CN204648161U - 用于自行车车轮的发光环及其组成的同步发光*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于自行车车轮的发光环及其组成的同步发光***，克服了现有技术中安装在车轮上的发光环，使用材料较多结构复杂，可能产生眩光，功能单一的问题，特征是结合发光环与LED彩色跑马灯无线控制***，发光环安装于轮辋内侧的辐条上，无线收发模块使发光环之间透过无线通信连接，有益效果是，减少材料使用提升光控变化模式，警示灯醒目不会对人眼造成眩光，减少LED灯数量降低耗电量延长移动电源的使用时间，降速滚动甚至停止的彩色光环，使得警示效果更是清楚明显，对眼睛不会产生闪烁和疲劳的作用，无线通信使得前后彩色光环达到颜色、角度、转速和变化周期一致的同步效果，自动变色凸显移动跑马灯的魅力。

Description

用于自行车车轮的发光环及其组成的同步发光***

技术领域

 本实用新型涉及一种用于自行车车轮的发光技术领域，具体地说是涉及一种用于自行车车轮的发光环，特别是一种用于自行车前后车轮的发光环及其组成的同步发光***。

背景技术

现今使用在自行车上的发光装置，已经大量使用LED作为发光源，做为骑行时的照明或者警示作用，现有的技术中：

如申请公开号CN103733233A 的发明专利公开的“自行车照明***和方法”，强调照明功能，并将其照明环安装于前后车轮轮框的两侧，一部自行车必须使用4个照明环，并限制照明环的亮灯角度为20°-180°，以避免直接照射人眼造成眼睛眩光，亮灯角度固定，只需要在该角度范围做简单的亮灯及灭灯控制即可。

如授权公告号 CN204244505U 的实用新型专利公开的“LED彩色灯带”，结合遥控器信号控制选择，从而实现 LED 彩色灯带的调色和跑马效果。这是LED彩色灯带的基本控制模式，比较典型的是安装于建筑外墙的静态LED彩色跑马灯，使用大量的LED灯及驱动控制器并且安装于固定的客体上。

然而，现有技术中使用在自行车上的发光装置局限性太强，结构复杂，且整体效果欠佳，尤其是在发光多样性、自行车前后轮发光的同步性及低速旋转时光环发光的整体性上表现不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于结合上面二者的技术特征，解决二者技术特征中存在的问题，使用2个发光环安装于前后车轮轮辋内侧，显示360°完整光环，不对人眼造成眩光作用，使用时间细分技术提高光环的分辨率，使用较少零件，较少耗电达到节能并延长移动电源使用时间，加上动态的滚动光环降速控制以及前后光环动态同步。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于自行车车轮的发光环，包括无线控制***、多个LED灯和移动电源，其特征在于，所述无线控制***包括MCU控制器 、无线收发模块、多个LED串行驱动器和定位传感器，所述定位传感器的输出端与所述MCU控制器的信号输入端连接，所述MCU控制器的串行输出端与所述第一级LED串行驱动器的串行输入端连接， 第一级LED串行驱动器的串行输出端与下一级LED串行驱动器的串行输入端连接，以此逐级串行连接，所有LED串行驱动器的输出控制端与所有LED灯一一对应连接，所述MCU控制器的无线数据收发端与所述无线收发模块连接；其中，以此逐级串行连接的意思是第一级LED串行驱动器与下一级的LED串行驱动器连接，下一级的LED串行驱动器又与其下一级的LED串行驱动器连接，以此类推，实现所有LED串行驱动器的串行连接。

优选的，所述无线控制***和所有LED灯安装于由至少一个PCB电路板组成且外径小于车轮轮辋内径的固定环上并与该固定环组合构成发光环，且所有LED灯等距离安装，所述发光环安装于车轮轮辋的内侧，固定于车轮辐条的一侧，发光环与车轮构成同心圆，LED灯的光投射于所述车轮轮辋的内侧和两侧；

优选的，所述移动电源安装在车轮轴上并连接所述无线控制***及所有LED灯。

优选的，所述定位传感器包括霍尔传感器和配套使用的磁铁，所述霍尔传感器的输出端为所述定位传感器的输出端，所述磁铁安装于车轮架的内侧、在霍尔传感器旋转构成的圆周经过的上方。

优选的，所述MCU控制器的型号为STM8S103F3。

优选的，所述LED串行驱动器的型号为WS2811。

优选的，所述无线收发模块采用2.4G的nRF24L01+或Bluetooth无线通讯协议完成数据连接。

一种用于自行车车轮的同步发光***，包括两个上述的用于自行车车轮的发光环，所述发光环分别安装于自行车的前轮和后轮轮辋的内侧，固定于车轮辐条的一侧；其中一个发光环为主发光环，另一个发光环为从发光环，主发光环与从发光环之间通过无线收发模块进行通信以实现主发光环和从发光环的旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期同步。

进一步的，还包括用于设置发光环控制模式的光控模式遥控器，所述光控模式遥控器至少与一个所述无线收发模块无线连接，以实现单环遥控或者双环遥控。

用于自行车车轮的同步发光***的同步控制方法，包括以下步骤：

(a)从发光环根据两个磁铁相对于车轮轴安装位置的夹角设定静态光点位移量，也就是从索引原点和静态原点的夹角；

(b)从发光环接收来自主发光环上主霍尔传感器与主磁铁重叠感应信号的时间点发出旋转周期的同步命令，计算出两个霍尔传感器相对于车轮轴的夹角设定动态光点位移量，也就是从索引原点和动态原点的夹角；

(c)主发光环根据同步频率发出实时同步命令及状态参数给从发光环，其中状态参数包括旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期；

(d)从发光环收到主发光环的实时同步命令及状态参数，读取此时从发光环的从霍尔传感器旋转位置的从标定光点的实时旋转量，减去动态光点位移量再减去静态光点位移量得出同步光点的实时修正旋转量，以动态原点和静态原点为两项修正基准点，并以此搭配状态参数控制LED灯发光的圆形光环；

(e)从发光环在每一次旋转周期的同步命令时取得两个霍尔传感器的夹角位移量和同步频率时的实时同步命令取得的状态参数，实时修正控制LED灯的圆形光环，完成与主发光环的圆形光环在旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期等方面的同步功能。

本实用新型的实现原理如下：

（1）用于自行车车轮的发光环组成的同步发光***包括自行车前车轮、后车轮、设置在两个车轮轮辋内侧用于车轮发光的发光环，发光环上均匀设置N个LED灯，N个LED灯的光投射于车轮轮辋的内侧和两侧，相邻的LED灯之间标定M个点做时间细分控制，MCU控制器能在LED灯经过的360°圆周上产生G个标定光点控制，N、M、G之间满足以下关系：G = N*M；

骑行时：发光环上霍尔传感器2次经过磁铁的感应输出变化信号，经由MCU控制器侦测，计算出2次信号之间360°的转速周期T，下一个转速周期中以T/G的时间细分控制每一个标定光点，MCU控制器可以对每一个标定光点做发光颜色设定，只要LED灯旋转至与该标定光点重合即能投射出该标定光点设定颜色的光，N个LED灯可以同时发出N个标定光点的光，MCU控制器在T/ N 的期间完成将所有的标定光点的光投射一遍，形成一个完整的圆形光环。

（2）骑行中车轮与发光环顺向转速D，光控模式下MCU控制器对标定光点做逆向移位速度C亮灯控制，MCU控制器点亮LED发光投射形成的圆形光环顺向滚动转速R，不同的逆向移位减速控制，自行车骑行中可以达到圆形光环静止及不同减速比例的圆形光环滚动效果,其关系是：

圆形光环顺向滚动转速R = 发光环顺向转速D –逆向移位速度C；

当C = D，圆形光环顺向滚动转速R = 0，此时圆形光环是静止不动；

当 D > C > 0时,圆形光环依照R = D - C做不同程度的顺向减速滚动。

（3）光控模式：LED灯可以包括多种不同颜色，如LED灯是红绿蓝三色LED可以产生包括红色、绿色、蓝色、黄色、紫色、青色、白色、不亮的黑色 等8种色彩变化，那么就能够在发光环圆周G个标定光点上做8种色彩的控制；LED灯也可根据需要选择其他双色LED或者单色LED；LED灯也可亮成一段一段不同颜色的光环，根据需要将360°的标定光点均分，如为两段颜色光环时就是两个180°标定光点颜色形成的光环，为三段颜色光环则是三个120°标定光点颜色形成的光环，依此类推的多种光控模式。

（4）主发光环和从发光环可以根据实际的需求进行确定，如：车前轮的发光环为主发光环，车后轮的发光环为从发光环，或者车前轮的发光环为从发光环，车后轮的发光环为主发光环；在此以第一种情况为基础进行说明：设置于前车轮的是主发光环，设置于后车轮的是从发光环，对应的位于前叉的即定义为主磁铁，与主发光环匹配的霍尔传感器即为主霍尔传感器，位于后上车架的即为从磁铁，与从发光环匹配的霍尔传感器即为从霍尔传感器，前叉定位主磁铁的位置为主索引原点，后上车架定位从磁铁的位置为从索引原点，索引原点是发光环旋转的参照点，霍尔传感器经过定位磁铁之后不同的旋转量处于不同的标定光点位置；主霍尔传感器经过主索引原点的旋转量处于主标定光点，从霍尔传感器经过从索引原点的旋转量处于从标定光点；将从发光环朝主发光环水平方向靠近并重叠，主索引原点投射至从发光环产生静态原点，从索引原点至静态原点的旋转量即是静态光点，这是根据前后车轮定位磁铁安装位置相对于车轮轴的夹角所做的设定，设定后静态光点的值不变；自行车骑行中，因为前车轮与后车轮对路面的摩擦力与刹车的条件不同，主霍尔传感器与从霍尔传感器绕自身车轮轴所形成的夹角弧度会变动；当主霍尔传感器与主索引原点重叠时，主发光环的无线控制***与从发光环的无线控制***经由无线通道的通信数据连接，通知从发光环此时从霍尔传感器的位置即是动态原点，那么从索引原点至动态原点的旋转量即是动态光点，主霍尔传感器与主索引原点重叠时更新一次动态光点；主发光环以同步周期Z与从发光环进行同步数据连接，同步数据包括主发光环的光控模式U、旋转周期T、此时的主标定光点46，此时从霍尔传感器取得旋转量的从标定光点84；此后同步周期Z期间之内取得的从标定光点66经过计算式取得同步光点86，以静态原点63为参照点，也就是将动态原点64逆时针与静态原点63重叠，其同步光点86与主标定光点46的旋转量一致也就是角度一致，其间存在以下的关系：

以动态原点和静态原点为两项参照基准：

同步光点86 = 从标定光点66 – (动态光点84 + 静态光点83)；

参照基准静态原点63与主索引原点42一致；

同步光点86与旋转量主标定光点46一致。

（5）实时同步周期中从发光环根据同步周期Z接收主发光环的同步数据，使用一致的光控模式U和旋转周期T加上修正后的同步光点86做控制，同步周期Z关系到同步数据的更新率，大于60Hz的视觉暂留效果，使主发光环与从发光环的控制数据一致，随后的分时细分标定光点控制是根据同步过后的数据，各自独立控制主发光环与从发光环亮灯，达到主圆形光环与从圆形光环的角度一致，颜色一致，转速一致，变化周期一致的同步功能。

（6）优选的，光控模式通过光控模式遥控器进行设置，光控模式遥控器能够单独连线主发光环或者从发光环，也能够同时连线主发光环与从发光环，做参数设定包括光环颜色，光环段数，隔断颜色，光环减速比，自动变色，白天模式，夜间模式，照明模式，磁铁位置修正等。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型只使用2个发光环分别安装于前后车轮轮辋的内侧，结合N个动态LED彩色跑马灯控制，用于车轮的发光环及其组成的同步发光***，减少使用材料提升光控效果。

（2）采用本实用新型，在起步低速骑行时，能够提供360°的光环，接近车轮直径大小，醒目的环形光警示及局部的间接照明，不会直接照射人眼造成眼睛眩光的安全问题，分时细分控制使得光环的分辨率提高做滚动的跑马灯。

（3）旋转的N个动态LED彩色跑马灯使用M点时间细分控制产生N*M个灯光控点，相较于固定的N*M个静态LED彩色跑马灯相同的灯光控点，使用上节约N*(M-1)个LED灯及驱动控制器，只使用1/M的耗电量达到相同视觉的跑马灯效果，对于移动装置而言1/M的耗电量是提升效能的重要指标，电源使用时间可以延长M倍。

（4）根据骑行速度的逆向移位降速调节灯光控点位置，在移动的前后轮上产生减速的动态LED彩色环形跑马灯，降速滚动甚至停止的彩色光环，使得警示效果更是清楚明显，对眼睛不会产生闪烁和疲劳的作用。

（5）本实用新型中主发光环和从发光环的无线收发模块之间通过无线通信数据连接，达到前后2个彩色环形光环的颜色一致、角度一致、转速一致和变化周期一致的同步效果，极具观赏性。

（6）无线光控模式遥控器带来操作上的方便性，多种光控模式提供不同骑行者选择自行车轮的发光风貌，自动变色功能不用骑行者操控，骑行一定距离后，自动变换色彩组合，凸显移动跑马灯的魅力。

附图说明

图1 是安装有发光环的自行车的结构示意图。

图2 是无线控制***、移动电源和LED灯的结构框图。

图3 是实施例中发光环的结构示意图。

图4 是实施例中发光环安装在自行车轮上的结构示意图。

图5 是自行车前叉主磁铁和前轮主发光环的安装位置图。

图6是自行车后上车架从磁铁和后轮从发光环的安装位置图。

图7 是发光环包括N个LED灯做M点时间细分的关系图。

图8是发光环做逆向移位亮灯控制的减速亮灯关系图。

图9 是主发光环与从发光环同步方法的关系图。

图10 是光控模式遥控器的示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

10-车架，14-前叉，16-后上车架；

21-发光环，22-光控模式遥控器；

24-车轮，25-轮辋，26-车轮轴，27-辐条；

30-MCU控制器，31-无线收发模块；

33-LED串行驱动器，34-LED灯，35-霍尔传感器，37-磁铁，39-移动电源；

40-主动轮，41-主发光环，42-主索引原点；

45-主霍尔传感器，46-主标定光点，47-主磁铁；

60-从动轮，61-从发光环，62-从索引原点，63-静态原点，64-动态原点；

65-从霍尔传感器，66-从标定光点，67-从磁铁；

83-静态光点，84-动态光点，86-同步光点；

T-旋转周期，N-LED数量，M-时间细分量，G-360°标定光点；

D-车轮顺向转速，C-逆向移位速度，R-圆形光环顺向滚动转速。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下面实施例。

实施例

如图2至图6所示，用于车轮的发光环包括十六个LED灯34、由多段弧形PCB电路板首尾连接组成的固定环和用于控制LED灯34发光的无线控制***，十六个LED灯34均匀设置在固定环上；无线控制***包括MCU控制器30、十六个LED串行驱动器33、无线收发模块31、定位传感器和为无线控制***中各元件及LED灯34供电的移动电源39，定位传感器的输出端与MCU控制器30的信号输入端连接，MCU控制器30的串行输出端与第一级LED串行驱动器33的串行输入端连接，所有LED串行驱动器33的串行输出端与下一级LED串行驱动器33的串行输入端连接，所有LED串行驱动器33的输出控制端与所有LED灯34一一对应连接；MCU控制器30的无线数据收发端与无线收发模块31连接。

其中，定位传感器包括霍尔传感器35和配套使用的磁铁37，磁铁37安装于车轮架的内侧、在霍尔传感器35旋转构成的圆周经过的上方；定位传感器不局限于霍尔传感器和磁铁的组合，也可为其他具有定位功能的传感器；发光环安装于车轮轮辋的内侧，发光环固定于车轮辐条27的一侧，多个LED灯的光投射于车轮轮辋的内侧和两侧；MCU控制器30的型号为STM8S103F3；MCU控制器不局限于使用该型号的MCU控制器，也可使用其他具有相同功能的MCU控制器；LED串行驱动器33的型号为WS2811；LED串行驱动器不局限于使用该型号的LED串行驱动器，也可使用其他具有相同功能的LED串行驱动器；LED灯和LED串行驱动器均不局限于十六个，也可根据车轮的大小及移动电源容量的大小安装合适个数的LED灯和LED串行驱动器。

用于车轮的发光环组成的自行车包括自行车的前轮、自行车的后轮、设置在车轮轮辋内侧的用于车轮的发光环及能使发光环改变控制参数的的光控模式遥控器22，光控模式遥控器22与无线收发模块31匹配；发光环有十六个LED灯，相邻LED灯的旋转时间做八段时间细分，在发光环的圆周上设置（16*8）个标定点，前轮为主动轮，后轮为从动轮，从动轮上的发光环与主动轮上的发光环所发出的圆形光环的发光位置和发光颜色同步。

如图1所示，安装有发光环的自行车包括车架10、前叉14、后上车架16、前车轮40、后车轮60和发光环21；可采用扎线带，也可用卡扣将发光环21固定在车轮轮辋内侧的辐条上，也可采用其他能将发光环固定在车轮上的方式；移动电源39安装在自行车的车轮轴26上；磁铁37可根据实际情况选择车架上的安装位置，来感应定位传感器的经过；发光环安装在自行车的前车轮40和后车轮60的一侧；本实施例中N为16，M为8，那车轮就能够在1/16的旋转周期时间内，形成一百二十八个点做发光控制并形成完整的圆形光环，使自行车即使在很低的前进速度下也能在车轮上看到完整的圆形光环。

LED灯是红绿蓝三色LED可以产生红色、绿色、蓝色、黄色、紫色、青色、白色、不亮的黑色 等8种色彩变化，那么就能够在一百二十八个光点上做8种色彩的控制；LED灯也可根据需要选择其他双色LED或者单色LED；LED灯也可亮成一段一段的光环，根据需要将360°均分，如为两段光环时就是两个180°形成的光环，为三段光环，则是三个120°形成的光环，依此类推。

如图7至图9所示，用于车轮的发光环组成的自行车的同步方法包括如下步骤：

(a)从发光环根据两个磁铁相对于车轮轴安装位置的夹角设定静态光点位移量，也就是从索引原点和静态原点的夹角；

(b)从发光环接收来自主发光环上主霍尔传感器与主磁铁重叠感应信号的时间点发出旋转周期的同步命令，计算出两个霍尔传感器相对于车轮轴的夹角设定动态光点位移量，也就是从索引原点和动态原点的夹角；

(c)主发光环根据同步频率发出实时同步命令及状态参数给从发光环，其中状态参数包括旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期；

(d)从发光环收到主发光环的实时同步命令及状态参数，读取此时从发光环的从霍尔传感器旋转位置的从标定光点的实时旋转量，减去动态光点位移量再减去静态光点位移量得出同步光点的实时修正旋转量，以动态原点和静态原点为两项修正基准点，并以此搭配状态参数控制LED灯发光的圆形光环；

(e)从发光环在每一次旋转周期的同步命令时取得两个霍尔传感器的夹角位移量和同步频率时的实时同步命令取得的状态参数，实时修正控制LED灯的圆形光环，完成与主发光环的圆形光环在旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期等方面的同步功能。

如图10所示，光控模式遥控器的按键设置及对应的功能如下：

F键：指定对前单组发光环设定，FR键：指定对前后两组发光环同时设定，R键：指定对后单组发光环设定。C1键：单色光环选色，C2键：双色四段光环选色，C3键：三色三段光环选色，C4键：四色四段光环选色。Cs键：单色光环的多段选择，Cm键：预先定义的多色环选择，Bg键：光段隔断颜色选择，Sp键：圆形光环静止或者减速比选择，At键：设定自动变色功能例如车轮每转10圈自动变色。Da键：设定白天不亮灯，Ni键：设定夜间骑行时才亮灯，Li键：设定照明模式一直亮灯，Mg键：磁铁的安装位置修正达到前后圆形光环滚动角度一致。光控模式遥控器设定更方便人们的使用；无线收发模块可选用蓝牙模块等现有成熟的无线模块，对多个发光环进行设定与同步的控制；也可以利用具有蓝牙功能的智能手机加载控制发光环的APP软件取代光控模式遥控器，实施上面提到的设定功能，通过智能手机上修改发光环的设定参数更加直观和方便。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。本实用新型不局限于用在双轮的自行车上，还可用于多人自行车或者其他具有车轮的车上。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于自行车车轮的发光环，包括无线控制***、多个LED灯（34）和移动电源(39)，其特征在于，所述无线控制***包括MCU控制器(30) 、无线收发模块（31）、多个LED串行驱动器(33)和定位传感器，所述定位传感器的输出端与所述MCU控制器（30）的信号输入端连接，所述MCU控制器（30）的串行输出端与所述第一级LED串行驱动器（33）的串行输入端连接，所述第一级LED串行驱动器（33）的串行输出端与下一级LED串行驱动器（33）的串行输入端连接，以此逐级串行连接，所有LED串行驱动器（33）的输出控制端与所有LED灯（34）一一对应连接；所述MCU控制器（30）的无线数据收发端与所述无线收发模块（31）连接；

所述无线控制***和所有LED灯(34)安装于由至少一个PCB电路板组成且外径小于车轮轮辋(25)内径的固定环上并与该固定环组合构成发光环（21），且所有LED灯（34）等距离安装，所述发光环(21)安装于车轮轮辋(25)的内侧，固定于车轮辐条(27)的一侧，发光环(21)与车轮(24)构成同心圆，LED灯(34)的光投射于所述车轮轮辋(25)的内侧和两侧；

所述移动电源(39)安装在车轮轴(26)上并连接所述无线控制***及所有LED灯（34）。

2.根据权利要求1所述的用于自行车车轮的发光环，其特征在于，所述定位传感器包括霍尔传感器（35）和配套使用的磁铁（37），所述霍尔传感器（35）的输出端为所述定位传感器的输出端，所述磁铁(37)安装于车轮架的内侧、在霍尔传感器(35)旋转构成的圆周经过的上方。

3.根据权利要求2所述的用于自行车车轮的发光环，其特征在于，所述MCU控制器（30）的型号为STM8S103F3。

4.根据权利要求3所述的用于自行车车轮的发光环，其特征在于，所述LED串行驱动器（33）的型号为WS2811。

5.根据权利要求4所述的用于自行车车轮的发光环，其特征在于，所述无线收发模块(31)采用2.4G的nRF24L01+或Bluetooth无线通讯协议完成数据连接。

6.一种用于自行车车轮的同步发光***，其特征在于，包括两个如权利要求1至5任一项所述的用于自行车车轮的发光环，所述发光环(21)分别安装于自行车的前轮和后轮轮辋(25)的内侧，固定于车轮辐条(27)的一侧；其中一个发光环(21)为主发光环(41)，另一个发光环(21)为从发光环(61)，主发光环(41)与从发光环(61)之间通过无线收发模块(31)进行通信以实现主发光环(41)和从发光环(61)的旋转周期、光环颜色、光环角度、光环转速和光环变化周期同步。

7.根据权利要求6所述的用于自行车车轮的同步发光***，其特征在于，还包括用于设置发光环(21)光控模式的光控模式遥控器(22)，所述光控模式遥控器(22)至少与一个所述无线收发模块（31）无线连接，以实现单环遥控或者双环遥控。