基于自发电的自行车运动健身记录仪的制作方法

本实用新型涉及光电自动化领域，尤其涉及一种基于自发电的自行车运动健身记录仪。

背景技术：

在当代社会，骑自行车逐渐变成一种时尚的健身运动，越来越多的人推崇都市人的出行应该重新选择自行车，不仅低碳环保还能同时锻炼身体。在国外，骑自行车健身可以说是方兴未艾。据报道，近几年伦敦市的自行车数量翻了一倍，而50％的德国居民也表示自行车是他们最喜爱的休闲活动之一。法、德、比利时、瑞典等国，还以骑自行车“一日游”的时髦体育旅游消遣活动，吸引了成千上万的人踊跃参加。

中国号称“自行车王国”，据统计，我国社会的自行车保有量达到3.7亿辆，而自行车在我国是一种很普通又十分便利的交通工具，人们在上下班和郊游时都经常用它。据近年来研究的结果表明，骑自行车和跑步、游泳一样，是一种最能改善人们心肺功能的耐力性锻炼。虽然现代自行车已装备了各种高科技的装备，但是自行车运动健身记录仪目前还少有公司研发，只有少数名牌自行车厂家会给自己生产的自行车加装一些简单的计程装置，但这些自行车价格昂贵，动辄就接近万元，测量装备也十分简单，同时用户不能对其进行智能定位和记录里程，这是大多数平常人难以接受的，难以推广应用的。

现在的健身追踪类产品的形式多种多样，智能手表、智能衣服和多种物联网产品。它们除了追踪数据之外，还可以建议你如何改变生活方式。它们价格便宜，而且无处不在，每走一步都会计算在内。虽然不能做到百分之百准确，但是怎么说都能带来更多好处。但是，尽管智能设备的概念炒得很火，市场上智能手环、智能手表等产品设计得足够炫酷，但真正的好产品并不多。目前国内还没有形成行业标准，产品参差不齐，测量准确性还有待加强，在安全隐私方面也没有一个通用的标准让用户放心使用。充电速度、工业设计、数据采集与传输、传感器的精确度等都是很难解决的问题。智能可穿戴设备首先不能影响人体健康，电池必须安全且不影响其他电子设备的使用。此外，手环的生产过程是否环境友好、是否采用可循环材料、是否对医疗器材造成电磁干扰等都还没有具体标准。可用性方面，如传感器的精准度、实现互联互通、保障信息安全都是行业的努力方向。总的来说，这一项科技还有很长的路要走。

近年来，绿色环保的自行车运动重新走入我们的视野，但是人们往往不能较为科学的记录自行车运动的相关数据，使人们的自行车运动具有一定的盲目性。虽然部分高端自行车配备有记录检测装置，但这些自行车往往价格昂贵，使人们望而却步。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于自发电的自行车运动健身记录仪。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于自发电的自行车运动健身记录仪，包括：踏板转动杆1、踏板2、自发电系统、光电传感器、蓝牙模块、定位模块；

踏板2为中空腔室，踏板2一端中部开孔设置踏板转动杆1，将踏板转动杆1安装在自行车踏板连接孔处，踏板转动杆1设置在踏板2内部腔室处为金属管3，金属管3设置中空管套4，将自发电系统固定在中空管套4处，自发电系统连接控制器供源端，控制器光电信号端连接光电传感器信号端，控制器信号发送端连接蓝牙模块信号数据端，控制器定位信号端连接定位模块信号端，智能终端无线连接蓝牙模块信号收发端，定位模块信号端连接智能终端定位信号接收端。

上述技术方案的有益效果为：应用光电传感技术和蓝牙传输技术，将运动健身记录仪植入传统的自行车脚踏板中，并利用脚踏板旋转时的自发电技术为运动健身记录仪提供电源，实现自供电、长寿命、绿色环保的运动健身记录仪。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，所述自发电系统包括：主动杆5、转动发电机6、主动齿轮11、第一从动齿轮7、第二从动齿轮8、第三从动齿轮9、背板10、固定螺钉孔13；

主动杆5安装在踏板2内部腔室的中空管套4处，将固定螺钉孔13穿入固定螺钉进行加固，主动杆5下端为主动齿轮11，将主动杆5固定在中空管套4处，主动杆5安装在背板10中部，主动齿轮11与第一从动齿轮7嵌合，第一从动齿轮7与第二从动齿轮8嵌合，第二从动齿轮8与第三从动齿轮9嵌合，第三从动齿轮9安装转动发电机6，使踏板转动杆1带动主动齿轮11转动，该主动齿轮11转动依次带动第一从动齿轮7和第二从动齿轮8转动，最终带动第三从动齿轮9，第三从动齿轮9带动转动发电机6转动发电，第一从动齿轮7、第二从动齿轮8和第三从动齿轮9安装在背板10处。

上述技术方案的有益效果为：通过自发电系统的结构设计，能够最大限度通过转动发电机进行发电操作，保证踏板内部电路获取持续稳定的电力，这样能够更好的实现绿色环保的技术效果。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，还包括：叶片12、对射槽14、14’、对射槽型光电传感器15；

叶片12安装在主动杆5轴向，对射槽型光电传感器15固定安装在踏板2内壁处，主动杆5带动叶片12运动，叶片12经过对射槽14、14’处，对射槽14、14’发射红外光，通过对射槽型光电传感器15将光电数据传输到控制器。

上述技术方案的有益效果为：当叶片经过对射槽之后，红外光被切断，对射槽型光电传感器获取该数据，该光电传感器能够通过检测光线是否被遮挡而检测到对射槽中间是否有叶片通过，根据光线被遮挡频次和内部联动齿轮带动自行车运动的比值可得出此时间段内自行车的运动距离。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，所述转动发电机6连接电源管理系统，电源管理系统供电端连接控制器电源端。

上述技术方案的有益效果为：通过电池管理系统对控制器进行充电，能够保护控制器不被过载或者过流影响，延长控制器使用寿命。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，所述电源管理系统包括：可充电锂电池和充放电保护电路，

转动发电机供电端连接充放电保护电路电源端，充放电保护电路充电端连接可充电锂电池电源端，充放电保护电路供电端连接控制器电源端。

上述技术方案的有益效果为：通过可充电锂电池能够保证踏板内部电路长久稳定续航，通过充放电保护电路对全部电路进行电源保护。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型旨在应用光电传感技术和蓝牙传输技术，将运动健身记录仪植入传统的自行车脚踏板中，并利用脚踏板旋转时的自发电技术为运动健身记录仪提供电源，实现自供电、长寿命、绿色环保的运动健身记录仪。同时，应用基站定位技术，使车主能够时刻监视自行车的位置信息，起到防盗作用。我们最终将传统意义上的自行车脚踏板的基本功能加以拓展，使其能够同时满足定位、防盗、卡路里计算、里程记录及自发电等多种功能，最终研制出实现集运动、健身、代步于一体的新型多用途、绿色环保的自行车运动健身记录仪，以适应当今科学技术运用于运动、健身及日常行动等多方面需求。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型总体电路示意图；

图2是本实用新型自发电系统示意图；

图3是本实用新型踏板结构示意图；

图4是本实用新型踏板内部结构示意图；

图5是本实用新型对射槽型光电传感器示意图；

图6是本实用新型对射槽型光电传感器电路示意图；

图7是本实用新型蓝牙模块电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据此现象和智能运动领域的需求，本课题提出研制一种具有定位、卡路里计算、里程记录及自发电等多种功能，实现集运动、健身、代步于一体的新型多用途、绿色环保的自行车运动健身记录仪,该设备能够根据踏板转动过程中发送给光电传感器的信息，结合较为科学的算法记录自行车运动的里程，并根据运动者的身高体重信息给出运动过程的卡路里消耗量，同时，在定位系统，单片机控制GPRS模块开启双模定位模式，实现系统的实时定位，并且能够在网络端进行位置查询，起到防盗作用。整个系统供电由踏板转轴转动发电产生，由电源管理系统对两块可充电锂电池进行充放电管理，实现自发电，达到真正的绿色环保。

如图1-5所示，本实用新型提供了一种基于自发电的自行车运动健身记录仪，包括：踏板转动杆1、踏板2、自发电系统、光电传感器、蓝牙模块、定位模块；

踏板2为中空腔室，踏板2一端中部开孔设置踏板转动杆1，将踏板转动杆1安装在自行车踏板连接孔处，踏板转动杆1设置在踏板2内部腔室处为金属管3，金属管3设置中空管套4，将自发电系统固定在中空管套4处，自发电系统连接控制器供源端，控制器光电信号端连接光电传感器信号端，控制器信号发送端连接蓝牙模块信号数据端，控制器定位信号端连接定位模块信号端，智能终端无线连接蓝牙模块信号收发端，定位模块信号端连接智能终端定位信号接收端。

上述技术方案的有益效果为：应用光电传感技术和蓝牙传输技术，将运动健身记录仪植入传统的自行车脚踏板中，并利用脚踏板旋转时的自发电技术为运动健身记录仪提供电源，实现自供电、长寿命、绿色环保的运动健身记录仪。

如图2所示，所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，所述自发电系统包括：主动杆5、转动发电机6、主动齿轮11、第一从动齿轮7、第二从动齿轮8、第三从动齿轮9、背板10、固定螺钉孔13；

主动杆5安装在踏板2内部腔室的中空管套4处，将固定螺钉孔13穿入固定螺钉进行加固，主动杆5下端为主动齿轮11，将主动杆5固定在中空管套4处，主动杆5安装在背板10中部，主动齿轮11与第一从动齿轮7嵌合，第一从动齿轮7与第二从动齿轮8嵌合，第二从动齿轮8与第三从动齿轮9嵌合，第三从动齿轮9安装转动发电机6，使踏板转动杆1带动主动齿轮11转动，该主动齿轮11转动依次带动第一从动齿轮7和第二从动齿轮8转动，最终带动第三从动齿轮9，第三从动齿轮9带动转动发电机6转动发电，第一从动齿轮7、第二从动齿轮8和第三从动齿轮9安装在背板10处。

上述技术方案的有益效果为：通过自发电系统的结构设计，能够最大限度通过转动发电机进行发电操作，保证踏板内部电路获取持续稳定的电力，这样能够更好的实现绿色环保的技术效果。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，还包括：叶片12、对射槽14、14’、对射槽型光电传感器15；

叶片12安装在主动杆5轴向，对射槽型光电传感器15固定安装在踏板2内壁处，主动杆5带动叶片12运动，叶片12经过对射槽14、14’处，对射槽14、14’发射红外光或者普通光束，通过对射槽型光电传感器15将光电数据传输到控制器。

上述技术方案的有益效果为：当叶片经过对射槽之后，红外光被切断，对射槽型光电传感器获取该数据，该光电传感器能够通过检测光线是否被遮挡而检测到对射槽中间是否有叶片通过，根据光线被遮挡频次和内部联动齿轮带动自行车运动的比值可得出此时间段内自行车的运动距离。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，所述转动发电机6连接电源管理系统，电源管理系统供电端连接控制器电源端。

上述技术方案的有益效果为：通过电池管理系统对控制器进行充电，能够保护控制器不被过载或者过流影响，延长控制器使用寿命。

所述的基于自发电的自行车运动健身记录仪，优选的，所述电源管理系统包括：可充电锂电池和充放电保护电路，

转动发电机供电端连接充放电保护电路电源端，充放电保护电路充电端连接可充电锂电池电源端，充放电保护电路供电端连接控制器电源端。

上述技术方案的有益效果为：通过可充电锂电池能够保证踏板内部电路长久稳定续航，通过充放电保护电路对全部电路进行电源保护。

运动耗能算法部分，由于人体的运动耗能极具个体差异性，会受多方面因素的影响，并且当下各个公式所用参数参差不齐，现在难以获得完全标准，基本适于所有个体的计算公式。我们综合考量后选择卡路里计算基本公式：

消耗卡路里kcal)＝时速km/h*体重kg*运动时间h*1.05

此公式能够基本符合自行车的运动耗能情况，并且考虑了个体差异性，即对应不同体重有对应的耗能数量，运动者运动之前输入体重信息，即可进行相对正确的科学性计算。上述算法为本领域技术人员通常使用的。

蓝牙传输部分

蓝牙传输部分采用HC05串口蓝牙模块，对射槽型光电传感器读取数据后，将计量到的次数发给单片机控制器。单片机根据计算公式进行相应处理后，这些计算公式都是通用程序的惯常使用，通过HC05的蓝牙串口协议将数据发给手机蓝牙端，手机通过发送不同的指令使HC05返回里程或者消耗信息，手机收到数据后可直接进行显示。蓝牙硬件系统示意图如图7所示。

本实用新型中仅使用蓝牙的数据传输功能，可以通过蓝色LED灯是否双闪来判断蓝牙是否已经连接并打开了端口。蓝牙未配对时电流约30mA，配对后约10mA，本系统在外壳处设置有蓝牙系统单片机的电源开关，在不进行运动或不需查看运动信息时可以将蓝牙模块关闭，使整个系统处于低功耗或者无功耗状态。

定位部分

该部分拟实现功能为对整个系统进行实时定位，定位方式分为GPS全球卫星定位系统定位和LBS移动位置系统定位，其中GPS定位的优势是精确，能够将误差控制在5-10m，缺点是GPS受天气和位置的影响较大。当遇到天气不佳的时候、或者处于室内时，GPS的定位就会受到相当大的影响，甚至无法进行定位服务。LBS定位的优势是方便，因为它是通过手机进行定位的，只要用户手机处于移动通信网络的有效范围之内，就可以随时进行位置定位，而不受天气、高楼、位置等等的影响。

本实用新型从两个模块SIM808和GU906中选择GU906作为定位模块，GU906模块可通过配置和发送AT指令工作在双模定位模式下，即在室外等信号强度好的地方实现GPS卫星定位，在室内采用LBS基站定位，满足精度和通用性的要求。系统运行中通过指令AT+TKENABLE＝1开启双模定位，然后即可通过AT+TKPOS查询双模定位经纬度，同时也可以在网络段登陆设备管理系统进行运行轨迹和经纬度的查询。

电源管理系统采用2S平衡充电保护系统：寻星仪电源CX-74-2S，转动发电机的充电电流对电源管理系统所串接的两块可充电锂电池进行充电。该电源管理系统为UPS不间断电源，当外部无充电输入时，系统输出锂电池中电量，此时两块串联的锂电池为系统电源，当外部有充电输入时，电源管理系统输出此时的外部充电电量，同时将多余点亮存储在锂电池中。当两块电池电量不一致时，该系统能控制电量多的电池的电量消耗在外部电阻上，而使两块电池达到电量基本一致。此电源管理系统的过放电压为5.1V±0.05V，过充电压为8.4V±0.3V。同时具有过充电保护，防止由于运动者骑自行车的速度不同，而导致转动发电机对锂电池的充电电流过大或者过小。

该系统整体原理图如图1所示，用单片机STC89C52RC分别作为测量系统和定位系统，测量系统可在不使用时关闭，定位系统可时刻保持开启。用户在初始时自定义体重信息此数值可以仅在第一次使用时进行设置，若以后使用均未设置，则默认体重值为第一次的设置量，运动后可通过手机蓝牙模块发送相应指令，即可收到系统返回的运动里程信息和运动消耗的卡路里估算值。同时保证定位模块始终上电即可通过网络端查询自行车的位置和运动轨迹此功能可以满足远程位置查看和自行车防盗的要求。整个系统由自发电模块供电维持工作，本实用新型暂用的可充电锂电池为两块550mah，标称电压为3.7V的电池，容量适中，供电稳定。

智能终端优选为智能手机、平板电脑、台式机、或者服务器。

如图6所示为对射槽型光电传感器电路示意图，其中D1为电源指示灯、D2为开关指示灯、Q1为对射槽型光耦；

C1连接D1正极，D1负极连接R1，D1正极还分别并联R2、R3、R4；其中R2和R7还连接运算放大器U1负极输入端，R3和R4还连接对射槽型光耦Q1，Q1还并联C2，通过叶片频繁划过光耦产生的光束来进行计算运动的距离。

所述控制器为STC89C52RC单片机；

定位模块优选为GU906双模定位模块，能够实现GPS卫星定位和LBS基站定位，能够插入SIM卡。

蓝牙芯片优选为HC05、BT1-BCM，如图7所示为蓝牙模块电路示意图。

上述实用新型所使用的软件程序为本领域技术人员所熟知的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。