一种Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统，包括显示模块、Android/IOS移动端APP主控模块、实景视频模块、信息存储模块、蓝牙模块、健身骑行台主控模块、阻力模块以及传感器模块。用户使用手机上的Android/IOS移动端APP无线控制自行车健身骑行台。健身骑行台接收来自Android/IOS移动端APP的阻力档位信息，结合PID模糊控制算法百分比控制健身骑行台的PWM输出电流控制健身骑行台的电磁铁磁场大小，与永磁铁磁场共同制动铝盘，产生用户骑行的阻力，并将骑行速度反馈给Android/IOS移动端APP。Android/IOS移动端APP可以设置和存储多个用户的身份和运动信息，可以进行训练效果对比，也可以显示用户骑行的实时数据信息，并且具有实景视频训练功能，可以满足不同用户的健身需求。
1.一种Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统，Android/IOS移动端APP安装在用户的安卓或苹果手机上，自行车架在健身骑行台上，健身骑行台由外接电源供电；所述的Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统，包括：
1)显示模块，其输入为所有静态和动态数据，这些数据由Android/IOS移动端APP的主控模块统一处理后再传给显示模块，用于显示用户操作界面和各类健身信息，包括用户身份信息显示、实时训练反馈数据显示、蓝牙连接信息显示和产品相关信息，也用以对比各用户的历史训练效果；身份信息包括用户的身高、体重、性别和出生日期；实时训练反馈数据包括实时速度、功率、骑行里程、骑行时间、消耗能量、骑行档位信息；蓝牙连接信息显示包括当前配对的其它蓝牙设备列表以及Android/IOS移动端APP的蓝牙连接状态；产品相关信息包括产品的版本信息、开发团队的联系方式、官网主页连接和使用帮助；
2)实景视频模块，用于在用户骑行时同步播放一段第一视角骑行实景录制视频；其输入为实时反馈速度信息，由健身骑行台通过传感器模块和蓝牙模块将实时速度信息上传给Android/IOS移动端APP的主控模块后，主控模块再将处理后的实时反馈速度信息传给实景视频模块；当实时反馈速度不为零时播放视频，实时反馈速度为零时则暂停视频；实景视频会随着用户的骑行而播放，随着用户的停止而暂停播放；
3)信息存储模块，用于保存用户的身份信息、个性化设置和历史训练数据；用户设置、修改和保存身高、体重、性别和出生日期的身份信息；个性化设置设置语言和单位为公制或英制；历史训练数据用来对比各用户的历史训练数据；当用户将设置或修改的身份信息和个性化信息输入后，以及每次的训练数据上传后，Android/IOS移动端APP的主控模块会处理这些信息和数据并传给信息存储模块，信息存储模块就会将这些信息和数据保存下来；
4)Android/IOS移动端APP主控模块，其输入为健身骑行台的传感器模块采集的实时速度信息和用户在Android/IOS移动端APP上设置的身份信息、个性化信息以及阻力档位信息，经过处理后再将数据输出给显示模块、实景视频模块和信息存储模块，并通过蓝牙模块将阻力档位信息发送给健身骑行台；主控模块完成速度、功率、骑行里程、骑行时间、消耗能量数据的计算和处理；也控制显示模块的屏幕显示效果；并能够通过蓝牙模块接收来自健身骑行台的速度信息，并将用户设置的阻力档位信息发送给健身骑行台；
5)蓝牙模块，对于Android/IOS移动端APP，利用了手机里自带的蓝牙连接功能，用于和健身骑行台建立无线通讯，检测到附近可以连接的蓝牙设备，并将其名称排列出来供用户选择，未连接状态下蓝牙图标显示为灰色，连接状态下蓝牙图标显示为红色；对于健身骑行台，蓝牙模块主芯片采用低功耗蓝牙4.0及以后的系列，用于和Android/IOS移动端APP建立无线通讯，被动地与其它蓝牙设备建立连接；Android/IOS移动端APP的主控模块将用户设置的阻力档位信息输入给蓝牙模块，蓝牙模块再将阻力档位信息传给健身骑行台的主控模块进行处理；健身骑行台的主控模块将传感器模块采集到的实时速度信息处理后传给蓝牙模块，蓝牙模块再将实时速度信息传给Android/IOS移动端APP的主控模块进行处理；
6)阻力模块，主要由电磁铁、永磁铁和铝盘组成；根据电磁感应原理，输入的PWM电流大小会改变电磁铁的磁场大小，电磁铁和永磁铁的叠加磁场作用在铝盘的表面形成涡流，铝盘转动时与原磁场之间产生相互作用力，从而产生骑行的阻力；
7)传感器模块，速度采集传感器采用霍尔传感器；霍尔传感器根据磁电感应原理采集与健身骑行台轴心相连的铁盘上的小磁铁引发的电流脉冲次数，将采集的数据信息输出给健身骑行台的主控模块，以便主控模块计算出轴心的转动频率，从而得到骑行的实时速度；
8)健身骑行台主控模块，主要由单片机和其它辅助电路组成；用于实现传感器采集的实时速度信息的处理，主控模块接收霍尔传感器上传的与健身骑行台轴心相连的铁板上的小磁铁引发的脉冲次数数据，再结合各脉冲之间的时间间隔换算成轴心的转动频率，最终得到骑行的实时线速度；通过蓝牙模块将运算出的实时速度信息发送给Android/IOS移动端APP；并根据从Android/IOS移动端APP接收到的阻力档位指令信息，结合PID模糊控制算法来调节健身骑行台的PWM电流百分比大小以无级控制骑行的阻力大小；并控制LED灯循环闪烁，根据计算得到的实时骑行速度的大小相应改变LED灯循环闪烁的周期，即骑行速度较快时控制LED灯快速循环闪烁，骑行速度较慢时控制LED灯缓慢循环闪烁；
所述的健身骑行台主控模块从Android/IOS移动端APP接收到用户设置的阻力档位信息指令后，结合了PID模糊控制算法来百分比无级调节PWM电路输出的电流大小，所述的PID模糊控制方式如下：21)选择磁阻误差e和误差的变化量ec作为控制器输入量，选择PWM电流百分比大小作为输出控制量；
22)对采集到的精确量进行模糊化，设有论域V，有n个精确磁阻数据xi∈V(i＝1,2,…,n)，同时有m个模糊集合；Aj∈V(j＝1,2,…,m)，如果存在xi，使得隶属度 则称属于模糊集合Aj，表示为：上述公式表示为精确量xi隶属度 归属于模糊量Aj；取误差的论域为X，误差变化的论域为Y，控制量的论域为Z；
用模糊集合来描述模糊量，E表示被测磁阻的实际值f对给定磁阻值f0的偏差e＝f-f0的模糊集合，EC表示磁阻变化率的模糊集合，U表示控制PWM电流百分比大小的模糊集合；根据模糊划分与量化之间的关系，取E、EC、U的模糊子集个数分别为7、7、5，则模糊集合表示为：其中，“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”、“Z”这些词汇为模糊量；
通过隶属函数确定精确量x所隶属模糊量Aj的隶属度；求取隶属函数，即确定隶属函数的形状；把模糊变量设为正态型模糊变量，其隶属函数为：
其中，a表示为对应于模糊量Aj的精确量，δ的大小直接影响隶属函数曲线的形状；
23)通过模糊推理，建立知识库，得到模糊控制规则；用“if A and B then C”(若A且B则C)语言来描述控制规则，其中A、B为输入量，C为输出量；本系统的模糊控制语言由“if E＝PB and EC＝PB then U＝PB”这样的条件语句组成，本系统形成49条控制规则；
24)根据控制规则确定的规则，通过推理，反模糊化；再根据前面确定的模糊量，得到每一条规则的关系Rk，表示为：
其中，i＝1,2,…,7；j＝1,2,…,7；k＝1,2,…,49，“×”表示集合的直积，Ei和ECj分别是属于E和EC的模糊量，Uij是在输入量为Ei和ECj的情况下，根据模糊控制规则得到的输出模糊量；根据每一条模糊语句决定的模糊关系Rk，得描述整个系统的控制规则，因此，总的模糊关系矩阵R表示为：根据模糊推理合成规则，输出的控制量应是模糊集U：
其中， 为合成符号，从而，根据上式计算出对应E和EC论域中的各子集对应的输出U，因此，建立模糊关系矩阵、根据求出的模糊关系矩阵得出U值，建立模糊控制表；
25)对输出量进行反模糊化，经过模糊推理，将已经模糊化的精确量利用下述加权平均法表达式
进行反模糊化，得到实际的控制执行量uo，其中，ui为第i个模糊子集所对应的输出量，μ(ui)为隶属函数；
所述的健身骑行台主控模块从传感器模块获得实时健身骑行台轴心相连的铁盘上的小磁铁引发的脉冲次数，再结合各脉冲之间的时间间隔换算成轴心的转动频率，在消去干扰带来的跳变数据并保证数据处理的实时性的前提下，选取了霍尔传感器接收到若干次脉冲所用的时间取其平均值的方式来计算骑行的实时线速度。
Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制
系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自行车健身骑行台控制系统，尤其是一种Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统。
背景技术
[0002] 随着社会的发展和城市化进程的加速，国人的体质每况日下，现状令人担忧，而在现代化的进程中，越来越多的人也开始渐渐注意到健康的重要性，逐渐开始了健身运动。但是，现在自然环境的日益恶化，人们的生活环境情况每况愈下，比如频繁出现雾霾；而且现在经常发生交通的拥堵，驾驶员的文明意识也尚不够成熟，人们在户外活动的安全性也难以得到保证；夏天过于酷暑冬天过于严寒也不适宜人类进行日常的户外运动；下雨天和台风天等更是直接阻碍了室外运动。因而室内运动成了一种很好的选择，并且削弱了天气、时间、空间等因素的限制。
[0003] 现有的室内运动训练设备普遍价格较高，结构实施复杂，外观笨重，比如跑步机等其他健身器材，而自行车作为最简单的代步工具，对于作为自行车生产和使用大国的中国来说，基本上是家庭必备，普适性高，成本低廉；在城市化进程中，土地资源变得越来越宝贵，一个在室内即健身的自行车平台，以几乎不受任何场地、天气等影响就能完成日常的训练。
[0004] 而传统的自行车训练器没有Android/IOS移动端APP和实景视频训练模式，甚至大多数都没有用户控制终端和显示界面，无法反馈训练数据信息，不易采集运动状态信号，更不能量化各项训练指标，调节阻力档位不方便，改变阻力效果需要手动机械调节，档位增减不均匀，不能无级调节，因此不易让用户得到舒适的训练体验，不能逐渐提高健身强度，从而达到良好的健身效果。
[0005] 目前，针对无级控制的自行车健身骑行台系统的设计主要集中在自行车支架机械结构、驱动方式等方面，针对具体的无级控制方面的处理方法研究较少。谢宇提出了一种自行车健身器系统(谢宇.一种自行车健身器系统：中国，204502268[P].2015-07-29)，给出了健身自行车的一种机械结构设计，并详细介绍了该种机械结构设计的原理，但其需要人工进行阻力调整，极不方便；朱翊、曹一聪提出的多功能体感同步自行车健身娱乐系统(朱翊，曹一聪.多功能体感同步自行车健身娱乐系统:中国，204073263[P].2015-01-07),实现了健身与娱乐为一体，但是其仅介绍了自行车与计算机相连接实现娱乐效果，还是需要人工去控制计算机，极不方便；马溢、冯在书提出了一种带有网络游戏和教练功能的健身器械(马溢,冯在书.带有网络游戏和教练功能的健身器械:中国，105536202[P].2016-05-04)，其通过在健身器械的前端安装上网的微机，微机的USB的端口通过USB数据模块与健身器械的数据接口连接，用户可以通过微机查看自任务状态或控制跑步机或健身自行车的运行状态，但其控制平台仅限于微机，使用不方便。
发明内容
[0006] 本发明要克服现有技术的上述缺点，本发明提出一种Android/IOS移动端APP无线控制的自行车健身骑行台控制系统。
[0007] 首先该系统具有人性化的操作界面，让不同的用户在健身时记录自己的运动情况，显示各类健身指标；其次该系统具有实景视频模块，能够让用户在室内骑行时也能看到风景视频，有如临户外的体验；再次该系统运用了蓝牙无线连接技术，实现了无线控制；最后该系统通过结合了PID模糊控制算法来百分比控制PWM输出电流，实现了健身强度的无级调节。
[0008] 本发明为解决现有技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 一种Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台控制系统，Android/IOS移动端APP安装在用户的安卓或苹果手机上，自行车架在健身骑行台上，健身骑行台由外接电源供电。所述的Android/IOS移动端APP无线控制的自行车健身骑行台控制系统包括：
[0010] 1)显示模块，其输入为所有静态和动态数据，这些数据由Android/IOS移动端APP的主控模块统一处理后再传给显示模块，用于显示用户操作界面和各类健身信息，包括用户身份信息显示、实时训练反馈数据显示、蓝牙连接信息显示和产品相关信息等，也用以对比各用户的历史训练效果。身份信息包括用户的身高、体重、性别和出生日期等；实时训练反馈数据包括实时速度、功率、骑行里程、骑行时间、消耗能量、骑行档位等信息；蓝牙连接信息显示包括当前可以配对的其它蓝牙设备列表以及Android/IOS移动端APP的蓝牙连接状态；产品相关信息包括产品的版本信息、开发团队的联系方式、官网主页连接和使用帮助。
[0011] 2)实景视频模块，用于在用户骑行时同步播放一段第一视角骑行实景录制视频。其输入为实时反馈速度信息，由健身骑行台通过传感器模块和蓝牙模块将实时速度信息上传给Android/IOS移动端APP的主控模块后，主控模块再将处理后的实时反馈速度信息传给实景视频模块。由开发者事先录制好一段第一视角骑行实景视频，当实时反馈速度不为零时播放视频，实时反馈速度为零时则暂停视频。即实景视频会随着用户的骑行而播放，随着用户的停止而暂停播放，让用户在骑行的同时也能通过该实景视频看到一些路边风景，有一种身临户外骑行的感觉，增强了用户的骑行体验。
[0012] 3)信息存储模块，用于保存用户的身份信息、个性化设置和历史训练数据。用户设置、修改和保存身高、体重、性别和出生日期等身份信息；个性化设置设置语言和单位为公制或英制；历史训练数据用来对比各用户的历史训练数据。当用户将设置或修改的身份信息和个性化信息输入后，以及每次的训练数据上传后，Android/IOS移动端APP的主控模块会处理这些信息和数据并传给信息存储模块，信息存储模块就会将这些信息和数据保存下来。
[0013] 4)Android/IOS移动端APP主控模块，其输入为健身骑行台的传感器模块采集的实时速度信息和用户在Android/IOS移动端APP上设置的身份信息、个性化信息以及阻力档位信息等，经过处理后再将数据输出给显示模块、实景视频模块和信息存储模块等，并通过蓝牙模块将阻力档位信息发送给健身骑行台。主控模块主要完成速度、功率、骑行里程、骑行时间、消耗能量等数据的计算和处理；也控制显示模块的屏幕显示效果；并能够通过蓝牙模块接收来自健身骑行台的速度信息，并将用户设置的阻力档位信息发送给健身骑行台。
[0014] 5)蓝牙模块，对于Android/IOS移动端APP，利用了手机里自带的蓝牙连接功能，用于和健身骑行台建立无线通讯，检测到附近连接的蓝牙设备，并将其名称排列出来供用户选择，未连接状态下蓝牙图标显示为灰色，连接状态下蓝牙图标显示为红色；对于健身骑行台，蓝牙模块主芯片采用低功耗蓝牙4.0及以后的系列，用于和Android/IOS移动端APP建立无线通讯，被动地与其它蓝牙设备建立连接。Android/IOS移动端APP的主控模块将用户设置的阻力档位信息输入给蓝牙模块，蓝牙模块再将阻力档位信息传给健身骑行台的主控模块进行处理；健身骑行台的主控模块将传感器模块采集到的实时速度信息处理后传给蓝牙模块，蓝牙模块再将实时速度信息传给Android/IOS移动端APP的主控模块进行处理。
[0015] 6)阻力模块，主要由电磁铁、永磁铁和铝盘组成。根据电磁感应原理，输入的PWM电流大小会改变电磁铁的磁场大小，电磁铁和永磁铁的叠加磁场作用在铝盘的表面形成涡流，铝盘转动时与原磁场之间产生相互作用力，从而产生骑行的阻力。
[0016] 所述的健身骑行台在电路上相较于其它采用继电器的阻力控制电路方案，替换为采用电机模块的阻力控制电路方案来控制PWM输出电流大小以无级调节骑行的阻力。电机模块体积更小，便于电路及骑行台外观的设计；电机模块改变正反方向较为平稳，消除了由继电器突然开关引起的电流突变对单片机造成的电流冲击的问题；并且电机模块相较于继电器只有开启和闭合两种工作模式，电机模块工作方式更多样，使得骑行阻力的范围变得可调。
[0017] 7)传感器模块，速度采集传感器采用霍尔传感器。霍尔传感器根据磁电感应原理采集与健身骑行台轴心相连的铁盘上的小磁铁引发的电流脉冲次数，将采集的数据信息输出给健身骑行台的主控模块，以便主控模块计算出轴心的转动频率，从而得到骑行的实时速度。
[0018] 8)健身骑行台主控模块，主要由单片机和其它辅助电路组成。用于实现传感器采集的实时速度信息的处理，主控模块接收霍尔传感器上传的与健身骑行台轴心相连的铁板上的小磁铁引发的脉冲次数数据，再结合各脉冲之间的时间间隔换算成轴心的转动频率，最终得到骑行的实时线速度；通过蓝牙模块将运算出的实时速度信息发送给Android/IOS移动端APP；并根据从Android/IOS移动端APP接收到的阻力档位指令信息，结合PID模糊控制算法来调节健身骑行台的PWM电流百分比大小以无级控制骑行的阻力大小；并能够控制LED灯循环闪烁，根据计算得到的实时骑行速度的大小相应改变LED灯循环闪烁的周期，即骑行速度较快时控制LED灯快速循环闪烁，骑行速度较慢时控制LED灯缓慢循环闪烁。
[0019] 所述的健身骑行台主控模块从传感器模块获得实时健身骑行台轴心相连的铁盘上的小磁铁引发的脉冲次数，再结合各脉冲之间的时间间隔换算成轴心的转动频率，在消去干扰带来的跳变数据并保证数据处理的实时性的前提下，选取了霍尔传感器接收到若干次脉冲所用的时间取其平均值的方式来计算骑行的实时线速度。若不消去干扰带来的跳变数据，则得到的速度信息将不准确；若只取一次脉冲的数据来处理，则由于单片机各模块需要一定的工作时间，导致速度测量上限将受到限制；若取过多次的脉冲数据来处理，则速度较慢时，速度信息将失去实时性。所以，这种方式相比其他的骑行台的测速方式，得到的速度信息具有更高的实时性，得到的速度数据也更加精确，并且速度测量上限范围更高，完全满足人类极限运动实时速度的测量。
[0020] 所述的健身骑行台主控模块从Android/IOS移动端APP接收到用户设置的阻力档位信息指令后，结合了PID模糊控制算法来百分比无级调节PWM电路输出的电流大小，从而无级调节电磁铁磁场强度大小，产生的电磁铁磁场与永磁铁磁场叠加后制动转动的铝盘，最终实现对健身骑行台骑行阻力的无级调节。以往没有使用控制算法直接改变磁阻大小的控制方式会带来控制不精准且阻力变化不平均的问题，所以本发明运用了PID模糊控制算法，并采用了百分比控制PWM输出电流大小的控制方式，控制精度更高，每个档位的阻力变化呈线性无级递变。所述的PID模糊控制方式如下：
[0021] ①选择磁阻误差e和误差的变化量ec作为控制器输入量，选择PWM电流百分比大小作为输出控制量；
[0022] ②对采集到的精确量进行模糊化，设有论域V，有n个精确磁阻数据xi∈V(i＝1,2,…,n)，同时有m个模糊集合。Aj∈V(j＝1,2,…,m)，如果存在xi，使得隶属度 则称属于模糊集合Aj，表示为：
[0023]
[0024] 上述公式表示为精确量xi隶属度 归属于模糊量Aj。取误差的论域为X，误差变化的论域为Y，控制量的论域为Z。
[0025] 用模糊集合来描述模糊量，E表示被测磁阻的实际值f对给定磁阻值f0的偏差e＝f-f0的模糊集合，EC表示磁阻变化率的模糊集合，U表示控制PWM电流百分比大小的模糊集合；根据模糊划分与量化之间的关系，取E、EC、U的模糊子集个数分别为7、7、5，则模糊集合表示为：
[0026]
[0027] 其中，“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”、“Z”等这些词汇为模糊量；
[0028] 通过隶属函数确定精确量x所隶属模糊量Aj的隶属度；求取隶属函数，即确定隶属函数的形状；把模糊变量设为正态型模糊变量，其隶属函数为：
[0029]
[0030] 其中，a表示为对应于模糊量Aj的精确量，δ的大小直接影响隶属函数曲线的形状；
[0031] ③通过模糊推理，建立知识库，得到模糊控制规则；用“ifA and B then C”(若A且B则C)语言来描述控制规则，其中A、B为输入量，C为输出量；本系统的模糊控制语言由“ifE＝PB and EC＝PB then U＝PB”这样的条件语句组成，本系统形成49条控制规则；
[0032] ④根据控制规则确定的规则，通过推理，反模糊化。再根据前面确定的模糊量，得到每一条规则的关系Rk，表示为：
[0033]
[0034] 其中，i＝1,2,…,7；j＝1,2,…,7；k＝1,2,…,49，“×”表示集合的直积，Ei和ECj分别是属于E和EC的模糊量，Uij是在输入量为Ei和ECj的情况下，根据模糊控制规则得到的输出模糊量；根据每一条模糊语句决定的模糊关系Rk，得描述整个系统的控制规则，因此，总的模糊关系矩阵R表示为：
[0035]
[0036] 根据模糊推理合成规则，输出的控制量应是模糊集U：
[0037]
[0038] 其中， 为合成符号，从而，根据上式计算出对应E和EC论域中的各子集对应的输出U，因此，建立模糊关系矩阵、根据求出的模糊关系矩阵得出U值，建立模糊控制表；
[0039] ⑤对输出量进行反模糊化，经过模糊推理，将已经模糊化的精确量利用下述加权平均法表达式
[0040]
[0041] 进行反模糊化，得到实际的控制执行量 其中，ui为第i个模糊子集所对应的输出量，μ(ui)为隶属函数。
[0042] 本发明的优点和积极效果是：
[0043] 本发明采用了Android/IOS移动端APP来控制自行车健身骑行台，相较于传统的机械调档杆和其它用户终端控制器，Android/IOS移动端APP可安装在用户的手机上，节省了机械调档杆和用户终端控制器带来的器械制作成本；无需担心机械调档杆和用户终端控制器带来的机械故障；也不用为用户终端控制器花费过多的电池开销；APP可以在线升级，方便开发者对其进行问题修复和产品升级；控制器以APP的形式出现，也顺应了现今电器智能化的趋势，更容易为用户所接受。
[0044] 本发明比较其他类别的室内训练平台，成本低廉，结构简单，搭建方便，便于安置挪移，可以满足各种不同类型的用户需求；本发明相较于传统的自行车训练平台通过机械调节骑行阻力，使用Android/IOS移动端APP并结合PID模糊控制算法调阻更加优化，采用信息化的界面显示，便捷化的无线操控，细致化的无级调阻，并引入人性化的实景视频训练模式，让用户获得相对数据化的健身信息、数量化的健身强度和舒适化的体验效果。现代人物质富足，但大多数缺乏运动，身体亚健康，一种Android/IOS移动端APP无级控制的自行车健身骑行台是学习、办公、休息之余锻炼身体的优良选择，大众化、低成本、便安置、易操作、阻力大等特点方便了全民健身。
附图说明
[0045] 图1为本发明的平台组成示意图。
[0046] 图2为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
[0047] 以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
[0048] 一种基于Android/IOS移动端APP控制的自行车健身骑行台控制系统，如图1所示，平台组成包括Android/IOS移动端APP1和健身骑行台4。Android/IOS移动端APP1安装在用户的手机上，便于用户设置和存储身份和个性化信息，也可以显示骑行的实时运动数据信息，或者使用实景视频训练模式2，自行车3的后轮架于健身骑行台4上，用户骑行中健身骑行台4的转轴会给自行车3的后轮阻力，从而达到运动健身的效果，健身骑行台4与Android/IOS移动端APP1之间通过蓝牙建立无线连接，用以传输阻力档位和实时骑行速度等信息。
[0049] 结合图2，本发明专利的原理及使用过程如下：
[0050] Android/IOS移动端APP安装在用户的手机上，健身骑行台由外接电源供电。按照对图1的描述搭好室内健身骑行平台后，用户即可在室内进行自行车骑行健身运动。
[0051] 1)首先用户打开Android/IOS移动端APP的设置界面，利用触屏操作来设置、修改及存储用户的各类健身信息，Android/IOS移动端APP的主控模块接收到这些数据信息后传给信息存储模块进行保存，并建立蓝牙连接；
[0052] 2)在用户操作界面用户可以通过触摸操作来调整骑行阻力档位，Android/IOS移动端APP主控模块通过蓝牙模块向健身骑行台无线发送阻力档位指令；
[0053] 3)健身骑行台主控模块将从其蓝牙模块获得的档位信息结合反馈回来的磁阻信息，运用PID模糊控制算法，通过百分比调节PWM电流大小来控制阻力模块中电磁铁的通电电流大小，从而改变电磁铁的磁场，其中PID模糊控制算法的具体控制方式如下：
[0054] ①选择实际磁阻和用户在Android/IOS移动端APP上设置的骑行阻力的磁阻误差e和误差的变化量ec作为控制器输入量，选择PWM电流百分比大小作为输出控制量；
[0055] ②对采集到的精确量进行模糊化，设有论域V，有n个精确磁阻数据xi∈V(i＝1,2,…,n)，同时有m个模糊集合。Aj∈V(j＝1,2,…,m)，如果存在xi，使得隶属度枚力则称属于模糊集合Aj,表示为：
[0056]
[0057] 上述公式表示为精确量xi隶属度 归属于模糊量Aj。取误差的论域为X，误差变化的论域为Y，控制量的论域为Z。
[0058] 用模糊集合来描述模糊量，E表示被测磁阻的实际值f对给定磁阻值f0的偏差e＝f-f0的模糊集合，EC表示磁阻变化率的模糊集合，U表示控制PWM电流百分比大小的模糊集合。根据模糊划分与量化之间的关系，取E、EC、U的模糊子集个数分别为7、7、5。系统取磁阻误差e、磁阻误差变化ec、控制量u的基本论域分别为(-5N,+5N)、(-2N,+2N)、(0,1)。系统输出控制量用于控制PWM电流百分比大小从而达到控制PWM输出电流大小的目的电机模块的最大步进数以及最小步进数转化为PWM电流百分比就是0％～100％，而PWM电流最大为5mA，所以PWM电流即为0mA～5mA，分别对应于(0,1)，即当时u＝0时，表明电流为最小0mA，u＝1时，电流为最大1mA，以此类推。而磁阻则是在±5N之间，即实测磁阻比设定磁阻低5N则电流最大，实测磁阻比设定磁阻高5N则电流最小。结合磁阻控制的变化情况，把e、ec和的量化级数定为11，即和的离散论域均为[-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5]。U的离散论域为[0,1,2,3,4,5]在控制中，如果偏差大，则用大控制量，如果偏差小，则用小控制量，所以，模糊量划分的宽度是随模糊量与零元素的距离而非线性增大。用集合表示为：E＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；EC＝{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；U＝{ZO,PS,PM,PB,Z}。(NB表示为负大，NM为负中，NS为负小，ZO为零，PS为正小，PM为正中，PB为正大，Z表示为最大)
[0059] 根据上述模糊子集，分别确定各变量确定的隶属函数。E和EC的各隶属函数为：
[0060]
[0061]
[0062]
[0063] U的各模糊状态的隶属函数为：
[0064]
[0065]
[0066] ③通过模糊推理，建立知识库，得到模糊控制规则；用“ifA and B then C”(若A且B则C)语言来描述控制规则，其中A、B为输入量，C为输出量；本系统的模糊控制语言由“ifE＝PB and EC＝PB then U＝PB”这样的条件语句组成，本系统形成49条控制规则，如表1所示。
[0067] 表1控制规格表
[0068]
[0069] ④根据控制规则确定的规则，通过推理，反模糊化。再根据前面确定的模糊量，得到每一条规则的关系Rk，表示为：
[0070]
[0071] 其中，i＝1,2,…,7；j＝1,2,…,7；k＝1,2,…,49，“×”表示集合的直积，Ei和ECj分别是属于E和EC的模糊量， 是在输入量为Ei和ECj的情况下，根据模糊控制规则得到的输出模糊量。由上式可以得到如下定义：
[0072]
[0073] 根据每一条模糊语句决定的模糊关系Rk，可以得到总的模糊关系矩阵R：
[0074]
[0075] 根据模糊推理合成规则，输出的控制量应是模糊集U：
[0076]
[0077] 其中， 为合成符号，即：
[0078]
[0079] 计算出对应E和EC论域中的各子集对应的输出U。
[0080] 求解模糊关系矩阵、根据求出的模糊关系矩阵得出U的值，建立如表2所示的模糊控制表。
[0081] 表2模糊控制表
[0082]
[0083]
[0084] ⑤对输出U进行反模糊化，用加权平均法判决出实际的输出量 具体表达式为：
[0085]
[0086] 自行车骑行后，与自行车后轮直接压紧的转轴转动，其上固定的铝盘跟着转动，铝盘表面在电磁铁和永磁铁叠加的磁场中由于涡流效应产生了很多小磁场，这些磁场与外界磁场作用产生了抑制铝盘转动的效果，最终会有阻碍自行车后轮转动的效果；
[0087] 4)健身骑行台主控模块从传感器模块获得实时健身骑行台轴心相连的铁盘上的小磁铁引发的脉冲次数，再结合各脉冲之间的时间间隔换算成轴心的转动频率，在消去干扰带来的跳变数据并保证数据处理的实时性的前提下，选取了霍尔传感器接收到7次脉冲所用的时间取其平均值的方式来计算骑行的实时线速度；
[0088] 5)健身骑行台的主控模块将计算得到的实时速度传给LED灯控制模块，LED灯就会根据计算得到的实时骑行速度的大小相应改变LED灯循环闪烁的周期，即骑行速度越快时控制LED灯快速循环闪烁，骑行速度较慢时控制LED灯缓慢循环闪烁；
[0089] 6)健身骑行台的主控模块再将处理后的实时骑行速度值通过蓝牙模块无线发送给Android/IOS移动端APP；
[0090] 7)Android/IOS移动端APP的主控模块对收到的实时速度值结合骑行阻力档位和骑行时间进行计算后，得到在显示模块用户界面上显示的用户的健身时间、实时速度、骑行距离、消耗的功率和卡路里等供用户参考；
[0091] 8)Android/IOS移动端APP的主控模块对收到的实时速度值结合骑行阻力档位和骑行时间进行计算后得到的数据同样可被用于实景视频模块，Android/IOS移动端APP的主控模块将实时骑行速度传给实景视频模块，当实时反馈速度不为零时播放视频，实时反馈速度为零时则暂停视频。
[0092] 以上是整个系统的控制情况，Android/IOS移动端APP的显示模块和蓝牙模块的存在，让用户的操作变得简单方便，实景视频训练模式让用户健身体验更丰富。
[0093] 要强调的是，本发明说述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的类似的其他实施方式，同样属于本发明的保护范围。
