引 言

動感單車是一種結合了音樂、視覺效果等獨特的充滿活力的室內自行車訓練課程，在克服了室外行駛的一切缺點后， 由于技術上的改進，這項運動在簡單易學之余，成為一項能夠使全身得到鍛煉的有氧運動。動感單車與一般自行車相似， 但在作用與功能上都已經得到了改良。動感單車經過科學實驗采取人工力學工程的方法設計，充分減少腰部參與，適合人體要求，且能使健身達到最大效果。

如今人們?yōu)榱藫碛懈】档捏w魄，除了平日鍛煉，更多的是去健身房，動感單車作為健身房熱門項目，除了鍛煉效果好，勁爆的音樂、絢麗的燈光使其既有動感又有趣味。動感單車的速度一般采用顯示屏顯示數(shù)值，本文系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）與霍爾傳感器測出轉速，并通過燈的數(shù)量顯示，轉速越快燈亮的越多，增添不少趣味 [1]。PLC 是專為工業(yè)生產設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 / 輸出控制各種類型的機械或生產過程，是工業(yè)控制的核心部分 [2]。雖然價格上因為品牌的不同有較大差異，但是 PLC 是一種已經成型并有較好穩(wěn)定性的產品，比起直接設計單片機方便不易損壞。

1 動感單車轉速指示系統(tǒng)的架構

動感單車轉速指示系統(tǒng)主要由 PLC、霍爾傳感器、電源、指示燈組成。在動感單車上安裝好霍爾傳感器后，脈沖信號通過 PLC 輸入端輸入。系統(tǒng)運行時，PLC 接收到脈沖，并通過程序處理計算出單位時間內脈沖數(shù)。通過脈沖數(shù)的多少， PLC 控制顯示燈的數(shù)量。速度越快，脈沖數(shù)越多，顯示燈越多。動感單車轉速指示系統(tǒng)原理如圖 1 所示。

2 霍爾傳感器

霍爾傳感器是利用霍爾效應與集成電路技術結合而制成的一種磁敏傳感器，由于霍爾元件產生的電勢差較小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上 [3]?；魻杺鞲衅鞒司哂袩o觸點、壽命長、溫度性能好等優(yōu)點外，還具有響應頻率高、抗電磁干擾能力強、輸出波形穩(wěn)定、不受轉速影響等優(yōu)點 [4]。本文選用開關型霍爾傳感器，內部電路如圖 2 所示。當霍爾傳感 H 與磁鐵接觸時，獲得的信號經過運放A 放大，進入施密特觸發(fā)電路，產生的脈沖信號 V0 可直接進入 PLC 輸入端。

系統(tǒng)運行時，將一個小磁鐵固定在動感單車的輪子上， 輪子轉動，小磁鐵通過霍爾傳感器產生相應脈沖，一圈得一個脈沖。由 PLC 采集脈沖，可計數(shù)得到車輪所轉圈數(shù)，通過計算兩個脈沖間隔時間 T 和車輪周長 L 可得轉速 [3]S=L/T。霍爾傳感器與車輪的安裝示意如圖 3 所示。

本文系統(tǒng)所用霍爾傳感器為 PNP 型，實物如圖 4 所示。傳感器上三根不同顏色的線可與 PLC 相接，其中，棕色線接正極，藍色線接負極，黑色為信號線，與 PLC 輸入端相連。

圖 4 霍爾傳感器實物

3 PLC 編程邏輯控制器

本文采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)及算術運算等，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出控制各種類型的機械設備或生產過程 [5]。

系統(tǒng)選用 PLC S7-200 CPU224XP AC/DC/RLY，其接口如圖 5 所示。

霍爾傳感器接入 1 個輸入端，10 個顯示燈接入輸出端。初步測定動感單車車輪每分鐘最快轉 120 圈，即每秒 2 圈，則 5秒最多轉 10圈。因此，為了得到更好的顯示效果，設定 5 秒輸出一次結果。當車輪轉 1 圈時，得到 1 個脈沖，轉10圈時，得到 10個脈沖。1個脈沖對應 1個燈亮，10個脈沖對應 10個燈亮，圈數(shù)越多燈亮的越多，圈數(shù)越少燈亮的越少，最快時可實現(xiàn) 10 個燈亮。通過這種設計，可實現(xiàn)通過指示燈指示轉速。同時計數(shù)得到的是整數(shù)，便于程序實現(xiàn)比較。在 PLC 程序中，通過設定寄存器的值，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)與執(zhí)行設備的控制 [6]。PLC 程序流程如圖 6 所示。

PLC 程序通過 STL 編寫，根據程序流程實現(xiàn)的 PLC 程序如下 ：

4 結 語

本文系統(tǒng)的運用給動感單車增添了很多趣味，在健身房使用動感單車時，顯示燈可隨著自己的節(jié)奏亮起，使人們對動感單車運動增添無限興趣。該系統(tǒng)采用的 PLC 運行平穩(wěn)，不易損壞，安全性方面較有保障，程序實現(xiàn)穩(wěn)定可靠，相比于其他實現(xiàn)方式（如單片機）具有穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點， 具有較好的應用與推廣價值。