本實用新型涉及光電自動化領域，尤其涉及一種基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀。

背景技術：

在當代社會，騎自行車逐漸變成一種時尚的健身運動，越來越多的人推崇都市人的出行應該重新選擇自行車，不僅低碳環(huán)保還能同時鍛煉身體。在國外，騎自行車健身可以說是方興未艾。據(jù)報道，近幾年倫敦市的自行車數(shù)量翻了一倍，而50％的德國居民也表示自行車是他們最喜愛的休閑活動之一。法、德、比利時、瑞典等國，還以騎自行車“一日游”的時髦體育旅游消遣活動，吸引了成千上萬的人踴躍參加。

中國號稱“自行車王國”，據(jù)統(tǒng)計，我國社會的自行車保有量達到3.7億輛，而自行車在我國是一種很普通又十分便利的交通工具，人們在上下班和郊游時都經(jīng)常用它。據(jù)近年來研究的結果表明，騎自行車和跑步、游泳一樣，是一種最能改善人們心肺功能的耐力性鍛煉。雖然現(xiàn)代自行車已裝備了各種高科技的裝備，但是自行車運動健身記錄儀目前還少有公司研發(fā)，只有少數(shù)名牌自行車廠家會給自己生產(chǎn)的自行車加裝一些簡單的計程裝置，但這些自行車價格昂貴，動輒就接近萬元，測量裝備也十分簡單，同時用戶不能對其進行智能定位和記錄里程，這是大多數(shù)平常人難以接受的，難以推廣應用的。

現(xiàn)在的健身追蹤類產(chǎn)品的形式多種多樣，智能手表、智能衣服和多種物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。它們除了追蹤數(shù)據(jù)之外，還可以建議你如何改變生活方式。它們價格便宜，而且無處不在，每走一步都會計算在內(nèi)。雖然不能做到百分之百準確，但是怎么說都能帶來更多好處。但是，盡管智能設備的概念炒得很火，市場上智能手環(huán)、智能手表等產(chǎn)品設計得足夠炫酷，但真正的好產(chǎn)品并不多。目前國內(nèi)還沒有形成行業(yè)標準，產(chǎn)品參差不齊，測量準確性還有待加強，在安全隱私方面也沒有一個通用的標準讓用戶放心使用。充電速度、工業(yè)設計、數(shù)據(jù)采集與傳輸、傳感器的精確度等都是很難解決的問題。智能可穿戴設備首先不能影響人體健康，電池必須安全且不影響其他電子設備的使用。此外，手環(huán)的生產(chǎn)過程是否環(huán)境友好、是否采用可循環(huán)材料、是否對醫(yī)療器材造成電磁干擾等都還沒有具體標準。可用性方面，如傳感器的精準度、實現(xiàn)互聯(lián)互通、保障信息安全都是行業(yè)的努力方向。總的來說，這一項科技還有很長的路要走。

近年來，綠色環(huán)保的自行車運動重新走入我們的視野，但是人們往往不能較為科學的記錄自行車運動的相關數(shù)據(jù)，使人們的自行車運動具有一定的盲目性。雖然部分高端自行車配備有記錄檢測裝置，但這些自行車往往價格昂貴，使人們望而卻步。這就亟需本領域技術人員解決相應的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀。

為了實現(xiàn)本實用新型的上述目的，本實用新型提供了一種基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，包括：踏板轉(zhuǎn)動桿1、踏板2、自發(fā)電系統(tǒng)、光電傳感器、藍牙模塊、定位模塊；

踏板2為中空腔室，踏板2一端中部開孔設置踏板轉(zhuǎn)動桿1，將踏板轉(zhuǎn)動桿1安裝在自行車踏板連接孔處，踏板轉(zhuǎn)動桿1設置在踏板2內(nèi)部腔室處為金屬管3，金屬管3設置中空管套4，將自發(fā)電系統(tǒng)固定在中空管套4處，自發(fā)電系統(tǒng)連接控制器供源端，控制器光電信號端連接光電傳感器信號端，控制器信號發(fā)送端連接藍牙模塊信號數(shù)據(jù)端，控制器定位信號端連接定位模塊信號端，智能終端無線連接藍牙模塊信號收發(fā)端，定位模塊信號端連接智能終端定位信號接收端。

上述技術方案的有益效果為：應用光電傳感技術和藍牙傳輸技術，將運動健身記錄儀植入傳統(tǒng)的自行車腳踏板中，并利用腳踏板旋轉(zhuǎn)時的自發(fā)電技術為運動健身記錄儀提供電源，實現(xiàn)自供電、長壽命、綠色環(huán)保的運動健身記錄儀。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，所述自發(fā)電系統(tǒng)包括：主動桿5、轉(zhuǎn)動發(fā)電機6、主動齒輪11、第一從動齒輪7、第二從動齒輪8、第三從動齒輪9、背板10、固定螺釘孔13；

主動桿5安裝在踏板2內(nèi)部腔室的中空管套4處，將固定螺釘孔13穿入固定螺釘進行加固，主動桿5下端為主動齒輪11，將主動桿5固定在中空管套4處，主動桿5安裝在背板10中部，主動齒輪11與第一從動齒輪7嵌合，第一從動齒輪7與第二從動齒輪8嵌合，第二從動齒輪8與第三從動齒輪9嵌合，第三從動齒輪9安裝轉(zhuǎn)動發(fā)電機6，使踏板轉(zhuǎn)動桿1帶動主動齒輪11轉(zhuǎn)動，該主動齒輪11轉(zhuǎn)動依次帶動第一從動齒輪7和第二從動齒輪8轉(zhuǎn)動，最終帶動第三從動齒輪9，第三從動齒輪9帶動轉(zhuǎn)動發(fā)電機6轉(zhuǎn)動發(fā)電，第一從動齒輪7、第二從動齒輪8和第三從動齒輪9安裝在背板10處。

上述技術方案的有益效果為：通過自發(fā)電系統(tǒng)的結構設計，能夠最大限度通過轉(zhuǎn)動發(fā)電機進行發(fā)電操作，保證踏板內(nèi)部電路獲取持續(xù)穩(wěn)定的電力，這樣能夠更好的實現(xiàn)綠色環(huán)保的技術效果。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，還包括：葉片12、對射槽14、14’、對射槽型光電傳感器15；

葉片12安裝在主動桿5軸向，對射槽型光電傳感器15固定安裝在踏板2內(nèi)壁處，主動桿5帶動葉片12運動，葉片12經(jīng)過對射槽14、14’處，對射槽14、14’發(fā)射紅外光，通過對射槽型光電傳感器15將光電數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳌?/p>

上述技術方案的有益效果為：當葉片經(jīng)過對射槽之后，紅外光被切斷，對射槽型光電傳感器獲取該數(shù)據(jù)，該光電傳感器能夠通過檢測光線是否被遮擋而檢測到對射槽中間是否有葉片通過，根據(jù)光線被遮擋頻次和內(nèi)部聯(lián)動齒輪帶動自行車運動的比值可得出此時間段內(nèi)自行車的運動距離。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動發(fā)電機6連接電源管理系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)供電端連接控制器電源端。

上述技術方案的有益效果為：通過電池管理系統(tǒng)對控制器進行充電，能夠保護控制器不被過載或者過流影響，延長控制器使用壽命。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，所述電源管理系統(tǒng)包括：可充電鋰電池和充放電保護電路，

轉(zhuǎn)動發(fā)電機供電端連接充放電保護電路電源端，充放電保護電路充電端連接可充電鋰電池電源端，充放電保護電路供電端連接控制器電源端。

上述技術方案的有益效果為：通過可充電鋰電池能夠保證踏板內(nèi)部電路長久穩(wěn)定續(xù)航，通過充放電保護電路對全部電路進行電源保護。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：

本實用新型旨在應用光電傳感技術和藍牙傳輸技術，將運動健身記錄儀植入傳統(tǒng)的自行車腳踏板中，并利用腳踏板旋轉(zhuǎn)時的自發(fā)電技術為運動健身記錄儀提供電源，實現(xiàn)自供電、長壽命、綠色環(huán)保的運動健身記錄儀。同時，應用基站定位技術，使車主能夠時刻監(jiān)視自行車的位置信息，起到防盜作用。我們最終將傳統(tǒng)意義上的自行車腳踏板的基本功能加以拓展，使其能夠同時滿足定位、防盜、卡路里計算、里程記錄及自發(fā)電等多種功能，最終研制出實現(xiàn)集運動、健身、代步于一體的新型多用途、綠色環(huán)保的自行車運動健身記錄儀，以適應當今科學技術運用于運動、健身及日常行動等多方面需求。

本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本實用新型總體電路示意圖；

圖2是本實用新型自發(fā)電系統(tǒng)示意圖；

圖3是本實用新型踏板結構示意圖；

圖4是本實用新型踏板內(nèi)部結構示意圖；

圖5是本實用新型對射槽型光電傳感器示意圖；

圖6是本實用新型對射槽型光電傳感器電路示意圖；

圖7是本實用新型藍牙模塊電路示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。

根據(jù)此現(xiàn)象和智能運動領域的需求，本課題提出研制一種具有定位、卡路里計算、里程記錄及自發(fā)電等多種功能，實現(xiàn)集運動、健身、代步于一體的新型多用途、綠色環(huán)保的自行車運動健身記錄儀,該設備能夠根據(jù)踏板轉(zhuǎn)動過程中發(fā)送給光電傳感器的信息，結合較為科學的算法記錄自行車運動的里程，并根據(jù)運動者的身高體重信息給出運動過程的卡路里消耗量，同時，在定位系統(tǒng)，單片機控制GPRS模塊開啟雙模定位模式，實現(xiàn)系統(tǒng)的實時定位，并且能夠在網(wǎng)絡端進行位置查詢，起到防盜作用。整個系統(tǒng)供電由踏板轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動發(fā)電產(chǎn)生，由電源管理系統(tǒng)對兩塊可充電鋰電池進行充放電管理，實現(xiàn)自發(fā)電，達到真正的綠色環(huán)保。

如圖1-5所示，本實用新型提供了一種基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，包括：踏板轉(zhuǎn)動桿1、踏板2、自發(fā)電系統(tǒng)、光電傳感器、藍牙模塊、定位模塊；

踏板2為中空腔室，踏板2一端中部開孔設置踏板轉(zhuǎn)動桿1，將踏板轉(zhuǎn)動桿1安裝在自行車踏板連接孔處，踏板轉(zhuǎn)動桿1設置在踏板2內(nèi)部腔室處為金屬管3，金屬管3設置中空管套4，將自發(fā)電系統(tǒng)固定在中空管套4處，自發(fā)電系統(tǒng)連接控制器供源端，控制器光電信號端連接光電傳感器信號端，控制器信號發(fā)送端連接藍牙模塊信號數(shù)據(jù)端，控制器定位信號端連接定位模塊信號端，智能終端無線連接藍牙模塊信號收發(fā)端，定位模塊信號端連接智能終端定位信號接收端。

上述技術方案的有益效果為：應用光電傳感技術和藍牙傳輸技術，將運動健身記錄儀植入傳統(tǒng)的自行車腳踏板中，并利用腳踏板旋轉(zhuǎn)時的自發(fā)電技術為運動健身記錄儀提供電源，實現(xiàn)自供電、長壽命、綠色環(huán)保的運動健身記錄儀。

如圖2所示，所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，所述自發(fā)電系統(tǒng)包括：主動桿5、轉(zhuǎn)動發(fā)電機6、主動齒輪11、第一從動齒輪7、第二從動齒輪8、第三從動齒輪9、背板10、固定螺釘孔13；

主動桿5安裝在踏板2內(nèi)部腔室的中空管套4處，將固定螺釘孔13穿入固定螺釘進行加固，主動桿5下端為主動齒輪11，將主動桿5固定在中空管套4處，主動桿5安裝在背板10中部，主動齒輪11與第一從動齒輪7嵌合，第一從動齒輪7與第二從動齒輪8嵌合，第二從動齒輪8與第三從動齒輪9嵌合，第三從動齒輪9安裝轉(zhuǎn)動發(fā)電機6，使踏板轉(zhuǎn)動桿1帶動主動齒輪11轉(zhuǎn)動，該主動齒輪11轉(zhuǎn)動依次帶動第一從動齒輪7和第二從動齒輪8轉(zhuǎn)動，最終帶動第三從動齒輪9，第三從動齒輪9帶動轉(zhuǎn)動發(fā)電機6轉(zhuǎn)動發(fā)電，第一從動齒輪7、第二從動齒輪8和第三從動齒輪9安裝在背板10處。

上述技術方案的有益效果為：通過自發(fā)電系統(tǒng)的結構設計，能夠最大限度通過轉(zhuǎn)動發(fā)電機進行發(fā)電操作，保證踏板內(nèi)部電路獲取持續(xù)穩(wěn)定的電力，這樣能夠更好的實現(xiàn)綠色環(huán)保的技術效果。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，還包括：葉片12、對射槽14、14’、對射槽型光電傳感器15；

葉片12安裝在主動桿5軸向，對射槽型光電傳感器15固定安裝在踏板2內(nèi)壁處，主動桿5帶動葉片12運動，葉片12經(jīng)過對射槽14、14’處，對射槽14、14’發(fā)射紅外光或者普通光束，通過對射槽型光電傳感器15將光電數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳌?/p>

上述技術方案的有益效果為：當葉片經(jīng)過對射槽之后，紅外光被切斷，對射槽型光電傳感器獲取該數(shù)據(jù)，該光電傳感器能夠通過檢測光線是否被遮擋而檢測到對射槽中間是否有葉片通過，根據(jù)光線被遮擋頻次和內(nèi)部聯(lián)動齒輪帶動自行車運動的比值可得出此時間段內(nèi)自行車的運動距離。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動發(fā)電機6連接電源管理系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)供電端連接控制器電源端。

上述技術方案的有益效果為：通過電池管理系統(tǒng)對控制器進行充電，能夠保護控制器不被過載或者過流影響，延長控制器使用壽命。

所述的基于自發(fā)電的自行車運動健身記錄儀，優(yōu)選的，所述電源管理系統(tǒng)包括：可充電鋰電池和充放電保護電路，

轉(zhuǎn)動發(fā)電機供電端連接充放電保護電路電源端，充放電保護電路充電端連接可充電鋰電池電源端，充放電保護電路供電端連接控制器電源端。

上述技術方案的有益效果為：通過可充電鋰電池能夠保證踏板內(nèi)部電路長久穩(wěn)定續(xù)航，通過充放電保護電路對全部電路進行電源保護。

運動耗能算法部分，由于人體的運動耗能極具個體差異性，會受多方面因素的影響，并且當下各個公式所用參數(shù)參差不齊，現(xiàn)在難以獲得完全標準，基本適于所有個體的計算公式。我們綜合考量后選擇卡路里計算基本公式：

消耗卡路里kcal)＝時速km/h*體重kg*運動時間h*1.05

此公式能夠基本符合自行車的運動耗能情況，并且考慮了個體差異性，即對應不同體重有對應的耗能數(shù)量，運動者運動之前輸入體重信息，即可進行相對正確的科學性計算。上述算法為本領域技術人員通常使用的。

藍牙傳輸部分

藍牙傳輸部分采用HC05串口藍牙模塊，對射槽型光電傳感器讀取數(shù)據(jù)后，將計量到的次數(shù)發(fā)給單片機控制器。單片機根據(jù)計算公式進行相應處理后，這些計算公式都是通用程序的慣常使用，通過HC05的藍牙串口協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)給手機藍牙端，手機通過發(fā)送不同的指令使HC05返回里程或者消耗信息，手機收到數(shù)據(jù)后可直接進行顯示。藍牙硬件系統(tǒng)示意圖如圖7所示。

本實用新型中僅使用藍牙的數(shù)據(jù)傳輸功能，可以通過藍色LED燈是否雙閃來判斷藍牙是否已經(jīng)連接并打開了端口。藍牙未配對時電流約30mA，配對后約10mA，本系統(tǒng)在外殼處設置有藍牙系統(tǒng)單片機的電源開關，在不進行運動或不需查看運動信息時可以將藍牙模塊關閉，使整個系統(tǒng)處于低功耗或者無功耗狀態(tài)。

定位部分

該部分擬實現(xiàn)功能為對整個系統(tǒng)進行實時定位，定位方式分為GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位和LBS移動位置系統(tǒng)定位，其中GPS定位的優(yōu)勢是精確，能夠?qū)⒄`差控制在5-10m，缺點是GPS受天氣和位置的影響較大。當遇到天氣不佳的時候、或者處于室內(nèi)時，GPS的定位就會受到相當大的影響，甚至無法進行定位服務。LBS定位的優(yōu)勢是方便，因為它是通過手機進行定位的，只要用戶手機處于移動通信網(wǎng)絡的有效范圍之內(nèi)，就可以隨時進行位置定位，而不受天氣、高樓、位置等等的影響。

本實用新型從兩個模塊SIM808和GU906中選擇GU906作為定位模塊，GU906模塊可通過配置和發(fā)送AT指令工作在雙模定位模式下，即在室外等信號強度好的地方實現(xiàn)GPS衛(wèi)星定位，在室內(nèi)采用LBS基站定位，滿足精度和通用性的要求。系統(tǒng)運行中通過指令AT+TKENABLE＝1開啟雙模定位，然后即可通過AT+TKPOS查詢雙模定位經(jīng)緯度，同時也可以在網(wǎng)絡段登陸設備管理系統(tǒng)進行運行軌跡和經(jīng)緯度的查詢。

電源管理系統(tǒng)采用2S平衡充電保護系統(tǒng)：尋星儀電源CX-74-2S，轉(zhuǎn)動發(fā)電機的充電電流對電源管理系統(tǒng)所串接的兩塊可充電鋰電池進行充電。該電源管理系統(tǒng)為UPS不間斷電源，當外部無充電輸入時，系統(tǒng)輸出鋰電池中電量，此時兩塊串聯(lián)的鋰電池為系統(tǒng)電源，當外部有充電輸入時，電源管理系統(tǒng)輸出此時的外部充電電量，同時將多余點亮存儲在鋰電池中。當兩塊電池電量不一致時，該系統(tǒng)能控制電量多的電池的電量消耗在外部電阻上，而使兩塊電池達到電量基本一致。此電源管理系統(tǒng)的過放電壓為5.1V±0.05V，過充電壓為8.4V±0.3V。同時具有過充電保護，防止由于運動者騎自行車的速度不同，而導致轉(zhuǎn)動發(fā)電機對鋰電池的充電電流過大或者過小。

該系統(tǒng)整體原理圖如圖1所示，用單片機STC89C52RC分別作為測量系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，測量系統(tǒng)可在不使用時關閉，定位系統(tǒng)可時刻保持開啟。用戶在初始時自定義體重信息此數(shù)值可以僅在第一次使用時進行設置，若以后使用均未設置，則默認體重值為第一次的設置量，運動后可通過手機藍牙模塊發(fā)送相應指令，即可收到系統(tǒng)返回的運動里程信息和運動消耗的卡路里估算值。同時保證定位模塊始終上電即可通過網(wǎng)絡端查詢自行車的位置和運動軌跡此功能可以滿足遠程位置查看和自行車防盜的要求。整個系統(tǒng)由自發(fā)電模塊供電維持工作，本實用新型暫用的可充電鋰電池為兩塊550mah，標稱電壓為3.7V的電池，容量適中，供電穩(wěn)定。

智能終端優(yōu)選為智能手機、平板電腦、臺式機、或者服務器。

如圖6所示為對射槽型光電傳感器電路示意圖，其中D1為電源指示燈、D2為開關指示燈、Q1為對射槽型光耦；

C1連接D1正極，D1負極連接R1，D1正極還分別并聯(lián)R2、R3、R4；其中R2和R7還連接運算放大器U1負極輸入端，R3和R4還連接對射槽型光耦Q1，Q1還并聯(lián)C2，通過葉片頻繁劃過光耦產(chǎn)生的光束來進行計算運動的距離。

所述控制器為STC89C52RC單片機；

定位模塊優(yōu)選為GU906雙模定位模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)GPS衛(wèi)星定位和LBS基站定位，能夠插入SIM卡。

藍牙芯片優(yōu)選為HC05、BT1-BCM，如圖7所示為藍牙模塊電路示意圖。

上述實用新型所使用的軟件程序為本領域技術人員所熟知的。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。