便携式自行车功能仪的研究

绿色出行是当今深入人心的出新方式，选择自行车作为短途出行方式深受欢迎，自行车运动也是一项十分受欢迎的健身运动，而且在运动过程中可以充分享受到大自然，对于生活快节奏的现代人来说，无疑是一种很好的放松方法。对于自行车运动爱好者来说，一种经济实惠、简单便捷的多功能测控系统十分实用，既能实时方便知道车速、环境温度、行驶里程，也可以知道使用者的血压、心率，对不适的身体状况进行报警提醒使用者注意。既可以在室外使用，又适用于室内自行车，满足不同人群的需求，让更多人投入到绿色出行的行动中来。

1 系统总方案分析与设计

以MSP430F149单片机为微处理器，与速度测量模块、lcd12864显示模块、DS18b20温度传感器测量模块、心率测量模块、血压测量模块等组成具有实用价值的便携式自行车功能仪。系统总体结构图如图1所示。

2 硬件电路设计

以MSP430F149单片机为核心，与集成霍尔元件模块组成的测速信模块、与LCD12864组成系统的显示模块，按键扫描模块和电源模块等相结合组成一体式测速系统，与DS18B 20传感器如成温度模块。

2.1 微处理器电路设计

设计采用MSP430F149单片机为微处理器，msp430系列单片机是由是美国德州仪器(TI)在1996年推出的一种16位超低功耗的单片机，具有丰富的片内片外接口。通过外接电路包括霍尔传感器，lcd12864，ds18b20温度传感器、心率传感器模块、血压传感器模块等组成具有实用价值的便携式自行车功能仪。

2.2 测速系统设计

器件选择：采用3144霍尔传感器构成的开关量霍尔传感器，配合磁钢通过对自行车车轮的旋转配合磁钢的作用，使霍尔测速传感器产生脉冲信号，微处理器：MSP430对输入的脉冲信号进行计数，再根据车轮的半径，通过编程算出实时的行驶车速。

测量原理：假设某一型号的自行车车轮外径D为60.00 cm，根据公式C=πd计算可知，轮子的周长为1.884 m。用霍尔传感器配合微处理器来采集轮子转一圈的时间T。从而根据C/T，便可以计算出车的速度。在一个计时周期内，当一次触发时，进入中断，并开始计时。紧接着第二次进入中断时，立刻记下计数值，并得出时间差T。设立一个标志位flag即可实现。假设一个计时周期为8 s，也就是最低的计算速度可以达到1.884/8=0.236 m/s=0.8478 km/h，由于msp430f149单片机计数的一个周期为0.000 12 s，故最快计时速度也远远超过自行车的实际能到达到的时速。所以这种测速方法理论上完全满足实际要求。

2.3 显示系统电路设计

器件选择：采用8位并行、带中文字库LCD12864作为显示输出模块，12864最低至3.0 V电源电压供电，可以直接其显示分辨率为128x64，内置8 192个16*16点汉字，足以显示本设计中需要的全部数据与提示汉字等，12 864与msp430f149单片机接口电路简单稳定，可以直接连接。

2.4 温度测量系统设计

采用集成的DALLAS18B20数字温度传感器，全部传感元件及转换电路集成在形如一只小三极管的集成电路内。且仅需占用两个I/O口资源，转换速度快，抗干扰能力强，测量精度也满足要求，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5 ℃、0.25℃、0.125℃和0.062 5℃，选择任意分辨率都能完全满足系统测量环境温度的精度要求。由于其可用3.0～5.5 V的宽供电电压范围，方便系统的供电电源设计，若用寄生电源供电方式可以直接通过与微处理器I/O口的数据线供电，这样外接连线更加便捷。

2.5 心率测量系统设计

器件选择：采用图2所示的HK-2000A型脉搏传感器，其采用高度集成化工艺，将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内部。具有灵敏度高、抗干扰性能强、过载能力大、一致性好、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。该脉搏传感器还具有完善的信号调理功能，用户在使用时后级不需要再加滤波等电路。根据压电式原理采集信号，将模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲.可以用于脉率数据的实时采集。心率测量系统结构图如下图3所示。

测量方法：将HK-2000A型脉搏传感器绑在使用者的食指或中指尖上，绑时要施加一些压力，手指头应该会感觉到脉搏的跳动，输出插头通过耳机插座转接，接入到MSP430f1 49单片机中，通过在设定时间内测到的脉冲次数，计算出心率。

2.6 血压测量系统设计

器件选择：Freescale MPXV5050GP压力传感器是最新型的单片式带信号调节的硅压力传感器，集成了片上技术、双极运算放大器电路和薄膜电阻器网络，可提供高输出信号和温度补偿功能，提供与所施压力成正比、精确的高电平模拟输出信号