用于自行車車輪的發(fā)光環(huán)、同步發(fā)光系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于自行車車輪的發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域,具體地說是涉及一種用于自行車車輪的發(fā)光環(huán),特別是一種用于自行車前后車輪的發(fā)光環(huán)及其組成的同步發(fā)光系統(tǒng)及同步控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今使用在自行車上的發(fā)光裝置,已經(jīng)大量使用LED作為發(fā)光源,做為騎行時(shí)的照明或者警示作用,現(xiàn)有的技術(shù)中:
如申請公開號CN103733233A的發(fā)明專利公開的“自行車照明系統(tǒng)和方法”,強(qiáng)調(diào)照明功能,并將其照明環(huán)安裝于前后車輪輪框的兩側(cè),一部自行車必須使用4個(gè)照明環(huán),并限制照明環(huán)的亮燈角度為20° -180°,以避免直接照射人眼造成眼睛眩光,亮燈角度固定,只需要在該角度范圍做簡單的亮燈及滅燈控制即可。
[0003]如授權(quán)公告號CN204244505U的實(shí)用新型專利公開的“LED彩色燈帶”,結(jié)合遙控器信號控制選擇,從而實(shí)現(xiàn)LED彩色燈帶的調(diào)色和跑馬效果。這是LED彩色燈帶的基本控制模式,比較典型的是安裝于建筑外墻的靜態(tài)LED彩色跑馬燈,使用大量的LED燈及驅(qū)動控制器并且安裝于固定的客體上。
[0004]然而,現(xiàn)有技術(shù)中使用在自行車上的發(fā)光裝置局限性太強(qiáng),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且整體效果欠佳,尤其是在發(fā)光多樣性、自行車前后輪發(fā)光的同步性及低速旋轉(zhuǎn)時(shí)光環(huán)發(fā)光的整體性上表現(xiàn)不足。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于結(jié)合上面二者的技術(shù)特征,解決二者技術(shù)特征中存在的問題,使用2個(gè)發(fā)光環(huán)安裝于前后車輪輪輞內(nèi)側(cè),顯示360°完整光環(huán),不對人眼造成眩光作用,使用時(shí)間細(xì)分技術(shù)提高光環(huán)的分辨率,使用較少零件,較少耗電達(dá)到節(jié)能并延長移動電源使用時(shí)間,加上動態(tài)的滾動光環(huán)降速控制以及前后光環(huán)動態(tài)同步。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種用于自行車車輪的發(fā)光環(huán),包括無線控制系統(tǒng)、多個(gè)LED燈和移動電源,其特征在于,所述無線控制系統(tǒng)包括MCU控制器、無線收發(fā)模塊、多個(gè)LED串行驅(qū)動器和定位傳感器,所述定位傳感器的輸出端與所述MCU控制器的信號輸入端連接,所述MCU控制器的串行輸出端與所述第一級LED串行驅(qū)動器的串行輸入端連接,第一級LED串行驅(qū)動器的串行輸出端與下一級LED串行驅(qū)動器的串行輸入端連接,以此逐級串行連接,所有LED串行驅(qū)動器的輸出控制端與所有LED燈一一對應(yīng)連接,所述MCU控制器的無線數(shù)據(jù)收發(fā)端與所述無線收發(fā)模塊連接;其中,以此逐級串行連接的意思是第一級LED串行驅(qū)動器與下一級的LED串行驅(qū)動器連接,下一級的LED串行驅(qū)動器又與其下一級的LED串行驅(qū)動器連接,以此類推,實(shí)現(xiàn)所有LED串行驅(qū)動器的串行連接。
[0007]優(yōu)選的,所述無線控制系統(tǒng)和所有LED燈安裝于由至少一個(gè)PCB電路板組成且外徑小于車輪輪輞內(nèi)徑的固定環(huán)上并與該固定環(huán)組合構(gòu)成發(fā)光環(huán),且所有LED燈等距離安裝,所述發(fā)光環(huán)安裝于車輪輪輞的內(nèi)側(cè),固定于車輪輻條的一側(cè),發(fā)光環(huán)與車輪構(gòu)成同心圓,LED燈的光投射于所述車輪輪輞的內(nèi)側(cè)和兩側(cè);
優(yōu)選的,所述移動電源安裝在車輪軸上并連接所述無線控制系統(tǒng)及所有LED燈。
[0008]優(yōu)選的,所述定位傳感器包括霍爾傳感器和配套使用的磁鐵,所述霍爾傳感器的輸出端為所述定位傳感器的輸出端,所述磁鐵安裝于車輪架的內(nèi)側(cè)、在霍爾傳感器旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的圓周經(jīng)過的上方。
[0009]優(yōu)選的,所述MCU控制器的型號為STM8S103F3。
[0010]優(yōu)選的,所述LED串行驅(qū)動器的型號為WS2811。
[0011]優(yōu)選的,所述無線收發(fā)模塊采用2.4G的nRF24L01+或Bluetooth無線通訊協(xié)議完成數(shù)據(jù)連接。
[0012]一種用于自行車車輪的同步發(fā)光系統(tǒng),包括兩個(gè)上述的用于自行車車輪的發(fā)光環(huán),所述發(fā)光環(huán)分別安裝于自行車的前輪和后輪輪輞的內(nèi)側(cè),固定于車輪輻條的一側(cè);其中一個(gè)發(fā)光環(huán)為主發(fā)光環(huán),另一個(gè)發(fā)光環(huán)為從發(fā)光環(huán),主發(fā)光環(huán)與從發(fā)光環(huán)之間通過無線收發(fā)模塊進(jìn)行通信以實(shí)現(xiàn)主發(fā)光環(huán)和從發(fā)光環(huán)的旋轉(zhuǎn)周期、光環(huán)顏色、光環(huán)角度、光環(huán)轉(zhuǎn)速和光環(huán)變化周期同步。
[0013]進(jìn)一步的,還包括用于設(shè)置發(fā)光環(huán)控制模式的光控模式遙控器,所述光控模式遙控器至少與一個(gè)所述無線收發(fā)模塊無線連接,以實(shí)現(xiàn)單環(huán)遙控或者雙環(huán)遙控。
[0014]用于自行車車輪的同步發(fā)光系統(tǒng)的同步控制方法,包括以下步驟:
(a)從發(fā)光環(huán)根據(jù)兩個(gè)磁鐵相對于車輪軸安裝位置的夾角設(shè)定靜態(tài)光點(diǎn)位移量,也就是從索引原點(diǎn)和靜態(tài)原點(diǎn)的夾角;
(b)從發(fā)光環(huán)接收來自主發(fā)光環(huán)上主霍爾傳感器與主磁鐵重疊感應(yīng)信號的時(shí)間點(diǎn)發(fā)出旋轉(zhuǎn)周期的同步命令,計(jì)算出兩個(gè)霍爾傳感器相對于車輪軸的夾角設(shè)定動態(tài)光點(diǎn)位移量,也就是從索引原點(diǎn)和動態(tài)原點(diǎn)的夾角;
(C)主發(fā)光環(huán)根據(jù)同步頻率發(fā)出實(shí)時(shí)同步命令及狀態(tài)參數(shù)給從發(fā)光環(huán),其中狀態(tài)參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)周期、光環(huán)顏色、光環(huán)角度、光環(huán)轉(zhuǎn)速和光環(huán)變化周期;
(d)從發(fā)光環(huán)收到主發(fā)光環(huán)的實(shí)時(shí)同步命令及狀態(tài)參數(shù),讀取此時(shí)從發(fā)光環(huán)的從霍爾傳感器旋轉(zhuǎn)位置的從標(biāo)定光點(diǎn)的實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)量,減去動態(tài)光點(diǎn)位移量再減去靜態(tài)光點(diǎn)位移量得出同步光點(diǎn)的實(shí)時(shí)修正旋轉(zhuǎn)量,以動態(tài)原點(diǎn)和靜態(tài)原點(diǎn)為兩項(xiàng)修正基準(zhǔn)點(diǎn),并以此搭配狀態(tài)參數(shù)控制LED燈發(fā)光的圓形光環(huán);
(e)從發(fā)光環(huán)在每一次旋轉(zhuǎn)周期的同步命令時(shí)取得兩個(gè)霍爾傳感器的夾角位移量和同步頻率時(shí)的實(shí)時(shí)同步命令取得的狀態(tài)參數(shù),實(shí)時(shí)修正控制LED燈的圓形光環(huán),完成與主發(fā)光環(huán)的圓形光環(huán)在旋轉(zhuǎn)周期、光環(huán)顏色、光環(huán)角度、光環(huán)轉(zhuǎn)速和光環(huán)變化周期等方面的同步功能。
[0015]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理如下:
(I)用于自行車車輪的發(fā)光環(huán)組成的同步發(fā)光系統(tǒng)包括自行車前車輪、后車輪、設(shè)置在兩個(gè)車輪輪輞內(nèi)側(cè)用于車輪發(fā)光的發(fā)光環(huán),發(fā)光環(huán)上均勻設(shè)置N個(gè)LED燈,N個(gè)LED燈的光投射于車輪輪輞的內(nèi)側(cè)和兩側(cè),相鄰的LED燈之間標(biāo)定M個(gè)點(diǎn)做時(shí)間細(xì)分控制,MCU控制器能在LED燈經(jīng)過的360°圓周上產(chǎn)生G個(gè)標(biāo)定光點(diǎn)控制,N、M、G之間滿足以下關(guān)系:G = N*M ;
騎行時(shí):發(fā)光環(huán)上霍爾傳感器2次經(jīng)過磁鐵的感應(yīng)輸出變化信號,經(jīng)由MCU控制器偵測,計(jì)算出2次信號之間360°的轉(zhuǎn)速周期T,下一個(gè)轉(zhuǎn)速周期中以T/G的時(shí)間細(xì)分控制每一個(gè)標(biāo)定光點(diǎn),MCU控制器可以對每一個(gè)標(biāo)定光點(diǎn)做發(fā)光顏色設(shè)定,只要LED燈旋轉(zhuǎn)至與該標(biāo)定光點(diǎn)重合即能投射出該標(biāo)定光點(diǎn)設(shè)定顏色的光,N個(gè)LED燈可以同時(shí)發(fā)出N個(gè)標(biāo)定光點(diǎn)的光,MCU控制器在T/ N的期間完成將所有的標(biāo)定光點(diǎn)的光投射一遍,形成一個(gè)完整的圓形光環(huán)。
[0016](2)騎行中車輪與發(fā)光環(huán)順向轉(zhuǎn)速D,光控模式下MCU控制器對標(biāo)定光點(diǎn)做逆向移位速度C亮燈控制,MCU控制器點(diǎn)亮LED發(fā)光投射形成的圓形光環(huán)順向滾動轉(zhuǎn)速R,不同的逆向移位減速控制,自行車騎行中可以達(dá)到圓形光環(huán)靜止及不同減速比例的圓形光環(huán)滾動效果,其關(guān)系是:
圓形光環(huán)順向滾動轉(zhuǎn)速R =發(fā)光環(huán)順向轉(zhuǎn)速D -逆向移位速度C ;
當(dāng)C = D,圓形光環(huán)順向滾動轉(zhuǎn)速R = 0,此時(shí)圓形光環(huán)是靜止不動;
當(dāng)D > C > O時(shí),圓形光環(huán)依照R = D- C做不同程度的順向減速滾動。
[0017](3)光控模式:LED燈可以包括多種不同顏色,如LED燈是紅綠藍(lán)三色LED可以產(chǎn)生包括紅色、綠色、藍(lán)色、黃色、紫色、青色、白色、不亮的黑色等8種色彩變化,那么就能夠在發(fā)光環(huán)圓周G個(gè)標(biāo)定光點(diǎn)上做8種色彩的控制;LED燈也可根據(jù)需要選擇其他雙色LED或者單色LED ;LED燈也可亮成一段一段不同顏色的光環(huán),根據(jù)需要將360°的標(biāo)定光點(diǎn)均分,如為兩段顏色光環(huán)時(shí)就是兩個(gè)180°標(biāo)定光點(diǎn)顏色形成的光環(huán),為三段顏色光環(huán)則是三個(gè)120°標(biāo)定光點(diǎn)顏色形成的光環(huán),依此類推的多種光控模式。
[0018](4)主發(fā)光環(huán)和從發(fā)光環(huán)可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行確定,如:車前輪的發(fā)光環(huán)為主發(fā)光環(huán),車后輪的發(fā)光環(huán)為從發(fā)光環(huán),或者車前輪的發(fā)光環(huán)為從發(fā)光環(huán),車后輪的發(fā)光環(huán)為主發(fā)光環(huán);在此以第一種情況為基礎(chǔ)進(jìn)行說明:設(shè)置于前車輪的是主發(fā)光環(huán),設(shè)置于后車輪的是從發(fā)光環(huán),對應(yīng)的位于前叉的即定義為主磁鐵,與主發(fā)光環(huán)匹配的霍爾傳感器即為主霍爾傳感器,位于后上車架的即為從磁鐵,與從發(fā)光環(huán)匹配的霍爾傳感器即為從霍爾傳感器,前叉定位主磁鐵的位置為主索引原點(diǎn),后上車架定位從磁鐵的位置為從索引原點(diǎn),索引原點(diǎn)是發(fā)光環(huán)旋轉(zhuǎn)的參照點(diǎn),霍爾傳感器經(jīng)過定位磁鐵之后不同的旋轉(zhuǎn)量處于不同的標(biāo)定光點(diǎn)位置;主霍爾傳感器經(jīng)過主索引原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)量處于主標(biāo)定光點(diǎn),從霍爾傳感器經(jīng)過從索引原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)量處于從標(biāo)定光點(diǎn);將從發(fā)光環(huán)朝主發(fā)光環(huán)水平方向靠近并重疊,主索引原點(diǎn)投射至從發(fā)光環(huán)產(chǎn)生靜態(tài)原點(diǎn),從索引原點(diǎn)至靜態(tài)原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)量即是靜態(tài)光點(diǎn),這是根據(jù)前后車輪定位