王占立，任風(fēng)偉

(武漢體育學(xué)院 體育工程與信息技術(shù)學(xué)院，武漢 430079)

1 傳統(tǒng)動感單車分析

動感單車SPINNING，是由美國極限運動員JOHNNYO G 于20 世紀(jì)80 年代首創(chuàng)。JOHNNYO G 于1989 年在美國加州圣塔蒙尼卡設(shè)立了全球首個動感單車訓(xùn)練中心。他將普通室內(nèi)用的健身車加以改裝，利用阻力器來控制蹬動力度，并提高了健身車的靈活性。20 世紀(jì)90 年代后期動感單車課程進(jìn)入我國，首先在一些大型健身俱樂部開展起來。動感單車克服了戶外騎行的缺點，安全性強(qiáng)，并且簡單易學(xué)，適合人群較廣泛，鍛煉效果好，還具有緩解壓力的作用，這些優(yōu)點讓它深受廣大健身愛好者的喜愛。最近10 年，動感單車已經(jīng)成為各個健身俱樂部的必備課程［2］。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和市場實際考察，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)動感單車大都是機(jī)械把手調(diào)節(jié)阻力，且功能比較單一，不能滿足國內(nèi)大眾的需求。隨著科技的進(jìn)步，各種智能化的體育器材層出不窮。動感單車也需要融入更多的智能控制，以及對訓(xùn)練者的各種訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行采集和分析，這樣使得訓(xùn)練更加合理有效。

2 新型動感單車的設(shè)計

2.1 設(shè)計理念

目前的動感單車運動訓(xùn)練模式存在以下問題：1）調(diào)節(jié)阻力模糊化。使用者只能通過自身感覺調(diào)節(jié)相應(yīng)模式下的阻力；2）運動過程體能參數(shù)模糊化。使用者對于運動的時間、速度、功率、消耗能量等一系列參數(shù)不了解。

針對當(dāng)前動感單車所存在的一些問題，本設(shè)計應(yīng)用嵌入式技術(shù)，結(jié)合單片機(jī)控制系統(tǒng)、觸摸屏顯示系統(tǒng)、電磁阻力系統(tǒng)、速度測試系統(tǒng)，對動感單車進(jìn)行改進(jìn)，以賦予動感單車更加人性化的操作和比較完善的功能［3］。本設(shè)計采用了電磁阻力系統(tǒng)調(diào)節(jié)阻力，并且安裝有控制顯示一體化的觸摸屏，使用者可以直觀地看到運動的時間、速度、功率、消耗能量等一系列參數(shù)。以相應(yīng)的運動參數(shù)作為參考，可以有效地提高運動效果。

2.2 電子電路系統(tǒng)化設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計流程如圖1。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計流程圖

觸摸屏顯示系統(tǒng)的設(shè)計更加人性化，觸摸屏不僅僅能顯示出各種數(shù)據(jù)，而且可以人機(jī)交互。界面顯示當(dāng)前阻力大小、鍛煉時間、速度、行駛路程、功率，這些信息將更加有利于健身者/訓(xùn)練者的合理訓(xùn)練，以及對自己以后的訓(xùn)練進(jìn)行合理安排；另外，界面有“開始”、“停止”、“重置”、“力量加”、“力量減”按鈕，觸摸屏幕，控制系統(tǒng)將完成對應(yīng)功能，從而方便健身者/訓(xùn)練者根據(jù)自己體力和訓(xùn)練要求進(jìn)行實時調(diào)節(jié)。

電磁阻力系統(tǒng)將負(fù)責(zé)動感單車阻力的調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)向電磁阻力系統(tǒng)發(fā)送控制指令，使得電磁阻力器阻力大小進(jìn)行定量調(diào)整［4］。

速度測試系統(tǒng)主要由編碼器組成，編碼器隨車輪轉(zhuǎn)動，編碼器發(fā)出的信號將傳輸至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)接收數(shù)據(jù)計算出車速以及行駛路程。

控制系統(tǒng)選用TI 德州儀器MSP430F149-16 位超低功耗微控制器，此單片機(jī)以其集成度高、體積小、控制功能強(qiáng)被廣泛應(yīng)用，并且還具有低電壓、低功耗、易擴(kuò)展及優(yōu)異的性能價格比等優(yōu)點［5］。單片機(jī)將接收到觸摸屏傳輸?shù)墓δ苄盘柡退俣葴y試系統(tǒng)傳回的信號做處理，調(diào)節(jié)發(fā)往電磁阻力系統(tǒng)的阻力大小。

2.3 對原型機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整

原型機(jī)是在傳統(tǒng)動感單車基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。對車身做出改變，在車輪軸上安裝一個飛輪，通過鏈條與安裝在動感單車底座上的電磁阻力器相連，這樣一方面使電磁阻力器有效地調(diào)節(jié)訓(xùn)練者騎行阻力，另一方面便于動感單車的維護(hù)；在車前方焊接一支撐桿，用于安裝觸摸屏。

2.4 實物圖

圖2 電磁阻力器編碼器安裝圖

電磁阻力器編碼器安裝圖如圖2，控制系統(tǒng)圖如圖3，控制電路及其安裝圖如圖4，原型機(jī)圖如圖5。

圖3 控制系統(tǒng)圖

圖4 控制電路及其安裝圖

圖5 原型機(jī)圖

3 結(jié)語

改進(jìn)后的電子調(diào)阻動感單車，經(jīng)測試比傳統(tǒng)動感單車更加智能化，更適應(yīng)社會發(fā)展潮流，為用戶提供一些訓(xùn)練參數(shù)，更加符合人們的健身需求，更具有良好的推廣應(yīng)用價值。

［1］代昀.電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

［2］陳金.動感單車對人體心肺功能影響的實驗研究［J］.衡水學(xué)院學(xué)報，2013（4）：60-63.

［3］張楊，徐艷，朱家村，等.嵌入式技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.科技信息，2014（2）：147.

［4］張海峰，劉曉為，王喜蓮，等.磁電阻效應(yīng)的原理及其應(yīng)用［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，40（3）：362-366.

［5］梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.