包雨璐 许文斌 包依勤

摘 要：动感单车是目前健身房最热的健身项目之一，但是动感单车本身没有测速功能，也无劲爆的音乐、绚丽的灯光，单调而缺乏趣味性。文中系统通过霍尔传感器与PLC连接测试转速，并根据转速控制指示灯的显示，当动感单车转速越快时，指示灯点亮越多，当车子停下来时指示灯熄灭，通过该系统使单调的锻炼项目变得有趣，从而达到快乐锻炼的目的。

关键词：动感单车;PLC;霍尔传感器;指示灯;趣味性;测速

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）11-00-03

0 引 言

动感单车是一种结合了音乐、视觉效果等独特的充满活力的室内自行车训练课程，在克服了室外行驶的一切缺点后，由于技术上的改进，这项运动在简单易学之余，成为一项能够使全身得到锻炼的有氧运动。动感单车与一般自行车相似，但在作用与功能上都已经得到了改良。动感单车经过科学实验采取人工力学工程的方法设计，充分减少腰部参与，适合人体要求，且能使健身达到最大效果。

如今人们为了拥有更健康的体魄，除了平日锻炼，更多的是去健身房，动感单车作为健身房热门项目，除了锻炼效果好，劲爆的音乐、绚丽的灯光使其既有动感又有趣味。动感单车的速度一般采用显示屏显示数值，本文系统采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）与霍尔传感器测出转速，并通过灯的数量显示，转速越快灯亮的越多，增添不少趣味[1]。PLC是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分[2]。

虽然价格上因为品牌的不同有较大差异，但是PLC是一种已经成型并有较好稳定性的产品，比起直接设计单片机方便不易损坏。

1 动感单车转速指示系统的架构

动感单车转速指示系统主要由PLC、霍尔传感器、电源、指示灯组成。在动感单车上安装好霍尔传感器后，脉冲信号通过PLC输入端输入。系统运行时，PLC接收到脉冲，并通过程序处理计算出单位时间内脉冲数。通过脉冲数的多少，PLC控制显示灯的数量。速度越快，脉冲数越多，显示灯越多。动感单车转速指示系统原理如图1所示。

2 霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，由于霍尔元件产生的电势差较小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上[3]。霍尔传感器除了具有无触点、寿命长、温度性能好等优点外，还具有响应频率高、抗电磁干扰能力强、输出波形稳定、不受转速影响等优点[4]。本文选用开关型霍尔传感器，内部电路如图2所示。当霍尔传感H与磁铁接触时，获得的信号经过运放A放大，进入施密特触发电路，产生的脉冲信号V0可直接进入PLC输入端。

系统运行时，将一个小磁铁固定在动感单车的轮子上，轮子转动，小磁铁通过霍尔传感器产生相应脉冲，一圈得一个脉冲。由PLC采集脉冲，可计数得到车轮所转圈数，通过计算两个脉冲间隔时间T和车轮周长L可得转速[3]S=L/T。霍尔传感器与车轮的安装示意如图3所示。

本文系统所用霍尔传感器为PNP型，实物如图4所示。传感器上三根不同颜色的线可与PLC相接，其中，棕色线接正极，蓝色线接负极，黑色为信号线，与PLC输入端相连。

3 PLC编程逻辑控制器

本文采用一种可编程的存储器，在其內部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数及算术运算等，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程[5]。

系统选用PLC S7-200 CPU224XP AC/DC/RLY，其接口如图5所示。

霍尔传感器接入1个输入端，10个显示灯接入输出端。初步测定动感单车车轮每分钟最快转120圈，即每秒2圈，则5秒最多转10圈。因此，为了得到更好的显示效果，设定5秒输出一次结果。当车轮转1圈时，得到1个脉冲，转10圈时，得到10个脉冲。1个脉冲对应1个灯亮，10个脉冲对应10个灯亮，圈数越多灯亮的越多，圈数越少灯亮的越少，最快时可实现10个灯亮。通过这种设计，可实现通过指示灯指示转速。同时计数得到的是整数，便于程序实现比较。在PLC程序中，通过设定寄存器的值，实现对系统运行状态与执行设备的控制[6]。PLC程序流程如图6所示。

PLC程序通过STL编写，根据程序流程实现的PLC程序如下：

LD I0.0

NOT （由于传感器常闭而计数器只接收上升沿故而取反）

LD M20.1

CTU C0，+100（设定计数器上限）

LD SM0.0

A M20.0

TON T37，+10（立即接通，延时1 s断开）

LD SM0.0

O M20.0

AN T37

= M20.0（设定T37复位信号）

LD M20.0

LD M20.1

CTU C1，+5（设定赠计数器C1上限）

LD C1

MOVW C0，VW100（将数据存入VW100）

= M20.2

LD M20.2

= M20.1（设定赠计数器C1复位信号）

LDW= VW100，1

S Q0.0，1

R Q0.1，9（调用VW100中数据比较得出结果）

……   （类推省略）

LDW>= VW100，10

S Q0.0，10（5 s内圈数大于等于10，则灯全亮）

LDW= VW100，0

R Q0.0，10（未有圈数则灯全不亮）

4 结 语

本文系统的运用给动感单车增添了很多趣味，在健身房使用动感单车时，显示灯可随着自己的节奏亮起，使人们对动感单车运动增添无限兴趣。该系统采用的PLC运行平稳，不易损坏，安全性方面较有保障，程序实现稳定可靠，相比于其他实现方式（如单片机）具有稳定性好、可靠性高等优点，具有较好的应用与推广价值。

参 考 文 献

[1]张波，崔吉洋，马平军.健身房动感单车运动的美学探讨[J].西安体育学院学报，2005（s1）：33-34，37.

[2]韩双喜.PLC程序设计[J].科技资讯，2011（15）：1.

[3]钱志鸿，王义君.面向物联网的无线传感器网络综述[J].电子与信息学报，2013（1）：215-227.

[4]康朝晖，江华，魏端正.浅析霍尔车速传感器可靠性的应用（1）[J].摩托车技术，2013（9）：55-56.

[5]钱志鸿，王义君.物联网技术与应用研究[J].电子学报，2012（5）：1023-1029.

[6]孙涛，单慧勇，张学炜，等.基于 PLC 的牛舍无线智能环境监控系统[J].物联网技术，2019（3）：42-45.

[7]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2011（1）：1-9.

[8]包依勤.基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨[J].物联网技术，2013，3（7）：38-41.

[9]李志民，黄辰.基于PLC的车载自动调平系统设计[J].物联网技术，2017，7（4）：108-109.

[10]百度文库.霍尔传感器测速原理[EB/OL].[2019-05-10].https：//wenku.baidu.com/view/c1dd91601ed9ad51f01df2f7.html.

[11]杨龙.典型物质效应在传感器中的应用[J].工业仪表与自动化裝置，2019（2）：18-20.