基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统技术方案

基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统，包括电源控制模块、ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、磁阻控制模块、报警模块。系统采用FreeRTOS嵌入式实时操作系统进行任务优先级管理，实现多任务间的协同合作，提高系统的实时性和稳定性。系统ARM处理器主控模块对骑行台骑行速度进行实时捕获、计算、拟合，并将数据发送至无线通信模块进行无线通信；同时接收无线通信模块的控制信息，对其进行解码和数据提取进而发送至磁阻控制模块，进行真实骑行路况模拟。由系统计算出的实时速度进行动感LED灯模块周期控制，ANT+通信可以使系统兼容第三方骑行软件，系统无线信号的稳定性由报警模块进行判断、预警和报警。

【技术实现步骤摘要】
基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统
本专利技术涉及一种基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统，进行真实骑行环境的模拟，并使用FreeRTOS嵌入式实时操作系统提高系统的实时性和稳定性。
技术介绍
随着社会的发展和城市化进程的加速，国人的体质每况日下，现状令人担忧，而在现代化的进程中，越来越多的人也开始渐渐注意到健康的重要性，逐渐开始了健身运动。但是，现在自然环境的日益恶化，人们的生活环境情况每况愈下，比如频繁出现雾霾；而且现在经常发生交通的拥堵，驾驶员的文明意识也尚不够成熟，人们在户外活动的安全性也难以得到保证；夏天过于酷暑冬天过于严寒也不适宜人类进行日常的户外运动；下雨天和台风天等更是直接阻碍了室外运动。因而室内运动成了一种很好的选择，并且削弱了天气、时间、空间等因素的限制。现有的室内运动训练设备普遍价格较高，结构实施复杂，外观笨重，比如跑步机等其他健身器材，而自行车作为最简单的代步工具，对于作为自行车生产和使用大国的中国来说，基本上是家庭必备，普适性高，成本低廉；在城市化进程中，土地资源变得越来越宝贵，一个在室内即可健身的自行车平台，可以几乎不受任何场地、天气等影响就能完成日常的训练。而目前市面上的自行车训练器虽然可以进行无线连接，磁阻控制但是采用的是前后台程序进行实现，造成系统的实时性和稳定性不够好，并且系统无线传输数据时不能通过智能骑行台自身对信号稳定性进行判断、预警、报警进而将连接信息通过骑行台自身反馈给用户；目前的智能骑行台不能够在一次骑行过程中同时连接不同的骑行app进而让用户选择更适合自己的骑行软件，并且目前的骑行台在进行ANT+通信的同时不能够同时进行蓝牙连接，使PC/手机客户端同时反馈用户的骑行数据；此外，目前的智能骑行台在骑行的过程通过骑行软件增加骑行的乐趣的同时，却不能通过骑行台自身更进一步增加骑行的视觉体验感和乐趣感。目前，针对智能骑行台系统的设计主要集中在自行车支架机械结构、驱动方式等方面，针对基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统的更进一步提高系统的实时性、稳定性研究，进一步增加智能骑行台骑行过程中的视觉体验感，骑行过程中信号不稳定或者信号中断，以及骑行台同时连接ANT+通信协议和蓝牙通信协议的研究较少。谢宇提出了一种自行车健身器系统(谢宇.一种自行车健身器系统：中国，204502268[P].2015-07-29)，给出了健身自行车的一种机械结构设计，并详细介绍了该种机械结构设计的原理，但其需要人工进行阻力调整，极不方便；朱翊、曹一聪提出的多功能体感同步自行车健身娱乐系统(朱翊，曹一聪.多功能体感同步自行车健身娱乐系统:中国，204073263[P].2015-01-07),实现了健身与娱乐为一体，但是其仅介绍了自行车与计算机相连接实现娱乐效果，还是需要人工去控制计算机，极不方便；冯远静、禹鑫燚提出了一种基于Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统(冯远静,禹鑫燚.Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统：中国，106730765A[P].2017-05-31)，实现了对骑行台的蓝牙通信以及磁阻的无级控制，但是其连接方式单一只支持蓝牙连接，不能兼容主流的ANT+(fe-c)通信协议的国内外骑行软件，不能通过嵌入式实时操作系统进一步提高健身骑行台控制系统的实时性和稳定性，以及进一步增加骑行的体验感和乐趣。所以对于智能健身骑行台实现基于FreeRTOS嵌入式实时系统的控制方式，实现骑行台骑行过程中与多个骑行软件进行同时通信，实现骑行过程中对无线连接信号不稳定进行判断、预警和报警，增加周期可自动实现实时调节的动感LED灯增加骑行体验，并且实现与国内外骑行软件的兼容，成为了智能健身骑行台发展的新趋势。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述问题，提供一种基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统。首先，本专利技术的核心是利用了FreeRTOS嵌入式实时操作系统使ARM处理器主控模块对系统中的蓝牙接收任务、蓝牙发送任务、ANT+接收任务、ANT+发送任务、动感LED灯任务、速度采集任务、速度计算任务、功率拟合任务、磁阻控制任务以及报警任务通过FreeRTOS嵌入式实时操作系统的消息队列、二值信号量、互斥信号量、事件标志组和内存池机制进行任务优先级分配使多任务正常运行的同时减少ARM处理器中控模块CPU的使用，极大的提高了系统的实时性。系统中通过蓝牙通讯模块和ANT+通讯模块接收的数据均已经过ARM处理器主控模块进行解码和传输；系统中通过蓝牙通讯模块和ANT+通讯模块发送出去的信息均已经过ARM处理器主控模块进行加密。系统采用蓝牙通讯模块和ANT+通讯模块两个模块进行无线通信，使系统在通过ANT+协议与PC端骑行软件进行主通信的同时也可以通过蓝牙通信协议与手机端、平板电脑端的骑行软件进行同步通信，使用户一次骑行训练可以体验不同的骑行软件的骑行效果，从而选择出适合用户使用的骑行软件。系统中的ARM处理器通过速度采集模块的脉冲进行骑行速度的计算，并将计算出的速度进行功率拟合使系统输出速度信号的同时也可以输出相对精准的功率值，使系统不需要通过功率传感器进行功率采集从而降低智能骑行台的成本。当系统骑行过程中出现无线信号不稳定时可以通过报警模块的RGB灯和蜂鸣器进行预警和报警，使系统运行过程中消除由于无线通讯距离造成的信号延时现象从而让系统与骑行软件之间的无线通信更加顺畅。本专利技术为解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统，通过ARM处理器、FreeRTOS嵌入式实时操作系统、蓝牙通讯技术、ANT+通讯技术以及涡流效应，实现智能健身骑行台的无线控制和路感模拟；所述的基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统包括：电源控制模块：电源控制模块与ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、磁阻控制模块以及报警模块相连接；电源控制模块的输入电压为系统中的磁阻控制模块提供电磁感应效应的电压；电源控制模块通过降压后为系统中的ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、报警模块提供驱动电压，并为磁阻控制模块提供PWM控制电压。ARM处理器主控模块：ARM处理器主控模块与电源控制模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED模块、磁阻控制模块以及报警模块相连接；ARM处理器主控模块接收来自蓝牙通信模块和ANT+通信模块的系统控制信息，接收速度采集模块的速度信号并进行速度值计算和功率拟合，ARM处理器主控模块向蓝牙通信模块和ANT+通信模块发送信息，同时ARM处理器主控模块向动感LED灯模块、磁阻控制模块和报警模块发送控制信息。蓝牙通信模块：蓝牙通信模块连接ARM处理器主控模块，同时蓝牙通信模块通过蓝牙的无线连接功能与外界蓝牙设备进行无线连接；蓝牙通信模块通过连接指令实现与外部蓝牙设备的无线连接，并接收来自外部蓝牙设备的控制信息，将接收到的外部蓝牙的控制信息发送至ARM处理器主控模块；蓝牙通信模块接收经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统，其特征在于：通过ARM处理器、FreeRTOS嵌入式实时操作系统、蓝牙通讯技术、ANT+通讯技术以及电磁感应效应，实现智能健身骑行台的无线控制和路感模拟；具体包括：电源控制模块：电源控制模块与ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、磁阻控制模块以及报警模块相连接；电源控制模块的输入电压为系统中的磁阻控制模块提供电磁感应效应的电压；电源控制模块通过降压后为系统中的ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、报警模块提供驱动电压，并为磁阻控制模块提供PWM控制电压；ARM处理器主控模块：ARM处理器主控模块与电源控制模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED模块、磁阻控制模块以及报警模块相连接；ARM处理器主控模块接收来自蓝牙通信模块和ANT+通信模块的系统控制信息，接收速度采集模块的速度信号并进行速度值计算和功率拟合，ARM处理器主控模块向蓝牙通信模块和ANT+通信模块发送信息，同时ARM处理器主控模块向动感LED灯模块、磁阻控制模块和报警模块发送控制信息；蓝牙通信模块：蓝牙通信模块连接ARM处理器主控模块，同时蓝牙通信模块通过蓝牙的无线连接功能与外界蓝牙设备进行无线连接；蓝牙通信模块通过连接指令实现与外部蓝牙设备的无线连接，并接收来自外部蓝牙设备的控制信息，将接收到的外部蓝牙的控制信息发送至ARM处理器主控模块；蓝牙通信模块接收经过ARM处理器主控模块处理后的数据，并将经过ARM处理器处理后的数据通过蓝牙无线透传将数据传输给外部蓝牙设备；ANT+通信模块：ANT+通信模块连接ARM处理器主控模块，同时ANT+通信模块通过ANT+无线连接协议实现与外部ANT+设备的无线通信；ANT+通信模块接收来自外部ANT+设备的控制信息，将接收到的外部ANT+的控制信息发送至ARM处理器主控模块；ANT+通信模块接收经过ARM处理器主控模块处理后的数据，并将经过ARM处理器处理后的数据通过ANT+协议传输给外部ANT+设备；速度采集模块：速度采集模块连接ARM处理器主控模块，速度采集模块中的速度传感器，将采集到的速度脉冲发送至ARM处理器主控模块；动感LED灯模块：动感LED灯模块连接ARM处理器主控模块，动感LED灯模块接受来自ARM处理器主控模块的控制信息，通过ARM处理器采集到的速度值大小来调节动感LED灯模块的周期值，动感LED灯模块根据ARM处理器主控模块发送来的控制周期，进行动感LED灯交替闪烁周期的调节；磁阻控制模块：磁阻控制模块与电源控制模块、ARM处理器主控模块以及外界线圈相连接；磁阻控制模块的电磁感应效应电压为经过电源控制模块中的电源选择开关选择的系统输入电压，磁阻控制模块的控制电压为经过电源控制模块的降压电路降压后的电压；磁阻控制模块接收来自ARM处理器主控模块的控制信息，实现磁阻大小的调节；报警模块：报警模块连接ARM处理器主控模块和电源控制模块中的降压电路，接收系统运行过程中来自ARM处理器主控模块判断出的系统连接状态信息，运行中出现信号连接问题时，报警模块将会通过报警RGB灯和蜂鸣器进行报警。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统，其特征在于：通过ARM处理器、FreeRTOS嵌入式实时操作系统、蓝牙通讯技术、ANT+通讯技术以及电磁感应效应，实现智能健身骑行台的无线控制和路感模拟；具体包括：电源控制模块：电源控制模块与ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、磁阻控制模块以及报警模块相连接；电源控制模块的输入电压为系统中的磁阻控制模块提供电磁感应效应的电压；电源控制模块通过降压后为系统中的ARM处理器主控模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED灯模块、报警模块提供驱动电压，并为磁阻控制模块提供PWM控制电压；ARM处理器主控模块：ARM处理器主控模块与电源控制模块、蓝牙通信模块、ANT+通信模块、速度采集模块、动感LED模块、磁阻控制模块以及报警模块相连接；ARM处理器主控模块接收来自蓝牙通信模块和ANT+通信模块的系统控制信息，接收速度采集模块的速度信号并进行速度值计算和功率拟合，ARM处理器主控模块向蓝牙通信模块和ANT+通信模块发送信息，同时ARM处理器主控模块向动感LED灯模块、磁阻控制模块和报警模块发送控制信息；蓝牙通信模块：蓝牙通信模块连接ARM处理器主控模块，同时蓝牙通信模块通过蓝牙的无线连接功能与外界蓝牙设备进行无线连接；蓝牙通信模块通过连接指令实现与外部蓝牙设备的无线连接，并接收来自外部蓝牙设备的控制信息，将接收到的外部蓝牙的控制信息发送至ARM处理器主控模块；蓝牙通信模块接收经过ARM处理器主控模块处理后的数据，并将经过ARM处理器处理后的数据通过蓝牙无线透传将数据传输给外部蓝牙设备；ANT+通信模块：ANT+通信模块连接ARM处理器主控模块，同时ANT+通信模块通过ANT+无线连接协议实现与外部ANT+设备的无线通信；ANT+通信模块接收来自外部ANT+设备的控制信息，将接收到的外部ANT+的控制信息发送至ARM处理器主控模块；ANT+通信模块接收经过ARM处理器主控模块处理后的数据，并将经过ARM处理器处理后的数据通过ANT+协议传输给外部ANT+设备；速度采集模块：速度采集模块连接ARM处理器主控模块，速度采集模块中的速度传感器，将采集到的速度脉冲发送至ARM处理器主控模块；动感LED灯模块：动感LED灯模块连接ARM处理器主控模块，动感LED灯模块接受来自ARM处理器主控模块的控制信息，通过ARM处理器采集到的速度值大小来调节动感LED灯模块的周期值，动感LED灯模块根据ARM处理器主控模块发送来的控制周期，进行动感LED灯交替闪烁周期的调节；磁阻控制模块：磁阻控制模块与电源控制模块、ARM处理器主控模块以及外界线圈相连接；磁阻控制模块的电磁感应效应电压为经过电源控制模块中的电源选择开关选择的系统输入电压，磁阻控制模块的控制电压为经过电源控制模块的降压电路降压后的电压；磁阻控制模块接收来自ARM处理器主控模块的控制信息，实现磁阻大小的调节；报警模块：报警模块连接ARM处理器主控模块和电源控制模块中的降压电路，接收系统运行过程中来自ARM处理器主控模块判断出的系统连接状态信息，运行中出现信号连接问题时，报警模块将会通过报警RGB灯和蜂鸣器进行报警。2.根据权利要求1所述的基于FreeRTOS嵌入式实时操作系统的智能健身骑行台系统，其特征在于：所述的智能健身骑行台通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧林林，张强，禹鑫燚，陆文祥，王煦焱，冯远静，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33