近年来，随着科技的快速发展，响应环保、节能减碳的呼声也越来越高，目前台湾自行车风气逐渐盛行，伴随着骑乘自行车的人口越来越多，但是却因为自行车在骑乘的过程中不易使人感到疲劳，因运动过量而造成运动伤害的人也越来越多，所以利用可以即时监测与警示使用者在骑乘时的健康状况，以及有即时行车资讯的自行车表，来增加运动的安全性，达到降低骑乘自行车所带来的伤害，让使用者可以更尽情的享受骑乘自行车时所带来的乐趣。
我们是以如何透过自行车表让骑乘单车这项休闲运动可以更加安全的观点，来思考这个问题，如何让使用者在使用上更便利、安全及人性化，并透过具有健康管理与警示机制的自行车表来吸引更多人加入自行车、响应环保的行列。
让自行车更安全
近来，自行车的风气越来越旺盛，但是目前市面上的自行车表，大多都忽略了对使用者在骑乘时的健康状况进行侦测与警告。而现在的生活品质与过去相差甚远，大多数人对于健康也越来越重视，所以越来越多人投入了自行车这项运动，但在台湾气温普遍偏高，如持续在气温偏高的环境中运动，容易使得体温升高，心跳加速，人体水分流失增快，如果水分补充不足，体内水分减少，造成血液黏稠度增大，血液循环受阻，容易诱发心肌梗塞，中风等心脑血管疾病，最后导致猝死。
透过气温及心跳的监测与警告，可以避免让使用者在气温过高的环境中持续运动造成伤害，让使用者可以更安全的进行自行车这项运动。
本系统所规划的功能，主要的目的是让使用者可以在骑乘时，藉由速度感测装置量测骑乘时骑乘的速度，透过心跳感测装置读取心跳数来判定是否有超过安全值，经由温度感测器来获取环境温度，如果心跳、温度与时速三者之其中一项，超过设定的安全值就会经由蜂鸣器发出警告声，提醒使用者应该稍作减速或是否该寻找合适的地方做适当的休息。
此系统中也使用加速规判断在骑乘的过程中是否有意外发生，并且将骑乘过程中的行车资讯记录下来，以便于在运动过后进行离线式分析。
我们使用MCU当作核心，并结合磁簧开关、温度感测器、加速规、心跳感测装置，来判断使用者在骑乘时的速度、当时的气温、消耗的卡洛里、骑乘路段的坡度以及心跳数，判断出使用者是否有过度的运动并发出警告，在将这些数据利用微储存装置储存记录下来。
当使用者在运动过后，更可以将微储存装置里的数据传入电脑中，透过电脑作离线式分析，让使用者可以借着这些分析数据，作为每次在骑乘单车时，生理状况与周边环境对运动影响的参考依据，并在骑乘自行车时作适当的调整，以达到最好、最安全的运动与休闲的效果
心律量测是什么？
心脏是由心肌所组成，心肌活动，也就是一般的心脏跳动，心脏跳动时会产生微弱的电流，如将此电流变化予以纪录，即可得到所谓的心电图。在正常情况下，心脏的收缩机制是由窦房结接受中枢神经的节律讯号产生每分钟大约60～70次微小的动作电位所控制，当动作电位产生时，会使心肌收缩，由于人体体液是良导体，所以此动作电位的电流会扩散到心脏周围的组织，也会扩散至体表，因此在体表就可测得微弱的讯号，如果将电极置于心脏两侧的体表，就可量测到心脏之电位变化。
加速规是什么？
加速规是一种测量加速度的装置。相对于远距感的装置，它所测量的是自身的运动。加速规的应用之一是测量重力，特别是使用于重量测定法的加速规上，这样的装置，被称为重力暨。类比式加速规是一种透过讯号调理提供类比电压输出的三轴加速器，适合用来测量倾斜检测用的静态重力加速度，以及由运动、冲击或是振动所产生的动态加速度。由于输出讯号是类比式的讯号，因此必须将类比式的讯号转换成数位式的讯号，才能让单晶片读取，这个程序是由类比数位资料转换元件ADC来达成。
速度侦测是什么？
速度侦测的方式是以磁簧开关作为量测轮圈转动信号的介面，藉由磁簧开关的导通，测量两个讯号间隔的时间去计算出速度，而磁簧开关是由两片磁簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成)密封在玻璃管内，玻璃管内的两片磁簧片重叠但中间间隔有一小空隙，只要加上适当的磁场将会使两片磁簧片接触。这两片簧片上的触点镀有一层很硬的金属(通常是铑和钌)，而这层硬金属大大提升了切换次数的寿命。而玻璃管内通常会注入氮气，这会提升切换电压的性能。
温度侦测是什么？
温度侦测的方式是使用DS18B20温度感测器达成，它是使用单线式的传输，测量范围为-55℃到125℃，测量完毕后会将资料转换为12bit的数据传出，再经由MCU接收后，计算出温度。
硬体架构介绍
本系统主要是使用盛群HT46RU232作为核心的控制晶片，硬体架构如图二所示，各细部方块说明如下：
- (1) 使用温度感测器将环境温度的资料撷取后，传进MCU计算出目前温度。
- (2) 利用磁簧开关所传进系统的数据来计算所骑乘的速度及里程数。
- (3) 使用加速规来判断目前骑乘路段的坡度，并判断是否有意外发生，如有意外状况，则利用蜂鸣器提醒周边的人。
- (4) 使用心跳感测器，判断目前使用者每分钟心跳的次数并判断心跳数是否超过安全的上限值，如有超过安全值则使用蜂鸣器提醒使用者稍作休息。
- (5) 透过LCD将骑乘的资讯完整呈现，让使用者了解目前的状况。
- (6) 将骑乘时的数据存入微储存装置，再将微储存装置内的资料传入电脑做离线分析。
| 《图三 主动程序流程、设定模式流程、一般模式流程》 |
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结论
由于只要是运动，都会使得人体心脏的脉动加快，因此借着随时量测心跳数来作为健康管理的依据及运动强度的指标，是最简单也最便利的方式，藉由监测使用者在骑乘自行车时的健康状况，让自行车表不只是局限在了解速度与里程这方面，而是能够使用者在骑乘单车时更加的安全，不会因为运动过量超过了自己本身的负荷而造成危险或是运动伤害。
---本文作者均为昆山科技大学电子工程系师生---
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