CN106730617A - 一种人机交互动感单车及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人机交互动感单车及其使用方法，包括车架和脚踏板，车架上设置有车把和车座，还包括显示器、控制装置、磁粉制动器、磁铁和霍尔传感器，显示器连接在车架前端，控制装置设置在车把上，磁粉制动器设置在车架上并通过曲柄与脚踏板连接，曲柄上设置有磁铁，霍尔传感器设置在磁粉制动器上并与控制装置连接，控制装置还分别连接显示器和磁粉制动器。该动感单车和使用者之间有人机交互，当使用者骑行速度改变后，弧面显示器中画面播放速度随之改变。使用者锻炼时，不仅可以欣赏到不同的路边风景，还可以准确的得到当前的运动信息。相比传统单调乏味的健身单车，运动趣味性增加，提高使用者的兴趣，利于使用者进行长期锻炼。

Description

一种人机交互动感单车及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种人机交互动感单车及其使用方法，属于健身器材技术领域。

背景技术

骑行是全身性有氧活动、能有效的锻炼大脑、心脏等人体器官机能。自行车骑行不仅运动量大，在相同时间内也可以接触到更多的风景。然而，随着生活节奏的加快，人们更喜欢选择在家中或健身房内锻炼。动感单车的出现克服了室外骑行受环境影响的缺点，使得这项运动在简单易学之余，成为了一项能使全身得到锻炼的有氧运动。

现有的大部分室内动感单车，人们只能坐在车座上蹬脚踏板带动飞轮转动，由飞轮提供人们锻炼所需的阻力，锻炼过程单调无味，而且锻炼者并不知道锻炼过程中飞轮的具体阻力大小，无法量化自己的运动量。同时，动感单车大多是在健身房内，配合运动性强的音乐和教练的指挥进行锻炼，锻炼者自己在练习的时候很难把握运动节奏，不适合喜欢在家中单独锻炼的使用者。

经检索查新，现有技术中，2016年张剑锐等申请的公开号为CN201610483597的名称为“一种VR动感单车”的发明专利中，公开了一种VR动感单车，转动机构设有与VR系统的处理器采样连接的角度传感器，在转动车把的时候，VR系统的处理器从角度传感器获得车把转动信息，及时将车辆的状态反映在虚拟场景中，让健身人员有一种身临其境的感觉，增强了骑行的真实感和丰富感。虽然这种方法会一定程度上增强用户在锻炼中的乐趣，但用户在使用过程中和动感单车系统人机交互太少，锻炼者不能直观知道当前骑行阻力，其运动过程单调、运动场景单一的缺点也并没有得到改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种人机交互动感单车。

本发明还提供上述人机交互动感单车的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种人机交互动感单车，包括车架和脚踏板，车架上设置有车把和车座，其特征在于，还包括显示器、控制装置、磁粉制动器、磁铁和霍尔传感器，显示器连接在车架前端，控制装置设置在车把上，磁粉制动器设置在车架上并通过曲柄与脚踏板连接，曲柄 上设置有磁铁，霍尔传感器设置在磁粉制动器上并与控制装置连接，控制装置还分别连接显示器和磁粉制动器。

优选的，所述控制装置包括信号放大器、单片机、电平转换芯片、数字模拟信号转换器和恒压源，霍尔传感器依次连接信号放大器、单片机、电平转换芯片及显示器，单片机还依次连接数字模拟信号转换器、恒压源及磁粉制动器。

优选的，所述曲柄上设置有四个磁铁，四个磁铁在同一圆周上均布排列。此设计的优势在于，四个磁铁可提高速度检测模块的灵敏度和检测的实时性，能够获取更为精确的速度信息。

优选的，所述单片机选用STC89C52型单片机，电平转换芯片选用MAX232串口电平转换芯片，数字模拟信号转换器选用PCF8951D/A数字模拟信号转换器。

优选的，所述显示器选用弧面触摸式显示屏，显示器通过可调支架连接在车架前端。此设计的好处在于，弧面显示器便于使用者观察，通过可调支架可以调节显示器的高度和位置，能够适应不同体型的使用者。

优选的，所述动感单车还包括VR头盔，VR头盔通过数据线与显示器连接。此设计的好处在于，采用VR头盔用户在骑行的过程中，控制装置将显示器中的画面通过数据线实时传输到VR头盔，引导用户产生一种身临其境的感觉，不仅可以丰富锻炼过程，还可以取得更好的锻炼效果。

一种人机交互动感单车的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，

(1)使用者使用前，先在显示器上输入自身的身高值和体重值，设定初始骑行阻力值并选择自己喜好的运动场景；

(2)使用者开始进行骑行健身，骑行时脚踏板带动磁粉制动器转动，霍尔传感器检测磁铁的磁场变化信息并将其通过信号放大器传输给单片机，单片机通过电平转换芯片控制显示器运动画面的播放速度，当使用者的骑行速度改变时，显示器运动画面的播放速度也随之改变与骑行速度相适应；

(3)当使用者在骑行过程中通过显示器改变设定的初始骑行阻力值时，显示器将最新设定的阻力值通过电平转换芯片传输给单片机，单片机将接收到的信息再通过数字模拟信号转换器输出到恒压源，再由恒压源控制磁粉制动器输出的阻力大小；

(4)当显示器显示的运动画面出现坡度时，显示器将坡度信息传输到单片机，单片机将接收到的信息再通过数字模拟信号转换器输出到恒压源，再由恒压源控制磁粉制动器输出的阻力值增大或减小。

本发明的有益效果在于：

本发明人机交互动感单车，其动感单车和使用者之间有人机交互，当使用者骑行速度改变后，弧面显示器中画面播放速度随之改变。使用者在使用动感单车锻炼的过程中，不仅可以欣赏到不同的路边风景，还可以准确的得到当前的运动信息。相比传统单调乏味的健身单车，运动趣味性增加，提高使用者的兴趣，利于使用者进行长期锻炼。同时，本发明动感单车设计时尚，质量较轻，结构合理，其作用明显、效果显著，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明动感单车的结构示意图；

图2为本发明动感单车的局部结构示意图；

图3为本发明动感单车的工作原理框图；

图4为本发明中控制系统的线路图；

其中：1.显示器，2.车把，3.控制装置，4.车把高度调节杆，5.车座，6.车座进深调节杆，7.车座高度调节杆，8.脚踏板，9.曲柄，10.车架，11.可调支架，12.磁粉制动器，13.磁铁，14.霍尔传感器，15.单片机，16.恒压源。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供一种人机交互动感单车，包括车架10和脚踏板8，车架10上设置有车把2和车座5，还包括显示器1、控制装置3、磁粉制动器12、磁铁13和霍尔传感器14，显示器1连接在车架10前端，控制装置3设置在车把2上，磁粉制动器12安装在车架10上并通过曲柄9与脚踏板8连接，曲柄9上设置有磁铁13，霍尔传感器14设置在磁粉制动器12上并与控制装置3连接，控制装置3还分别连接显示器1和磁粉制动器12。

车把2通过车把高度调节杆4安装在车架10的前端，车座5通过车座进深调节杆6安装在车座高度调节杆7顶部，车座高度调节杆7底端插入车架10内。显示器1选用弧面触摸式显示屏，能够在弧面触摸式显示屏上进行数据的输入和设定，显示器1通过可调支架11连接在车架前端，通过可调支架11实现显示器1的高度调节和前后位置调节。 弧面显示器便于使用者观察，可调支架调节显示器的高度和位置以适应不同体型的使用者。

其中，控制装置3包括信号放大器、单片机、电平转换芯片、数字模拟信号转换器和恒压源，霍尔传感器依次连接信号放大器、单片机、电平转换芯片及显示器，单片机还依次连接数字模拟信号转换器、恒压源及磁粉制动器，具体连接关系如图3所示。其中，单片机选用STC89C52型单片机，电平转换芯片选用MAX232串口电平转换芯片，数字模拟信号转换器选用PCF8951D/A数字模拟信号转换器。

曲柄9上设置有四个磁铁13，四个磁铁在同一圆周上均布排列。通过霍尔传感器检测磁铁磁场的变化来确定骑行速度，而周向布置的四个磁铁可提高速度检测模块的灵敏度和检测的实时性，能够获取更为精确的速度信息。

本发明人机交互动感单车的一个重要组成部分是磁粉制动器。磁粉制动器的加入可以使动感单车摒弃原有沉重的飞轮，使动感单车的外观得到很大的改进。使用者在进行骑行锻炼前，可以通过控制装置或显示器预先设定骑行过程的阻力，并由磁粉制动器输出相应大小阻力值，进而达到健身目的。

实施例2：

一种人机交互动感单车，结构如实施例1所述，其不同之处在于：该动感单车还包括VR头盔，VR头盔通过数据线与显示器1连接。戴上VR头盔的用户在骑行过程中，控制装置将显示器中的画面通过数据线实时传输到VR头盔，引导用户产生一种身临其境的感觉，不仅可以丰富锻炼过程，还可以取得更好的锻炼效果。

实施例3：

一种人机交互动感单车的使用方法，利用实施例1或2所述的动感单车，具体工作过程如下：

(1)使用者使用前，先在显示器1上输入使用者自身的身高值和体重值，自行设定初始骑行阻力值并选择自己喜好的运动场景；单片机的内设程序也可根据使用者输入的身高值和体重值自动设定初始骑行阻力值，实现科学健身；

(2)接下来使用者开始进行骑行健身，骑行时脚踏板8通过曲柄9带动磁粉制动器12转动，霍尔传感器14检测磁铁13的磁场变化信息，经过信号放大器放大，再经过波形转换与整形，输入到STC89C52单片机，单片机15通过MAX232串口电平转换芯片控制显示器1运动画面的播放速度；当使用者的骑行速度改变时，显示器1运动画面的播放 速度也随之改变与骑行速度相适应，即画面的播放速度与骑行速度相当；

(3)当使用者在骑行过程中通过显示器1改变设定的初始骑行阻力值时，显示器1将最新设定的阻力值通过MAX232串口电平转换芯片传输给STC89C52单片机，单片机15将接收到的信息再通过PCF8951D/A数字模拟信号转换器输出到恒压源16，再由恒压源16控制磁粉制动器12输出的阻力大小；

(4)当显示器1显示的运动画面出现坡度(上坡或下坡)时，显示器1将坡度信息传输到单片机15，单片机15将接收到的信息再通过数字模拟信号转换器输出到恒压源16，再由恒压源16控制磁粉制动器12输出的阻力值增大或减小。

另外，动感单车播放的运动画面可以是用户事先录好，导入到动感单车并选定背景音乐、输入骑行时长和骑行路程后由系统自动处理生成的。也可以是用户从数据库里下载的他人所分享的骑行场景画面。也可以是跑步机开发者三维建模生成的动画场景。同时，在显示器上可显示出当前骑行速度、骑行阻力、骑行时长，骑行路程等信息。用户可以在使用动感单车进行运动锻炼的同时，欣赏弧面显示器中路边的各种风景，并可准确得到当前运动信息。使用者在骑行时，可选择性佩戴VR头盔，在锻炼的同时可以欣赏更为真实的画面，有一种身临其境的感觉，降低锻炼时的乏味性。

Claims (7)

1.一种人机交互动感单车，包括车架和脚踏板，车架上设置有车把和车座，其特征在于，还包括显示器、控制装置、磁粉制动器、磁铁和霍尔传感器，显示器连接在车架前端，控制装置设置在车把上，磁粉制动器设置在车架上并通过曲柄与脚踏板连接，曲柄上设置有磁铁，霍尔传感器设置在磁粉制动器上并与控制装置连接，控制装置还分别连接显示器和磁粉制动器。

2.如权利要求1所述的人机交互动感单车，其特征在于，所述控制装置包括信号放大器、单片机、电平转换芯片、数字模拟信号转换器和恒压源，霍尔传感器依次连接信号放大器、单片机、电平转换芯片及显示器，单片机还依次连接数字模拟信号转换器、恒压源及磁粉制动器。

3.如权利要求1或2所述的人机交互动感单车，其特征在于，所述曲柄上设置有四个磁铁，四个磁铁在同一圆周上均布排列。

4.如权利要求2所述的人机交互动感单车，其特征在于，所述单片机选用STC89C52型单片机，电平转换芯片选用MAX232串口电平转换芯片，数字模拟信号转换器选用PCF8951D/A数字模拟信号转换器。

5.如权利要求1所述的人机交互动感单车，其特征在于，所述显示器选用弧面触摸式显示屏，显示器通过可调支架连接在车架前端。

6.如权利要求1所述的人机交互动感单车，其特征在于，所述动感单车还包括VR头盔，VR头盔通过数据线与显示器连接。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的人机交互动感单车的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，

(1)使用者使用前，先在显示器上输入自身的身高值和体重值，设定初始骑行阻力值并选择自己喜好的运动场景；

(2)使用者开始进行骑行健身，骑行时脚踏板带动磁粉制动器转动，霍尔传感器检测磁铁的磁场变化信息并将其通过信号放大器传输给单片机，单片机通过电平转换芯片控制显示器运动画面的播放速度，当使用者的骑行速度改变时，显示器运动画面的播放速度也随之改变与骑行速度相适应；

(3)当使用者在骑行过程中通过显示器改变设定的初始骑行阻力值时，显示器将最新设定的阻力值通过电平转换芯片传输给单片机，单片机将接收到的信息再通过数字模拟信号转换器输出到恒压源，再由恒压源控制磁粉制动器输出的阻力大小；

(4)当显示器显示的运动画面出现坡度时，显示器将坡度信息传输到单片机，单片机将接收到的信息再通过数字模拟信号转换器输出到恒压源，再由恒压源控制磁粉制动器输出的阻力值增大或减小。