[发明专利]一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路及方法

权利要求书

1.一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路，用于检测外部信号传递给控制系统，或将控制系统发来的指令信号传递给执行部件，其特征在于，该电路包括：

一速度/方向传感器模块，用于采集速度和方向信号；

一速度检测部件，用于检测速度数据；

一旋转电路模块，采集外部信号；包括：

一感应线圈L3，与所述感应线圈L1耦接；

一功率谐振回路，与感应线圈L3并联，将感应线圈L3接受到的感应线圈L1发送出来的电磁波能量最大化；

一整流回路，输入端接功率谐振回路的输出端，输出端接一单向回路的输入端，所述单向回路的输出端接一滤波回路的输入端，所述滤波回路的输出端接一稳压回路，稳压回路为应变信号采集回路、应变信号放大回路和电压转频率回路提供供电电压；

所述应变信号采集回路采集外部信号，输出端接应变信号放大回路的输入端，所述应变信号放大电路的输出端接电压转频率回路的输入端，所述电压转频率回路的输出端接信号调制输出回路的输入端，所述信号调制输出回路的另一端接负载电阻R1，负载电阻R1的另一端连接所述整流回路与单向回路的接点；

一静止电路模块，耦接所述旋转电路模块，可以向旋转电路提供电能；静止电路模块包括：

一直流电源，为静止电路模块的各个回路提供直流电；

一时钟信号发生回路，由直流电源供电，输出端接一功率放大回路的输入端；

所述功率放大回路，由直流电源供电，输出端接一感应线圈L1，感应线圈L1的另一端接一电容C1的正极，电容C1的负极接地；

一信号检波回路，由直流电源供电，输入端连接到感应线圈L1与电容C1的接点，输出端接一低通滤波回路的输入端；

所述低通滤波回路，由直流电源供电，输出端接一信号整形放大回路的输入端；

所述信号整形放大回路，由直流电源供电，输出端连接MCU；

所述静止电路模块与旋转电路模块可相互传递多路信号。

2.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路，其特征在于，所述功率放大回路包括三极管，所述信号检波回路包括二极管。

3.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路，其特征在于，所述整流回路为单相半波整流电路。

4.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路，其特征在于，所述信号调制输出回路包括三极管T1，所述电压转频率回路的输出端通过一电阻R2连接三极管T1的基极，三极管T1的集电极接负载电阻R1，三极管T1的发射极接地。

5.根据权利要求1所述的一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路，其特征在于，所述外部信号是由旋转轴的力矩变化引起的电阻应变传感器的微弱变化；

所述应变信号采集回路采集所述电阻应变传感器的微弱变化，并输出第一应变信号；

所述应变信号放大回路将第一应变信号按照设定比例放大，并输出第二应变信号；

所述电压转频率回路将第二应变信号按照设定比例转换成与第二应变信号成线性比例的方波信号输出；

所述方波信号通过三极管T1的开关作用控制电阻R1的导通，拉低所述整流回路的输出电压，导致负载加重；

负载加重引起整流回路、功率谐振回路和感应线圈L3的电流变化，使得感应线圈L1中产生耦合电流，进而通过电容C1和功率放大回路引起直流电源的供电功率的变化，实现调制信号的传递。

6.根据权利要求5所述的一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路，其特征在于，电容C1两端的电压波形被调制成数据包络形式；所述数据包络由所述信号检波回路整流检波后，经过低通滤波回路输出与调制信号完全同步变化的微弱变化，再经过信号整形放大回路处理还原成调制信号输出给MCU。

7.一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制方法，其特征在于，该信号检测调制方法基于一种电动助力自行车脚蹬力信号检测调制电路实现，车用信号检测调制电路包括：静止电路模块和旋转电路模块；

静止电路模块：该静止电路模块包括直流电源，时钟信号发生回路，功率放大回路，信号检波回路，低通滤波回路，信号整形放大回路，第一感应线圈L1和电容C1；其中，直流电源分别连接时钟信号发生回路，功率放大回路，信号检波回路，低通滤波回路和信号整形放大回路的电源端；时钟信号发生回路的输出端连接功率放大回路的输入端，功率放大回路的输出端连接第一感应线圈L1的一端，第一感应线圈L1的另一端连接电容C1的正极，电容C1的负极接地；信号检波回路的输入端连接到第一感应线圈L1与电容C1的接点，输出端连接低通滤波回路的输入端，低通滤波回路的输出端连接信号整形放大回路的输入端，信号整形放大回路的输出端连接到MCU；

旋转电路模块：该旋转电路模块包括第二感应线圈L3，功率谐振回路，整流回路，单向回路，滤波回路，稳压回路，应变信号采集回路，应变信号放大回路，电压转频率回路，信号调制输出回路，第一电阻R1和基极电阻；所述信号调制输出回路包括三极管T1；其中，第二感应线圈L3与功率谐振回路并联连接，功率谐振回路的输出端连接整流回路的输入端，整流回路的输出端连接单向回路的输入端，单向回路的输出端连接滤波回路的输入端，滤波回路的输出端连接稳压回路的输入端，稳压回路的输出端分别连接应变信号采集回路，应变信号放大回路和电压转频率回路的电源端；应变信号采集回路的输出端连接应变信号放大回路的输入端，应变信号放大回路的输出端连接电压转频率回路的输入端，电压转频率回路的输出端连接基极电阻的一端，基极电阻的另一端连接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接地，三极管T1的集电极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接整流回路与单向回路的接点；所述静止电路模块的第一感应线圈L1与所述旋转电路模块的第二感应线圈L3耦接；

上述信号检测方法为：

静止电路模块通过第一感应线圈L1与第二感应线圈L3的耦合为旋转电路模块提供电能；所述静止电路模块的时钟信号发生回路产生的时钟信号，经功率放大回路放大输出功率信号，放大后的功率信号经过第一感应线圈L1和电容C后引起第一感应线圈L1产生感应磁场，同时电容C1贮存电能；

所述旋转电路模块的第二感应线圈L3在所述第一感应线圈L1产生的感应磁场中旋转，第二感应线圈L3两端产生感应电动势，并产生感应交变电流，感应交变电流经过功率谐振回路使电能最大化，然后输入整流回路，整流回路将交变电流转换成脉冲直流电并输出；整流回路输出的脉冲直流电一路经单向回路输入到滤波回路，滤波回路将脉冲直流电进行滤波和储能，滤波后的直流电输入稳压回路，稳压回路输出的高稳定度和低纹波变化的工作电源分别输入到应变信号采集回路，应变信号放大回路，电压转频率回路的电源端；

旋转电路模块通过第二感应线圈L3与第一感应线圈L1的耦合将调制信号和能量信号传递给静止电路模块；

所述应变信号采集回路采集应变信号，并将应变信号输出给应变信号放大回路，应变信号放大回路将应变信号按预定比例放大，并将放大后的应变信号输出给电压转频率回路，电压转频率回路将放大后的应变信号按预定比例转换成与应变信号成线性比例的方波信号经基极电阻输出到三极管T1的基极，三极管T1的发射极连接数字地；

当方波信号的高电平输入到三极管T1的基极时，三极管T1处于关断状态，集电极第一电阻R1不导通；

当方波信号的低电平输入到三极管T1的基极时，三极管T1导通，集电极第一电阻R1导通，拉低了整流回路的输出电压，负载加重，引起整流回路，功率谐振回路和第二感应线圈L3中的电流发生变化，即输出调制信号；所述第二感应线圈L3中变化的电流引起第一感应线圈L1中电流变化，电容C1两端电压发生变化，从而引起功率放大回路中电流变化，最终引起直流电源的供电功率发生变化；同时，

电容C1两端的变化电压输入到信号检波回路，信号检波回路将接收到的变化电压进行整流检波后，输出给低通滤波回路，低通滤波回路将高频部分滤波处理后得到与调制信号完全同步变化的信号，并输出给信号整形放大回路，信号整形放大回路对接收到的信号进行整形和放大处理还原成调制信号，并输出给控制系统MCU。