行轴与丝杆平行，与第一固定片的基座和第二固定片的基座固定连接；

所述滑动柱套设在平行轴上，并与平行轴滑动连接；

所述法兰螺母套设在丝杆上，并与丝杆转动连接；

所述法兰螺母与滑动柱固定连接；

所述钢丝的一端与法兰螺母固定连接，其另一端与自行车变速器固定连接。

本实用新型的有益效果为：一种智能调速自行车控制系统通过测速模块采集速度数据，通过坡度倾角模块采集坡度倾角数据，主控模块通过速度数据和坡度倾角数据控制电机的转动，达到控制自行车车速的目的，防止手动调节的不精确而出现与实际行车速度的不匹配，从而导致骑行者出现蹬踩吃力的问题。

附图说明

图1为一种智能调速自行车控制系统的系统框图；

图2为一种智能调速自行车控制系统的安装结构示意图；

图3为电源模块的电路图；

图4为复位电路的电路图；

图5为时钟电路的电路图；

图6为RGB指示灯RGB1的连接关系图；

图7为显示屏的电路图；

图8为执行组件的结构示意图；

1、主控模块；2、显示屏；3、模式选择模块；4、坡度倾角模块；5、测速模块；6、电机驱动模块；7、执行组件；8、电机；701、第一夹持板；702、第二夹持板；703、联轴器；704、第一固定片；705、丝杆；706、第二固定片；707、平行轴；708、滑动柱；709、法兰螺母。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种智能调速自行车控制系统，包括：主控模块1、显示屏2、模式选择模块3、测速模块5、坡度倾角模块4、电源模块、电机驱动模块6、电机8和执行组件7；

所述电源模块分别与坡度倾角模块4、显示屏2、测速模块5和电机驱动模块6电连接；

所述主控模块1分别与坡度倾角模块4、显示屏2、模式选择模块3、测速模块5和电机驱动模块6通信连接；

所述主控模块1、模式选择模块3、测速模块5、坡度倾角模块4、电源模块、显示屏2、电机驱动模块6、电机8和执行组件7固定安装在自行车上。

如图2所示，主控模块1固定在自行车的龙头上；

所述显示屏2安装在主控模块1上；

所述模式选择模块3固定在自行车把手处；

所述坡度倾角模块4与自行车车架固定连接；

所述测速模块5与自行车的后下叉固定连接；

所述电机驱动模块6和执行组件7固定在自行车的后上叉上；

所述电源模块和电机8与执行组件7固定连接。

如图3所示，电源模块包括：电池、电源开关S1、稳压芯片U1、电容C1、接地电容C2、防反接二极管D1和接地电容C3；

所述稳压芯片U1的Vin端分别与防反接二极管D1的负极和接地电容C2连接；

所述稳压芯片U1的Vout端与接地电容C3连接，并作为电源模块的5V端；

所述防反接二极管D1的正极分别与电容C1的正极和电源开关S1的一端连接；

所述电源开关S1的另一端与电池的正极连接，并作为电源模块的DC9V端；

所述电池负极接地；

所述电容C1的负极接地；

所述稳压芯片U1的GND端接地。

如图4～5所示，主控模块1包括：复位电路、时钟电路和系统控制器；

所述系统控制器分别与复位电路和时钟电路通信连接；

所述系统控制器采用AT89C52微处理器。

复位电路的作用就是用来对系统控制器进行初始化使用的，在系统控制器接上电源后，或电源出现过低电压时，可将系统控制器存储器复位，使其各项参数都处于初始状态，以消除由于某种特殊原因导致的紊乱等现象。

时钟电路是由晶振元件与系统控制器内部电路构成，产生的振荡频率为系统控制器提供时钟信号，供系统控制器信号定时和计时的时候使用。

电机驱动模块6采用TB6600电机驱动器；其外围接口包括：DC9V端、GND端、脉冲信号输入正PUL+、脉冲信号输入负PUL-、电机正反转控制正DIR+、电机正反转控制负DIR-、电机脱机控制正EN+、电机脱机控制负EN-、A+端、A-端、B+端和B-端；

所述电机驱动模块6的DC9V端与电源模块的DC9V端连接，其GND端接地；

所述电机驱动模块6的A+端与电机8的电机绕组A+相连接；

所述电机驱动模块6的A-端与电机8的电机绕组A-相连接；

所述电机驱动模块6的B+端与电机8的电机绕组B+相连接；

所述电机驱动模块6的B-端与电机8的电机绕组B-相连接；

所述电机驱动模块6的脉冲信号输入正PUL+、电机正反转控制正DIR+和电机脱机控制正EN+均通过限流电阻与电源模块的5V端连接。

TB6600电机驱动器是一款专业的两相步进电机驱动器，以脉冲信号的方式控制步进电机的旋转角度，精确度可达0.225。

测速模块5采用AH49E测速模块，其外围接口包括：5V端、速度信号输出端和GND端；

所述AH49E测速模块5的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

启动电源开关S1，测速模块5开始工作，实时采集自行车骑行的数据，并传输给主控模块1，处理后的结果发送给显示屏2和执行组件7。

其中，AH49E测速模块主要由AH49E霍尔元件、电压调整器、霍尔电压发生器、线性放大器和发射极跟随器等组成，AH49E霍尔元件的输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压，霍尔元件是磁性敏感元件，本系统主要是用来测自行车骑行的速度，因此必须在被测的旋转体上装一个磁铁，形成一个完整的简单测速装置。当磁铁随着自行车车轮旋转时，每当磁铁经过霍尔元件一次，霍尔元件就会发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，并直接输出脉冲信号和送运算，那么两个脉冲的间隔时间就是一个周期，由周期通过自行车旋转的圈数就可以计算出行车速度，也可通过计数单位时间内的脉冲数，再换算出行车速度。

坡度倾角模块4采用GY-25倾角模块，其外围接口包括：5V端、RX端、TX端和GND端；

所述度倾角模块的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

GY-25倾角模块融合了陀螺仪与加速度传感器经过数据融合算法，所以可以直接输出所需角度值，并且它支持I2C和串口两种通信方式，单片机可直接实现与它信息的接收，所以其很好的满足了系统所需。

如图6所示，模式选择模块3包括：RGB指示灯RGB1、模式选择开关S2和电阻R1；所述RGB指示灯RGB1正极与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端作为模式选择模块3的5V端；

所述模式选择模块3的5V端与电源模块的5V端连接，其颜色选择接口与主控模块1连接；

所述模式选择开关S2的一端与主控模块1连接，其另一端接地；

所述电源开关S1与模式选择开关S2并列设置在自行车车把上。

将电源开关S1与模式选择开关S2同时设置于手把处，便于用户操作；可通过模式选择开关S2来选择用户所需的模式，在本实施例中，本系统可设置三种模式：手动模式、微调模式和自动模式；RGB指示灯RGB1有三种颜色，可用来指示用户当前处于那种模式下。

如图7所示，显示屏2采用1602显示屏，其外围接口包括：5V端、GND端、RS端、R/W端、E端和D[7..0]端；

所述显示屏2的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

显示屏2可显示自行车骑行时的速度、路面的坡度和对应的挡位。

如图8所示，执行组件7包括：第一夹持板701、第二夹持板702、联轴器703、第一固定片704、丝杆705、第二固定片706、平行轴707、滑动柱708、法兰螺母709和钢丝；

所述第二夹持板702的一面与自行车的后上叉固定连接，其另一面与第一夹持板701之间固定安装有电机8；

所述电机8的转动轴通过联轴器703与丝杆705的一端连接；

所述丝杆705的另一端依次穿过第一固定片704、法兰螺母709和第二固定片706；

所述第一固定片704和第二固定片706固定安装在第二夹持板702上，用于限定丝杆705的位置；

所述平行轴707与丝杆705平行，与第一固定片704的基座和第二固定片706的基座固定连接；

所述滑动柱708套设在平行轴707上，并与平行轴707滑动连接；

所述法兰螺母709套设在丝杆705上，并与丝杆705转动连接；

所述法兰螺母709与滑动柱708固定连接；

所述钢丝的一端与法兰螺母709固定连接，其另一端与自行车变速器固定连接。

电机8作为动力源，通过联轴器703带动丝杆705上的法兰螺母709转动，从而带动与法兰螺母709上的钢丝，钢丝末端连接着变速器。其中，法兰螺母709旁连接着滑动柱708，目的在于防止法兰螺母709左右摆动。

各模块与系统控制器连接关系如表一所示：

表一

本实用新型通过测速模块5采集速度数据，通过坡度倾角模块4采集坡度倾角数据，主控模块1通过速度数据和坡度倾角数据控制电机8的转动，达到控制自行车车速的目的，防止手动调节的不精确而出现与实际行车速度的不匹配，从而导致骑行者出现蹬踩吃力的问题。

Claims (10)

1.一种智能调速自行车控制系统，其特征在于，包括：主控模块(1)、模式选择模块(3)、测速模块(5)、坡度倾角模块(4)、电源模块、显示屏(2)、电机驱动模块(6)、电机(8)和执行组件(7)；

所述电源模块分别与坡度倾角模块(4)、显示屏(2)、测速模块(5)和电机驱动模块(6)电连接；

所述主控模块(1)分别与坡度倾角模块(4)、显示屏(2)、模式选择模块(3)、测速模块(5)和电机驱动模块(6)通信连接；

所述主控模块(1)、模式选择模块(3)、测速模块(5)、坡度倾角模块(4)、电源模块、显示屏(2)、电机驱动模块(6)、电机(8)和执行组件(7)固定安装在自行车上。

2.根据权利要求1所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述主控模块(1)固定在自行车的龙头上；

所述显示屏(2)安装在主控模块(1)上；

所述模式选择模块(3)固定在自行车把手处；

所述坡度倾角模块(4)与自行车车架固定连接；

所述测速模块(5)与自行车的后下叉固定连接；

所述电机驱动模块(6)和执行组件(7)固定在自行车的后上叉上；

所述电源模块和电机(8)与执行组件(7)固定连接。

3.根据权利要求1所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述电源模块包括：电池、电源开关S1、稳压芯片U1、电容C1、接地电容C2、防反接二极管D1和接地电容C3；

所述稳压芯片U1的Vin端分别与防反接二极管D1的负极和接地电容C2连接；

所述稳压芯片U1的Vout端与接地电容C3连接，并作为电源模块的5V端；

所述防反接二极管D1的正极分别与电容C1的正极和电源开关S1的一端连接；

所述电源开关S1的另一端与电池的正极连接，并作为电源模块的DC9V端；

所述电池负极接地；

所述电容C1的负极接地；

所述稳压芯片U1的GND端接地。

4.根据权利要求1所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述主控模块(1)包括：复位电路、时钟电路和系统控制器；

所述系统控制器分别与复位电路和时钟电路通信连接；

所述系统控制器采用AT89C52微处理器。

5.根据权利要求3所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块(6)采用TB6600电机驱动器；其外围接口包括：DC9V端、GND端、脉冲信号输入正PUL+、脉冲信号输入负PUL-、电机正反转控制正DIR+、电机正反转控制负DIR-、电机脱机控制正EN+、电机脱机控制负EN-、A+端、A-端、B+端和B-端；

所述电机驱动模块(6)的DC9V端与电源模块的DC9V端连接，其GND端接地；

所述电机驱动模块(6)的A+端与电机(8)的电机绕组A+相连接；

所述电机驱动模块(6)的A-端与电机(8)的电机绕组A-相连接；

所述电机驱动模块(6)的B+端与电机(8)的电机绕组B+相连接；

所述电机驱动模块(6)的B-端与电机(8)的电机绕组B-相连接；

所述电机驱动模块(6)的脉冲信号输入正PUL+、电机正反转控制正DIR+和电机脱机控制正EN+均通过限流电阻与电源模块的5V端连接。

6.根据权利要求3所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述测速模块(5)采用AH49E测速模块，其外围接口包括：5V端、速度信号输出端和GND端；

所述AH49E测速模块(5)的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

7.根据权利要求3所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述坡度倾角模块(4)采用GY-25倾角模块，其外围接口包括：5V端、RX端、TX端和GND端；

所述度倾角模块的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

8.根据权利要求3所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述模式选择模块(3)包括：RGB指示灯RGB1、模式选择开关S2和电阻R1；所述RGB指示灯RGB1正极与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端作为模式选择模块(3)的5V端；

所述模式选择模块(3)的5V端与电源模块的5V端连接，其颜色选择接口与主控模块(1)连接；

所述模式选择开关S2的一端与主控模块(1)连接，其另一端接地；

所述电源开关S1与模式选择开关S2并列设置在自行车车把上。

9.根据权利要求3所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述显示屏(2)采用1602显示屏，其外围接口包括：5V端、GND端、RS端、R/W端、E端和D[7..0]端；

所述显示屏(2)的5V端与电源模块的5V端连接，其GND端接地。

10.根据权利要求1所述的智能调速自行车控制系统，其特征在于，所述执行组件(7)包括：第一夹持板(701)、第二夹持板(702)、联轴器(703)、第一固定片(704)、丝杆(705)、第二固定片(706)、平行轴(707)、滑动柱(708)、法兰螺母(709)和钢丝；

所述第二夹持板(702)的一面与自行车的后上叉固定连接，其另一面与第一夹持板(701)之间固定安装有电机(8)；

所述电机(8)的转动轴通过联轴器(703)与丝杆(705)的一端连接；

所述丝杆(705)的另一端依次穿过第一固定片(704)、法兰螺母(709)和第二固定片(706)；

所述第一固定片(704)和第二固定片(706)固定安装在第二夹持板(702)上，用于限定丝杆(705)的位置；

所述平行轴(707)与丝杆(705)平行，与第一固定片(704)的基座和第二固定片(706)的基座固定连接；

所述滑动柱(708)套设在平行轴(707)上，并与平行轴(707)滑动连接；

所述法兰螺母(709)套设在丝杆(705)上，并与丝杆(705)转动连接；

所述法兰螺母(709)与滑动柱(708)固定连接；

所述钢丝的一端与法兰螺母(709)固定连接，其另一端与自行车变速器固定连接。

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