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物联网智能助力单车控制系统探析

2021-08-18 18:54 来源:物联网论文 人参与在线咨询

摘要:使用共享单车会使长行程的骑行者产生疲倦感,频繁乘车出行不仅会造成空气污染和能源短缺,还会产生一定的消费负担,而普通电动车无法使骑行者起到锻炼身体的作用,为此,文中设计一种智能助力控制系统。该系统以STM32单片机作为控制核心,配与太阳能辅助蓄电,利用无刷电机运作带动自行车后轮转动来助力,减轻骑行者工作量。系统通过WiFi模块建立控制端与手机端的联系,骑行者可通过手机APP查看骑行轨迹、时间与速度、剩余电量等信息。实验表明,该系统打造了一种人力骑行和电动助力骑行双模式的便捷出行工具。

关键词:新能源;智能助力;物联网技术;无刷电机;柔性电池板;定位

0引言

目前国内外虽已推出智能自行车[1]和自行车助力等商品,但没有实现将二者结合以及深化和完善,例如百度的Dubike和小米的助力自行车需要购买一整辆车、启罗的助力器不能达到用手机控制的程度[2]。据出行调查,不同行程出行者选用的方式也不同,调查结果见表1所列。由表1可见,行程超过14km出行者会选择乘车,行程1~6km选择单车出行的比例较高。长行程的骑行会使出行者产生疲劳感,因此更多的出行者还是会选择乘车出行[3-4]。使用共享单车会使长行程的骑行者产生疲倦感,频繁乘车出行不仅会造成空气污染和能源短缺,还会产生一定的消费负担,普通电动车无法使骑行者起到锻炼身体的作用。因此,要求共享助力单车既有人力骑行功能,又有电动助力模式省力便捷,此功能特别适宜城市规模较大且出行距离较远或公交不发达地区普通百姓的出行要求,是公共交通的最好补充工具。为此,设计一种智能助力单车控制系统对中短距离出行很有必要。基于此,本文设计了一种基于物联网智能助力单车控制系统。

1总体框图

智能助力控制系统设计总体框图如图1所示。该系统以HT32F1656642QFP单片机[5]作为主控芯片,骑行者将盒子安放在自行车三脚架上,通过速度传感器、GPS传感器和WiFi模块等将信息传输到单片机,单片机解读大数据后,骑行者可按下开关开始骑行,同时也可通过手机APP查看骑行轨迹、时间与速度、剩余电量等,实现骑行功能。

1.1芯片控制流程图

开启助力模式流程如图2所示,接上电源开始,然后判断APP或按键是否接收开启助力模式指令,若接收指令则启动电机,否则继续捡测。变速控制流程如图3所示。判断APP或按键是否接收调速信号,若接收指令则调整电机转速并将当前速度发送给手机端,否则继续捡测。停止流程如图4所示。判断APP或按键是否接收停止信号,若接收指令则关闭并将使用时间发送给手机端,否则继续捡测。通过WiFi模块将手机APP上的指令传输到单片机,再由大数据解析后,单片机再对装置中的无刷电机做出相对应的控制,同时,对自行车的状态进行实时检测。

1.2软件部分

软件控制流程如图5所示。接上电源开始,然后判断APP是否接收开箱指令,若接收指令则开柜取样安装,否则不作处理;接着通过HT32F1656是否收到速度控制模块或APP传来速度进行判断,是,则启动或关闭电机,在开启电机之后根据速度指令调整电机转速,接着将速度与位置等信息发送至APP,最后结束;否,则不作处理。

2特色、创新性、优势与功能

2.1特色与创新性

(1)与传统出行工具相比,智能助力功能不但可以使骑行出行者在感到疲倦时通过助力得到休息,还可以使日常出行者在骑上坡时快捷省力。(2)智能助力单车在环保方面还有重大意义。智能助力单车利用太阳能辅助蓄电[6]更符合现代社会绿色环保的理念,而且有了这个额外的动力装置,很多之前怕骑车累的用户就可以安心的选择骑自行车出行,而让汽车更多的待在车库里。由表2可知,智能助力单车无论是与汽车还是普通电动车相比,它的特点都更符合现代社会绿色、环保、节能的理念。并且充电和更换锂电池成本低,还可利用太阳能辅助充电,通过新能源助力。需要助力时按下按键即可使用,同时还能在骑行过程中通过手机APP查看骑行轨迹与时间、调整行使速度等。

2.2优势

(1)装置轻便灵活无需对爱车做改造,可直接将驱动装置安装于自行车三脚架上[7]。(2)平时不需要助力时只需要关掉电源即可,而当需要爬坡或者想要外力驱动时,打开开关就可以直接使用。(3)特别适宜因城市规模扩大需增加出行距离或公交不发达地区普通百姓的出行要求,是公共交通的最好补充工具。

2.3功能

物联网智能助力单车控制系统属于物联网、电子信息智能制造领域所开发的一种实用新型产品,是一种辅助自行车系统[8-9]。(1)可通过手机APP解锁柜子取出自行车辅助系统,将它安装在自行车上,通过按键进行简单调试。(2)手机APP端可以实时查看自行车的骑行速度、骑行时间、骑行轨迹和剩余电量等行驶状态。(3)通过控制按键和APP对单车速度进行调节,当按下调速按键或在手机APP端操作时,单片机将通过调节PWM波的占空比来控制电机的转速。可利用霍尔开关元件测转速,在无刷电机转轴上固定小磁铁,将霍尔开关固定在小磁铁附近,电机以某一角速度旋转时,只要小磁铁转过霍尔开关,霍尔开关便输出一个脉冲,通过计算单位时间脉冲数,即可确定电机速度并计算出单车速度。(4)手机APP端根据出行者的骑行状态经过大数据分析估算卡路里消耗,后期可随时查阅数据并对数据分析,从而制定属于自己的锻炼计划。(5)在锂电池安装区周围安装太阳能柔性电池板[11]。利用光电效应,太阳能电池中两种极性相反的半导体组成了PN结,形成内建电场,驱动电子进入电路,形成电压和电流,使其在晴朗天气下将电能储存在蓄电池内,作为辅助能源。(6)实时GPS定位报警。通过内嵌的GPS实时定位智能助力单车所在的位置,手机APP端通过GPS位置信息提醒用户,可查看是否有他人恶意拆卸单车。

3结语

人们对于AI的探究一直在进步,在日常生活各方面随处都可见人工智能[12]的身影,在骑行出行方面的研究趋势会更加往简便安装和多功能集一体化发展,省去冗杂的操作方式,智能助力将会成为自行车改革的一种新趋势。

作者:苏宝玺 陈小君 冯志斌 李银成 单位:闽南科技学院

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