一种新型电子调阻动感单车

王占立，任风伟

(武汉体育学院 体育工程与信息技术学院，武汉 430079)

1 传统动感单车分析

动感单车SPINNING，是由美国极限运动员JOHNNYO G 于20 世纪80 年代首创。JOHNNYO G 于1989 年在美国加州圣塔蒙尼卡设立了全球首个动感单车训练中心。他将普通室内用的健身车加以改装，利用阻力器来控制蹬动力度，并提高了健身车的灵活性。20 世纪90 年代后期动感单车课程进入我国，首先在一些大型健身俱乐部开展起来。动感单车克服了户外骑行的缺点，安全性强，并且简单易学，适合人群较广泛，锻炼效果好，还具有缓解压力的作用，这些优点让它深受广大健身爱好者的喜爱。最近10 年，动感单车已经成为各个健身俱乐部的必备课程［2］。

通过查阅相关文献和市场实际考察，发现国内动感单车大都是机械把手调节阻力，且功能比较单一，不能满足国内大众的需求。随着科技的进步，各种智能化的体育器材层出不穷。动感单车也需要融入更多的智能控制，以及对训练者的各种训练参数进行采集和分析，这样使得训练更加合理有效。

2 新型动感单车的设计

2.1 设计理念

目前的动感单车运动训练模式存在以下问题：1）调节阻力模糊化。使用者只能通过自身感觉调节相应模式下的阻力；2）运动过程体能参数模糊化。使用者对于运动的时间、速度、功率、消耗能量等一系列参数不了解。

针对当前动感单车所存在的一些问题，本设计应用嵌入式技术，结合单片机控制系统、触摸屏显示系统、电磁阻力系统、速度测试系统，对动感单车进行改进，以赋予动感单车更加人性化的操作和比较完善的功能［3］。本设计采用了电磁阻力系统调节阻力，并且安装有控制显示一体化的触摸屏，使用者可以直观地看到运动的时间、速度、功率、消耗能量等一系列参数。以相应的运动参数作为参考，可以有效地提高运动效果。

2.2 电子电路系统化设计

系统设计流程如图1。

图1 系统设计流程图

触摸屏显示系统的设计更加人性化，触摸屏不仅仅能显示出各种数据，而且可以人机交互。界面显示当前阻力大小、锻炼时间、速度、行驶路程、功率，这些信息将更加有利于健身者/训练者的合理训练，以及对自己以后的训练进行合理安排；另外，界面有“开始”、“停止”、“重置”、“力量加”、“力量减”按钮，触摸屏幕，控制系统将完成对应功能，从而方便健身者/训练者根据自己体力和训练要求进行实时调节。

电磁阻力系统将负责动感单车阻力的调节，控制系统向电磁阻力系统发送控制指令，使得电磁阻力器阻力大小进行定量调整［4］。

速度测试系统主要由编码器组成，编码器随车轮转动，编码器发出的信号将传输至控制系统，控制系统根据接收数据计算出车速以及行驶路程。

控制系统选用TI 德州仪器MSP430F149-16 位超低功耗微控制器，此单片机以其集成度高、体积小、控制功能强被广泛应用，并且还具有低电压、低功耗、易扩展及优异的性能价格比等优点［5］。单片机将接收到触摸屏传输的功能信号和速度测试系统传回的信号做处理，调节发往电磁阻力系统的阻力大小。

2.3 对原型机机械结构的调整

原型机是在传统动感单车基础上进行改进。对车身做出改变，在车轮轴上安装一个飞轮，通过链条与安装在动感单车底座上的电磁阻力器相连，这样一方面使电磁阻力器有效地调节训练者骑行阻力，另一方面便于动感单车的维护；在车前方焊接一支撑杆，用于安装触摸屏。

2.4 实物图

图2 电磁阻力器编码器安装图

电磁阻力器编码器安装图如图2，控制系统图如图3，控制电路及其安装图如图4，原型机图如图5。

图3 控制系统图

图4 控制电路及其安装图

图5 原型机图

3 结语

改进后的电子调阻动感单车，经测试比传统动感单车更加智能化，更适应社会发展潮流，为用户提供一些训练参数，更加符合人们的健身需求，更具有良好的推广应用价值。

［1］代昀.电子技术基础［M］.北京：北京工业大学出版社，2006.

［2］陈金.动感单车对人体心肺功能影响的实验研究［J］.衡水学院学报，2013（4）：60-63.

［3］张杨，徐艳，朱家村，等.嵌入式技术的应用研究［J］.科技信息，2014（2）：147.

［4］张海峰，刘晓为，王喜莲，等.磁电阻效应的原理及其应用［J］.哈尔滨工业大学学报，2008，40（3）：362-366.

［5］梅丽凤.单片机原理及接口技术［M］.北京：清华大学出版社，2006.