自行车测速系统

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自行车测速系统
技术领域
[0001] 本发明是关于一种自行车测速系统，该测速系统主要是利用光感测器检测发光元件所发出的可见光，并透过控制器计算出自行车的车速及行驶距离等行车信息，令使用者能透过显示器得知该等行车信息。
背景技术
[0002] 为响应节能减碳，因应地球暖化与世界性的能源危机，政府积极鼓励大众骑乘自行车，且对自行车道的规划日益完善，截至2007年底，台湾已完成四十余条自行车专用道，且骑乘自行车的人数亦随之增加。根据台湾经建会2008年的统计资料显示，台湾的自行车骑乘人口已大幅成长到七十万人，且其中有八成比例是休闲用途。而随着骑乘人口数的成长，自行车周边商品也随之热卖，如自行车专用的置物包、照明灯、水壶及测速器等商品。
[0003] 目前市面上常见的自行车测速器主要是利用磁簧开关(Reed Switch)以检测自行车的车轮转动。磁簧开关为在1936年由贝尔电信实验室(BellTelephone Laboratory)的W.B.Ellwood所发明，且在美国获准专利(美国专利第2,264,746号)，以下兹配合图式针对磁簧开关的原理进行说明。
[0004] 请参阅图1所示，磁簧开关1包括二低磁滞铁性簧片10、11，该二簧片10、11的一部分相互重叠，且彼此间相距一适当间隔，该二簧片10、11分别与一导线(图中未示)相连接。另，该二簧片10、11被密封在一玻璃管12中，且该玻璃管内充满惰性气体或氮气，以防止该二簧片10、11氧化，避免该二簧片10、11的表面在氧化后导电性减弱。参阅图2所示，当一磁铁2接近该磁簧开关1时，该二簧片10、11相互重叠的部分即分别被磁化，并感应为极性相反的磁极。在图2中，上面的簧片10右端被感应为S极，下面的簧片11左端被感应为N极，且其间的磁性引力使该二簧片10、11产生弹性变形，如此，该二簧片10、11即因磁力互相吸引接触，使得该磁簧开关1呈现导通状态。另一方面，当该磁铁2远离该磁簧开关
1时，该等簧片10、11上的磁感应即消除，令该等簧片10、11利用本身的弹性回复力弹回原本的位置(如图1所示)，使得该磁簧开关1呈现断路状态。
[0005] 请再次参阅图1、图2，在传统的自行车测速器中，将该磁簧开关1的两端连接到一单晶片(Micro Controller Unit，简称MCU)上，且将该磁铁2固定在自行车的车轮上，另，该磁簧开关1被安装至自行车的车架上对应于该磁铁2的位置。当使用者骑乘自行车时，该磁铁2即随着车轮转动，当该磁铁2接近该磁簧开关1时，该磁簧开关1即呈现导通状态，又当该磁铁2远离该磁簧开关1时，该磁簧开关1则呈现断路状态(如图1所示)，使该单晶片通过该磁簧开关1的导通与断路，得到一电气信号。连续两次电气信号的间隔时间，即为该自行车的车轮旋转一圈所需的时间。该单晶片通过该间隔时间及下列方程式计算出该自行车的车速：
[0006] V＝2πr÷t×60×60÷1000
[0007] 其中V为速度(单位为公里/小时)，r为车轮的半径(单位为公尺)，t为车轮转动一圈所需时间(单位为秒)。
[0008] 传统利用该磁簧开关1的自行车测速器，虽能通过该两簧片10、11的导通与断路以检测电气信号并计算出自行车的车速。倘若使用者在骑乘自行车时，地面上的碎石飞起撞破该磁簧开关1的玻璃管12，该等簧片10、11即可能因与外界空气接触而发生氧化，导致该磁簧开关1损坏，无法于该等簧片10、11接触时顺利导电，使该单晶片无法精准撷取到电气信号，大幅影响测速的正确性。虽有业者为避免该等簧片10、11的表面氧化，而在该等簧片10、11的表面镀上贵金属(如：铑、钌及金)，以确保其信赖性，然而此举却大幅提高磁簧开关1的材料及制作成本，且令工艺变得更加复杂，相当不理想。
[0009] 因此，如何改善传统自行车测速器的诸多缺失，以磁簧开关以外的方式检测自行车车速，并减低测速器的材料及制造成本，即为本发明在此欲探讨的一重要课题。
发明内容
[0010] 有鉴于前揭诸多问题，发明人经过长久努力研究与实验，终于开发设计出本发明的自行车测速系统，期令自行车测速系统的结构简单且轻量化，避免使用高价的贵金属材料，减少其材料及制造成本。
[0011] 本发明的一目的，是提供一种自行车测速系统，该测速系统包括一光发射模块及一光接收模块，其中该光发射模块包括一驱动电路、一发光元件(如：发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)或激光二极管(Laser Diode))及一第一电源，该驱动电路分别与该发光元件及该第一电源相连接，且该驱动电路接收该第一电源的电力，并将电力传输至该发光元件，令该发光元件发射出一可见光；该光接收模块包括一输入接口(如：按键)、一控制器(如：单晶片(Micro Controller Unit，简称MCU))、一光感测器、一显示器(如：液晶显示器)及一第二电源，其中该输入接口与该控制器相连接，且该输入接口能接收使用者所输入的一自行车车轮的轮径参数(如：车轮直径或周长)，并将该轮径参数传送至该控制器，该光感测器与该控制器相连接，当该光感测器检测到该发光元件所发射的该可见光时，即向该控制器传送一触发信号，该控制器能根据所接收到的连续两次触发信号的间隔时间及该轮径参数计算出即时的车速；另，该控制器与该显示器相连接，能将该车速传送至该显示器，令使用者能透过该显示器得知该车速，此外，该第二电源提供该光接收模块运作所需的电力。如此，当使用者将该光发射模块安装至一自行车的车轮上，且将该光接收模块安装至自行车的车架上对应于该光发射模块的位置，并将该显示器安装至该自行车的把手上后，即能在骑乘该自行车时透过该显示器了解该车速。透过本发明，能够具体实现结构简单且轻量化的自行车测速系统，且本发明的测速系统不需使用高价的贵金属材料，亦无复杂的机械结构，不仅有效简化工艺，更能大幅降低生产制造成本。
[0012] 本发明的另一目的，为该发光元件所发射出的可见光在一预定波长范围内，且该预定波长范围的可见光是有别于一般环境的可见光，使得该光感测器检测到该发光元件所发射的该预定波长范围的可见光时，向该控制器传送一触发信号。如此，便能防止该光感测器受到环境光线的影响，避免该光感测器发生误判等情事。
[0013] 本发明的又一目的，是该控制器能根据所接收到的连续两次该触发信号，储存成一转动圈数，且累计该转动圈数，并依据累计的该转动圈数及该轮径参数计算出行驶距离，并将该行驶距离传送至该显示器，便使用者透过该显示器得知该自行车的行驶距离。
附图说明
[0014] 图1是磁簧开关的示意图；
[0015] 图2是磁簧开关受磁力作用时的示意图；
[0016] 图3是本发明的较佳实施例的电路示意图；及
[0017] 图4是本发明的较佳实施例的示意图。
[0018] 附图标号：
[0019] 光发射模块 30
[0020] 驱动电路 301
[0021] 发光元件 302
[0022] 第一电源 303
[0023] 光接收模块 31
[0024] 输入接口 311
[0025] 控制器 312
[0026] 光感测器 313
[0027] 显示器 314
[0028] 第二电源 315
[0029] 自行车 4
[0030] 车轮 41
[0031] 把手 42
具体实施方式
[0032] 为便于贵审查委员能对本发明的目的、结构及其功效，做更进一步的认识与了解，兹举实施例配合图式，详细说明如下：
[0033] 本发明是一种自行车测速系统，参阅图3、图4所示，在本发明的较佳实施例中，该测速系统包括一光发射模块30及一光接收模块31，其中该光发射模块30包括一驱动电路
301、一发光元件302及一第一电源303，且该光发射模块30被安装至一自行车4的车轮41上。该驱动电路301分别与该发光元件302及该第一电源303相连接，且该驱动电路301接收该第一电源303的电力，并将电力传输至该发光元件302，该发光元件302是一发光二极管，在接收到电力后，即发射出一可见光。需特别一提的是，该发光元件302并不限于发光二极管，凡本领域技术人员，均可依照设计或实际需求，采用激光二极管(Laser Diode)或其他灯件作为该发光元件302。
[0034] 该光接 收模块31包 括一输入 接口311、一 控制器312(如：单晶 片(MicroController Unit，简称MCU))、一光感测器313、一显示器314(如：液晶显示器)及一第二电源315。其中该输入接口311是一按键，其与该控制器312相连接，且该输入接口
311被安装至该自行车4的把手42上。该控制器312为一单晶片(Micro Controller Unit，简称MCU)，当使用者在该把手42上操纵该输入接口311输入该车轮41的轮径参数(即该车轮41的直径)后，该输入接口311即接收该轮径参数，并将该轮径参数传送至该控制器
312。另，该第二电源315提供该光接收模块31上的各元件运作所需的电力。
[0035] 承上，该光感测器313被安装在该自行车4的车架上对应于该光发射模块30的位置，且该光感测器313与该控制器312相连接。当使用者骑乘该自行车4时，该光发射模块
30即随着该车轮41旋转，当该发光元件302接近该光感测器313，使得该光感测器313检测到该发光元件302所发射的可见光时，该光感测器313即立刻向该控制器312传送一触发信号。当该控制器312接收到该触发信号后便开始计时，待该控制器312接收到下一个触发信号时，便记录下连续两次触发信号的间隔时间，且储存一转动圈数，并随着该车轮41的旋转，累计该转动圈数。该控制器312依据下列方程式，计算出即时的车速：
[0036] V＝πψ÷t×60×60÷1000
[0037] 其中V为车速(单位为公里/小时)，ψ为轮径参数(单位为公尺)，t为上述连续两次触发信号的间隔时间(单位为秒)。又，该控制器312根据下列方程式，计算出行驶距离：
[0038] D＝πψ×N÷1000
[0039] 其中D为行驶距离(单位为公里)，N为该控制器312所储存的该转动圈数。
[0040] 此外，该控制器312与该显示器314相连接，该显示器314可为一液晶显示器，其被安装至该自行车4的该把手42上，当该控制器312透过上述各方程式计算出车速V及行驶距离D等行车信息后，便将该等行车信息传送至该显示器314。如此，使用者即能通过该显示器314得知该等行车信息。在本发明中，由于该发光元件302及该光感测器313的体积很小且重量很轻，该光发射模块30及光接收模块31的电路结构亦极为简单，其整体构造不仅无复杂的机械构成，亦无须使用贵金属等高价材料，远较传统磁簧式测速器简单且轻量化，除能提高自行车的骑乘效率外，尚能有效实现测速系统的自动化生产工艺，进而大幅缩减其人工、库存及制造等成本。
[0041] 承上，在本发明的较佳实施例中，该发光元件302采用红色发光二极管，其所发射出的可见光波长范围为625～670nm，有别于一般环境的可见光波长范围400nm～700nm，另一方面，该光感测器313的响应波长范围为650±30nm。本发明通过缩小该发光元件302的波长范围及该光感测器313的响应波长范围，防止该光感测器313受到外界环境光线的影响，避免该光感测器313发生误判，据此大幅提高该自行车测速系统的准确性。需特别一提的是，该发光元件302的可见光波长及该光感测器313的响应波长并不限于上述范围，凡本领域技术人员，可依据实际设计需求，改变该发光元件302的颜色(波长范围)，并变更该光感测器313的响应波长范围，以配合该发光元件302的可见光波长范围。凡该发光元件302的可见光波长有别于一般环境的可见光波长范围的情况，仍不脱离本发明所欲保护的技术特征。
[0042] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，本发明的技术特征并不局限于此，在上述较佳实施例中，虽利用轮径参数(车轮的直径)计算自行车车速，但亦可利用车轮的周长并配合下列方程式，计算出即时的车速：
[0043] V＝C÷t×60×60÷1000
[0044] 其中V为车速(单位为公里/小时)，C为车轮的周长(单位为公尺)，t为连续两次触发信号的间隔时间(单位为秒)。凡本领域技术人员，在本发明的技术领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆应涵盖在本发明的权利要求中。