一种智能健腹轮的控制电路的制作方法

[技术领域]

本实用新型涉及智能健腹轮，尤其涉及一种智能健腹轮的控制电路。

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背景技术：
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物质的丰盛和工作生活的压力使肥胖人群逐渐增大，而腹部是人体脂肪最易沉积的部位，啤酒肚和大肚腩既影响健康又影响美观。健腹轮是一种可锻炼肌肉、关节、减轻体重的小型推动器，结构简洁，外形小巧，坚固耐用，使用方便，是居室健身的良好选择。健腹轮主要用于腹部、腰臀部及手臂等身体部位的锻炼，锻炼时所需要的场地简单，便于使用，是一种老少皆宜的运动用具。

专利号为cn201520387738.8的实用新型公开了一种智能健腹轮，包括智能健腹轮本体，与本体建立无线通讯的智能终端设备及网络服务器.智能健腹轮本体包含支撑杆、滚轮、左右把手、左右力测量装置、心电或心率测量电极、控制电路板、变速装置、发电装置、电池模块，滚轮安装在支撑杆中部，左右把手对称安装在支撑杆两端；变速装置将滚轮转速放大后通过发电装置将机械能转换为电能并通过控制电路板整流后蓄存在电池模块中，反之亦可控制滚轮的转速；智能健腹轮本体中还包含轮速感应计数电路、手柄压力传感器和心率或心电传感器，用来测量使用者的使用姿势、运动强度。用户使用智能健腹轮时的多种传感器数据能够上传至智能设备，运行在智能设备中的软件可以对相关数据进行处理并实现计时、计次和对用户进行自动指导提示，或将数据通过互联网上传到服务器端。

该实用新型智能健腹轮手柄压力传感器在健腹轮工作时会因手柄转动存在方向的不确定性，当压力传感器不在健腹轮本体施力方向的正上方时，无法准确地获取健腹轮本体对地面的压力；另外使用者施力位置偏差也会影响压力的检测。

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技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题是提供一种对对地面的压力检测比较准确的智能健腹轮的控制电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种智能健腹轮的控制电路，包括微控制器和压力测量电路、智能健腹轮包括滚轮、支撑轴和两个手柄，滚轮的轮毂松套在支撑轴的中部；压力测量电路包括压力传感器，压力传感器包括4块应变片电阻，4块应变片电阻粘贴在支撑轴的外表面，沿支撑轴的周向相互错开90°；4块应变片电阻组成桥式测量电路，桥式测量电路的输入端接直流电源，输出端接微控制器。

以上所述的控制电路，包括电路板和心率测量电路；手柄上安装有作为心率测量电极的导电胶套，导电胶套套在手柄的外面；手柄的内侧包括承孔，支撑轴的端部插入到手柄的承孔中；所述的电路板包括两块子电路板，支撑轴为空心轴，两块子电路板分别固定在支撑轴内孔的两端，两块子电路板之间通过连线器电连接；所述的微控制器和心率测量电路布置在第一子电路板上，心率测量电路接微控制器；子电路板包括金属弹片，金属弹片与子电路板上的线路电连接；导电螺钉穿过导电胶套、手柄和支撑轴，顶在金属弹片上，导电胶套通过导电螺钉和金属弹片实现与心率测量电路的电连接。

以上所述的控制电路，控制电路包括角度测量电路，角度测量电路包括电磁传感器和环形的永磁盘，永磁盘包括复数个磁极；电磁传感器安装在第一子电路板上，与微处理器连接；滚轮为空心轮，环形的永磁盘安在滚轮轮毂的内侧，第一子电路板上的电磁传感器靠近永磁盘的磁极。

以上所述的控制电路，控制电路包括六轴加速度传感器，六轴加速度传感器安装在第一子电路板上、与微处理器连接；六轴加速度传感器的z轴与支撑轴的轴线平行。

以上所述的控制电路，压力测量电路包括放大电路，控制电路包括电源管理模块、存储模块和无线通信模块，电源管理模块、存储模块、放大电路和无线通信模块布置在第一子电路板上，放大电路的输出端、存储模块和无线通信模块分别接微控制器；放大电路的输入端接桥式测量电路的输出端，第二子电路板包括4块应变片电阻的接线端子。

本实用新型通过检测支撑轴的弯曲变形来获取健腹轮对地面的压力，不受手柄转动方向或使用者手部施力位置的影响，获取对地面压力的数据较为准确。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例智能健腹轮的主视图。

图2是本实用新型实施例智能健腹轮的右视图。

图3是图1中的a向剖视图。

图4是图3中ⅰ部位的局部放大图。

图5是图2中的b向剖视图。

图6是图5中ⅱⅰ部位的局部放大图。

图7是本实用新型实施例智能健腹轮部分结构的立体图。

图8是本实用新型实施例扭簧的立体图。

图9是本实用新型实施例压力测量电路的原理图。

图10是本实用新型实施例角度测量电路的结构图。

图11是本实用新型实施例控制电路的原理框图。

图12是本实用新型实施例心率测量电路的测量回路示意图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例智能健腹轮的结构和原理如图1至图12所示，智能健腹轮包括滚轮1、支撑轴2、两个手柄3和控制电路。

滚轮1包括左右布置的两个半轮，左半轮1a与右半轮通过螺钉11连接在一起，扭簧4布置在滚轮1内部、左半轮1a与右半轮1b之间的腔体中。扭簧4为双联扭簧，两个支腿401位于双联扭簧中部并连接在一起，两个支腿402位于双联扭簧的两侧。支撑轴2中部有两个径向孔203，双联扭簧的支腿402插入到支撑轴2的径向孔203中。左半轮1a轮缘与右半轮1b轮缘的结合面上都有一条径向卡槽101，双联扭簧的支腿401卡在径向卡槽101中。

当用户在推健腹轮前进时，支撑轴2与健腹轮之间相对转动，扭簧4受圆周力往内缩，存储能量，健腹轮受到扭簧4反向力起到减速作用。当用户拉回健腹轮时，扭簧4释放存储的能量，减少用户往回拉的力。扭簧4可以减少回程的难度，也可以减少肌肉拉伤的风险，达到减少健腹轮入门难度的目的。

控制电路包括微控制器(数据处理中心)、心率测量电路、角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路、电源管理模块、存储模块和用于与智能手机通信的无线通信模块。

控制电路的电路板由两块子电路板组成，两块子电路板分别固定在支撑轴2内孔的两端，两块子电路板8a和8b之间通过连接线12和连线器13电连接，但是，两块子电路板8a和8b要用螺钉分别固定到支撑轴2的内孔中存在一定的困难。

在本实施例中，支撑轴2包括套管201和内芯202，内芯202安装在套管201的内孔中，套管201的端部插入到手柄3的承孔中。内芯202的内孔的两端分别有一个支承座204，两块子电路板分别固定在内芯202内孔两端的支承座204上。内芯202朝向于支承座204的一侧有一个用于两块子电路板安装操作用的径向开口205。利用这个开口205，两块子电路板8a和8b可以很方便地用螺钉固定到内芯202的内孔两端的支承座204上，并通过连接线12和连线器13连接。内芯202和两块子电路板8a、8b装配完成后作为一个组件再插入到套管201的内孔中，简化了电路板与支撑轴2的装配过程。

手柄3的端部有一个轴向的承孔301，支撑轴2的端部插入到手柄3的承孔301中，手柄固定螺钉14将手柄3与支撑轴2固定在一起。

如图11所示，控制电路包括微控制器(数据处理中心)、心率测量电路、角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路的放大电路、电源管理模块、存储模块和用于与智能手机通信的无线通信模块布置在子电路板8a上，心率测量电路、角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路、存储模块和无线通信模块分别接微控制器。

心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电位的。

电源管理模块包括充电电池和电池的充电、供电控制电路。

智能健腹轮通过测量用户左右手的电位差，计算得到用户的心率。因此，心率测量需要在手柄3上设置心率测量电极，本实施例的心率测量电极为导电胶套6。导电胶套6套在手柄3的外面。每个子电路板都有一块金属弹片15，金属弹片15与子电路板上的线路电连接。铜质的导电螺钉16穿过导电胶套6的螺钉孔、手柄3的螺纹孔和支撑轴2的螺钉孔，顶在金属弹片15上，这样，两个手柄3上的导电胶套6分别通过各自的导电螺钉16和金属弹片15实现与心率测量电路的电连接。

如图12所示，人体通过导电胶套6和心率测量电路形成测量回路。

压力测量电路包括压力传感器和放大电路。压力传感器包括4块应变片电阻17，4块应变片电阻17粘贴在支撑轴2的外表面，沿支撑轴2的周向相互错开90°。如图9所示，4块应变片电阻r1至r4组成桥式测量电路，桥式测量电路的输入端接直流电源v，输出端经放大电路接微控制器。子电路板8b包括4块应变片电阻17的接线端子，4块应变片电阻17的引线焊接在子电路板5b的接线端子上，通过连接线与子电路板5a上的放大电路电连接。

压力传感器采用全桥工作方式，通过应变片电阻17的变形转换成电阻的变化，得到较大的电压信号，放大电路将电压信号发送给微控制器(数据处理中心)，计算得到支撑轴2受到竖直向下的压力f1，再转换成健腹轮对地面的压力f＝f1+g(g为健腹轮的重力)，微处理器再将压力数据通过无线通讯模块发送到用户手机。

本实用新型实施例通过检测支撑轴的弯曲变形来获取健腹轮对地面的压力，不受工作时手柄转动方向或使用者手部施力位置的影响，获取对地面压力的数据较为准确。

本实用新型实施例的压力传感器直接安装在支撑轴上，无需通过手柄连线，便于智能健腹轮拆装和维护。

如图4和图10所示，角度测量电路包括电磁传感器18和环形的永磁盘7，永磁盘7包括4对磁极701。角度测量电路的电磁传感器18(干簧管或者霍尔传感器)安装在子电路板5a上，通过子电路板5a上的线路与微处理器连接。环形的永磁盘7通过热熔安在滚轮1左半轮1a毂的内侧，永磁盘7的磁极701布置在的电磁传感器18的外围。

六轴加速度传感器安装在子电路板5a上、与微处理器连接。六轴加速度传感器的z轴与支撑轴2的轴线平行。

当用户推着健腹轮前进时，健腹轮与子电路板5a发生相对转动，电磁传感器18测量磁场的变化，得到健腹轮与滚动轴的相对转角β，用户推动健腹轮前进时，手握住的支撑轴2相对地面转动，支撑轴2相对地面转动的角度为γ。因支撑轴2转动方向与健腹轮转动方向相反，γ为负值。健腹轮相对地面转动角度α＝β+γ。健腹轮前进距离s＝αr(r为健腹轮的半径)。