一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统的制作方法

本实用新型涉及跑步机技术领域，尤其涉及一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统。

背景技术：

随着健身行业的蓬勃发展,人们对健康越来越注重，催生了健身器材的多样化发展,作为使用频率较高的跑步机设备受健身爱好者的喜欢。传统商用跑步机机主要采用交流电机来设计。体积比较大,安装运输成本高，还存在着以下的痛点:1、跑步噪声大；2、跑步的冲击力比较大,对膝盖损伤大；3、容易掉速；4、功能单一；5、高速刹车困难存在安全隐患；6、功耗较高,不够节能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统，其解决了现有技术中跑步机噪声大，跑步冲击力大等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统，其包括：主控mcu，受控于所述主控mcu的智能功率芯片，所述智能功率芯片上电连接有用于跑步机负载的直流无刷电机，所述主控mcu将市电整流后分三路供电端输入给智能功率芯片，同时将市电整流后分三路控制信号端输出给智能功率芯片，在主控mcu的逻辑控制下，三路供电端和三路控制信号端在智能功率芯片的控制下分时导通分别驱动直流无刷电机120度转动，以最终实现直流无刷电机的圆周旋转。

其中，所述主控mcu的型号为：fu6812。

其中，所述智能功率芯片的型号为：sd30m60ac。

其中，所述主控mcu的wh引脚电连接于智能功率芯片的第17引脚；主控mcu的vh引脚电连接于智能功率芯片的第13引脚；主控mcu的uh引脚电连接于智能功率芯片的第12引脚。

其中，所述主控mcu的wh引脚与智能功率芯片的第17引脚之间、主控mcu的vh引脚与智能功率芯片的第13引脚之间及主控mcu的uh引脚与智能功率芯片的第12引脚之间均串联有一缓冲电阻rin。

其中，所述主控mcu的wh引脚与智能功率芯片的第17引脚之间的节点、主控mcu的vh引脚与智能功率芯片的第13引脚之间的节点及主控mcu的uh引脚与智能功率芯片的第12引脚之间的节点与地之间还均串联有一滤波电容cin。

其中，所述主控mcu的wl引脚电连接于智能功率芯片的第5引脚；主控mcu的vl引脚电连接于智能功率芯片的第4引脚；主控mcu的ul引脚电连接于智能功率芯片的第3引脚。

其中,所述主控mcu的wl引脚与智能功率芯片的第5引脚之间、主控mcu的vl引脚与智能功率芯片的第4引脚之间及主控mcu的ul引脚与智能功率芯片的第3引脚之间均串联有一缓冲电阻rin。

其中，所述主控mcu的wl引脚与智能功率芯片的第5引脚之间的节点、主控mcu的vl引脚与智能功率芯片的第4引脚之间的节点及主控mcu的ul引脚与智能功率芯片的第3引脚之间的节点与地之间还均串联有一滤波电容cin。

其中，所述直流无刷电机的输入端分别电连接于智能功率芯片的第24引脚，第25引脚和第28引脚；智能功率芯片的第27引脚与第21引脚、第22引脚和第23引脚之间还串联稳压管vdc，所述稳压管vdc的两端还并联有电容cdcs。

与现有技术相比，本实用新型的一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统，其仅需一个无刷直流电机即可实现较全面的功能；自主运动时利用动力带动电机发电，电量可以存储供给被动运动所需电量，从而大大节省了运行跑步机的成本，新增的振动模式不仅有助于使使用者得到全身均匀运动、均匀瘦身的功效，而且有助于运动后的使用者进行放松，并降低其体内的乳酸含量，有效缓解其疲劳和酸痛感。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统的直流无刷电机供电示意图。

图2为本实用新型的用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统的直流无刷电机转动120度时驱动电路电流流向示意图。

图3为本实用新型的用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统的控制电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

请参阅图1至图3，在本实施例中，本实用新型的实施例提供了一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统，包括：主控mcu，受控于所述主控mcu的智能功率芯片，所述智能功率芯片上电连接有用于跑步机负载的直流无刷电机，所述主控mcu将市电整流后分三路供电端输入给智能功率芯片，同时将市电整流后分三路控制信号端输出给智能功率芯片，在主控mcu的逻辑控制下，三路供电端和三路控制信号端在智能功率芯片的控制下分时导通分别驱动直流无刷电机120度转动，以最终实现直流无刷电机的圆周旋转。

在本实施例，所述主控mcu的型号为：fu6812，其主要应用于电机控制的芯片，所述智能功率芯片的型号为：sd30m60ac，本实施例中采用杭州士兰微电子提供的电机控制的功能芯片。

请再次参阅图3，所述主控mcu的wh引脚电连接于智能功率芯片的第17引脚；主控mcu的vh引脚电连接于智能功率芯片的第13引脚；主控mcu的uh引脚电连接于智能功率芯片的第12引脚。所述主控mcu的wh引脚与智能功率芯片的第17引脚之间、主控mcu的vh引脚与智能功率芯片的第13引脚之间及主控mcu的uh引脚与智能功率芯片的第12引脚之间均串联有一缓冲电阻rin。

其中，所述主控mcu的wh引脚与智能功率芯片的第17引脚之间的节点、主控mcu的vh引脚与智能功率芯片的第13引脚之间的节点及主控mcu的uh引脚与智能功率芯片的第12引脚之间的节点与地之间还均串联有一滤波电容cin。所述主控mcu的wl引脚电连接于智能功率芯片的第5引脚；主控mcu的vl引脚电连接于智能功率芯片的第4引脚；主控mcu的ul引脚电连接于智能功率芯片的第3引脚。

进一步的,所述主控mcu的wl引脚与智能功率芯片的第5引脚之间、主控mcu的vl引脚与智能功率芯片的第4引脚之间及主控mcu的ul引脚与智能功率芯片的第3引脚之间均串联有一缓冲电阻rin。

其中，所述主控mcu的wl引脚与智能功率芯片的第5引脚之间的节点、主控mcu的vl引脚与智能功率芯片的第4引脚之间的节点及主控mcu的ul引脚与智能功率芯片的第3引脚之间的节点与地之间还均串联有一滤波电容cin。所述直流无刷电机的输入端分别电连接于智能功率芯片的第24引脚，第25引脚和第28引脚；智能功率芯片的第27引脚与第21引脚、第22引脚和第23引脚之间还串联稳压管vdc，所述稳压管vdc的两端还并联有电容cdcs。

如图3所示，智能功率芯片为专用集成电路，包括6个低功耗igbt和3个高速半桥高压栅极驱动电路，具有过流，过温，短路保护功能。主控mcu为8051内核和电机控制引擎(me)的电机驱动专用芯片，8051内核处理常规事务，me处理电机实时事务，双核协同工作实现各种高性能电机控制。其中8051内核大部分指令周期为1t或2t，芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、pre-driver(fu6811除外)、高速adc、高速乘/除法器、crc、spi、i2c、uart、多种timer、pwm等功能，本机使用foc驱动控制。

振动工作过程为：根据振动频率要求，定时切换直流无刷电机转向，通过控制启动及加减速力度，达到控制振动频率及振动强度要求，充分发挥无刷电机低功耗，无摩擦高可靠性功能。

阻力自由跑过程为：关闭智能功率芯片的三个上桥，控制三个下桥导通角通过电机自发电控制电机电流，产生阻力，锻炼身体，同时节能。

请再次参阅图1至图3，结合图1至图3，以下简单介绍本实施例的直流无刷电机控制跑步机实现震动和阻力功能的整体原理：

本实施例主要的功能器件是直流无刷电机，其中的振动放松模式即通过不断改变缠绕在定子上线圈的电流方向来改变转子的转动反向从而产生一定的振幅，也就能感受到振动了。阻力训练模式是通过施加一定电压使电机内的转子稳定在一个方向，当人主动给它施加一定的力使转子转动产生的电量，此时直流无刷电机便成了一台发电机，如图1所示。

当给直流无刷电机供电即施加一定的电压时，电流会从vm口进入，空间矢量脉宽调制(svpwm)的开关会打开，电流从此处流向缠绕在定子上的线圈，绕过线圈后，在经过svpwm流向地，该过程即可驱动线圈上的定子转动，每经过一次转动120度，此处便是向前驱动的原理，如图2中通路①。步进电机里面的“转子”是一个圆柱形的永磁体，而“定子”则是若干组线圈，线圈就是电感，圈数越多，电感就越大，储能作用就越强。步进电机就是通过这些若干组线圈产生旋转磁场控制转动角度的。给电机线圈充电过程是线性的，当线圈的电流大于一定值的时候，单片机输入衰减时钟让电流达到稳定。慢衰减就是在h桥中的选择场效应管的导通截止来控制电流放电速度的快慢，慢则为慢衰减，此即为慢衰减制动器的原理，如图2中的通路②。为了保护电路，电路中具有一个高阻抗的部分，软关闭进行过热保护，如图2中的通路③。

图2电路形成电流回路时，图1中的定子变回转动起来。当电流经过缠绕在定子上面的线圈时，一组电流可以驱动定子转动120度，如图3是三组电流经过的电路图，三组即可驱动定子转动360度也就是一圈。三组之间间隔的时间十分短暂，一般都以微秒为单位，所以定子的转向是连续且不间断的。当改变输入电压大小时即电流的大小会随着改变，那么定子转动的频率和振幅均有所改变。具体的参数需要软件根据需求控制，在此不做阐述。

图2中的通路①通路②通路③的箭头所指方向即表示电流流向，所形成的电流回路即图1的w相、v相、u相中电流所形成的回路。图2中的通路①电流在工作时，通路②通路③中的三极管均关闭开路。图2中的通路②电流工作时，通路①和通路③相关三极管会关闭开路。图2中的通路③电流工作时，那么通路①和通路②的电流所经过的三极管会关闭开路。

如图3所示，三相交流电经过wh、vh、uh整流后，正极送入到缓冲电阻rin中，电阻rin的作用是防止电流突然变大。经过一段时间电流趋于稳定后，晶闸管或继电器的触点会导通。短路掉的电阻rin，这时的电流电压加在了滤波电容cin上，这三个电容可以可以把脉动的直流电波变得平滑一些。这样耐压就相对有所提高。如果电容的容量可能会不一致的话分压也会不同，所以给电容分别并联了一个均压电阻rin，这样电容cin上的电压就一样了，从上图标的in口进入转换成信号。输入信号为高电平有效。此时在右边的vdc施加一个高电压，序号为(27)的二极管打开，接收到高电平的信号后通过m与低电平的信号相通。低电平形成的信号过程，wl、vl、ul整流后，正极送入到缓冲电阻rin，其中也并联了一个电容cin电容，其逻辑道理与高电平一致。当高电平和低电平碰撞后，形成电流到达电阻rin，形成的电流即w相电流、v相电流、u相电流。低电平和高电平形成的信号的经过二极管后形成的电流的集合时间需十分精准。

工作的主芯片型号为fu6812，输入信号为高电平有效，每个通道的输入端都有一个5kω的电阻下拉到地。电阻rin和电容cin的时间常数选择在50ˉ150ns，并且电容cin不要小于1nf。为了避免浪涌损坏，pn之间建议加一个高频非感性平缓电容，容值在0.11ˉ0.22μf。

此项目的先进之处在于空间矢量脉宽调制的每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关的损耗较小。利用电压空间矢量直接生成三相pwm波，计算简单。逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的逆变器输出电压高15％。本项目充分利用了直流无刷电机的绝对性优势，在自主运动时可以当作发电机进行，被动运动时利用电磁感应技术实现振动放松。跑步机不需要安装额外的发电机或者甩脂机来实现以上两种功能，节省材料，安装简便，操作简单，节约资源等。

与现有技术相比，本实施例的一种用于跑步机实现震动和阻力功能的控制系统，其根据口罩本体均为片状的特征，采用翻转组件与输送通道的配合，将集中来料分别分拨给两个不同输送通道，从而适用于多个后续工位的生产设备，提高了生产效率。

上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

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