摘要
本作品目的在于提出一个自行车自动变速以及最佳换档时机决策的智慧型控制系统。以盛群微控制器HT66F50感测装设于自行车中轴的脚踏扭力及转速感测器所得到的扭力与转速值，经由机率密度函数的比对决定最佳骑乘的档位。此外，本作品所设计之手机APP程式可读取自行车上的所回传的数据，让骑乘者可以清晰美观的介面了解目前的时速、档位、扭力等骑乘相关资讯，达到「铁马轻松骑」的目的。
1. 前言
在现代的自行车里，还是脱离不了用手动变速的功能，而我们这套系统是为了让爱好骑自行车的人们能够带来更大的方便，运用踩自行车的力道来判断是否该行使档位的切换，而不再让骑乘者用手拨换档位还得不到最适合的档位，如果能让自行车去智慧化的变速或是感测骑乘者的状况等等贴心设计，就能让骑乘者在骑乘自行车时得到更多的快乐与方便。
这套系统最初来是为了能够让骑乘者得到更大的方便，以自动去取代传统手动拨档或者是电子按键切换档位，当然这套系统也会保留传统的手动变速系统，当骑乘者不想用自动系统来变速也可以切换到传统的手动变速系统，现代人在科技化的时代因缺乏运动，而健康越来越去忽视，那我们就把现代的科技去应用在运动设备上，让骑乘者可以享受智慧化的运动设备也可以享受骑乘自行车所带来的快乐。
在市面上看到的自行车，有多样性的选择，如车体轻量化或者多段变速等等，但是目前没有看到完全自动变速加装在自行车上的系统，而这套系统当然不只单纯的自动变速系统而已，智慧型手机结和APP还有微控制器，这些系统能完全智慧化的变速，感测骑乘者目前的状况来行使变速功能，不需再让骑乘的人还要用手拨或按键去变速，使用这套系统去取代传统的变速系统，而用智慧化的变速系统去计算现况应该要转到最适合的档位，不用再让骑乘者手动切换档位也减少危险。
2. 工作原理
本作品使用盛群晶片HT66F50控制各元件，将架设在后轮轴的霍尔元件转速感测器所读取到的值，和埋设在大齿盘中的扭力感测器之曲柄扭力值，以及装设在BB曲柄轴的红外线转速感测器，侦测到的曲柄轴转速，将以上读取到的值经由概率密度函数演算后，再将演算后之值由PWM模组控制伺服马达脉波宽度来完成换档之动作。
3. 作品结构
3.1.作品实体
本作品使用盛群晶片HT66F50为主控制器，系统架构图如下图1所示。
3.2.盛群晶片HT66F50
本系统使用盛群晶片HT66F50，将霍尔元件转速感测所读取到的类比值，以及扭力感测器所感测到之曲柄扭力值，经过概率密度函数演算后由PWM控制伺服马达的脉波宽度来进行换档，并将以上所读取到的值经由蓝芽模组传送至手机APP，以供使用者观看转速、扭力和档位。
3.3.电子变速机构
本作品改装市售自行车后轮之变速装置，加装伺服马达，以PWM模组调变脉波宽度调整链条位置，借以控制档位切换。透过位于龙头上的按钮控制，可以更轻松和方便的方式完成换档。
3.4.霍尔元件转速感测器
霍尔元件转速感测器装置于后车轮之轮轴侧面，并于车轮轴上设置强力磁铁，当车轮转动时，转速感测器开始监控车轮之转速，并即时传送转动中的类比讯号变化。
3.5.自行车大盘扭力转速感测机构
3.6.手机APP
本系统结合手机APP，以视觉化的方式将自行车各部位感测值显示于手机萤幕。骑乘者可于手机萤幕上观看目前的时速、双脚用力情形及档位化。
3.7.系统电路图
系统控制电路依HT66F50提供之功能进行电路板规划如图7所示，并以电路板绘制软体绘制电路板(图8)。
3.8.系统程式流程图
本系统程式皆以Holtek C进行撰写，由HT66 F50判断霍尔元件转速读取值、扭力讯号以及红外线转速之值，再经机率密度函数演算决定是否进行自动变速功能。
4. 测试方法
4.1.大齿盘扭力值数值测试
本系统将压力感测器架设在自行车大齿盘中，以感测使用者的施力强度，当使用者未施力时，量测到的电阻时约为194M，数值会随使用者施力加重而变小。
4.2.霍尔元件车轮转速感测
后轮轴霍尔元件转速感测器与强力磁铁的摆设，电源导通时，电源的红灯会亮起，侦测到强力磁铁时，霍尔元件转速感测器上的绿灯会亮起，若未侦测到强力磁铁则熄灭，并在车轮轴上加装三颗强力磁铁，当侦测到脉波数为三即为旋转一圈。
4.3.曲柄轴红外线转速感测
埋设于自行车BB曲柄轴内的红外线转速装置，当曲柄轴旋转一圈时，曲柄轴的讯号线总共会接收到十个脉波。
4.4.手动控制按钮调变档位测试
控制按钮有以下三种功能分别为手自动切换、降档以及升档，当启动手动模式时，骑乘者可以按下升降档之按钮来切换档位，当按钮按下时会控制伺服马达之PWM脉波宽度，用以调变档位。
4.5.自动模式与手机APP
切换至自动模式时，会依照骑乘者的扭力和转速改变至最适当的档位，并将所有资讯于手机萤幕显示。
本文作者为树德科技大学 电脑与通讯系 陈智勇教授、王立杰 余开用 李鉴鹏 戴翊钧
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