近年來，隨著科技的快速發展，響應環保、節能減碳的呼聲也越來越高，目前台灣自行車風氣逐漸盛行，伴隨著騎乘自行車的人口越來越多，但是卻因為自行車在騎乘的過程中不易使人感到疲勞，因運動過量而造成運動傷害的人也越來越多，所以利用可以即時監測與警示使用者在騎乘時的健康狀況，以及有即時行車資訊的自行車表，來增加運動的安全性，達到降低騎乘自行車所帶來的傷害，讓使用者可以更盡情的享受騎乘自行車時所帶來的樂趣。
我們是以如何透過自行車表讓騎乘單車這項休閒運動可以更加安全的觀點，來思考這個問題，如何讓使用者在使用上更便利、安全及人性化，並透過具有健康管理與警示機制的自行車表來吸引更多人加入自行車、響應環保的行列。
讓自行車更安全
近來，自行車的風氣越來越旺盛，但是目前市面上的自行車表，大多都忽略了對使用者在騎乘時的健康狀況進行偵測與警告。而現在的生活品質與過去相差甚遠，大多數人對於健康也越來越重視，所以越來越多人投入了自行車這項運動，但在台灣氣溫普遍偏高，如持續在氣溫偏高的環境中運動，容易使得體溫升高，心跳加速，人體水分流失增快，如果水分補充不足，體內水分減少，造成血液黏稠度增大，血液循環受阻，容易誘發心肌梗塞，中風等心腦血管疾病，最後導致猝死。
透過氣溫及心跳的監測與警告，可以避免讓使用者在氣溫過高的環境中持續運動造成傷害，讓使用者可以更安全的進行自行車這項運動。
本系統所規劃的功能，主要的目的是讓使用者可以在騎乘時，藉由速度感測裝置量測騎乘時騎乘的速度，透過心跳感測裝置讀取心跳數來判定是否有超過安全值，經由溫度感測器來獲取環境溫度，如果心跳、溫度與時速三者之其中一項，超過設定的安全值就會經由蜂鳴器發出警告聲，提醒使用者應該稍作減速或是否該尋找合適的地方做適當的休息。
此系統中也使用加速規判斷在騎乘的過程中是否有意外發生，並且將騎乘過程中的行車資訊記錄下來，以便於在運動過後進行離線式分析。
我們使用MCU當作核心，並結合磁簧開關、溫度感測器、加速規、心跳感測裝置，來判斷使用者在騎乘時的速度、當時的氣溫、消耗的卡洛里、騎乘路段的坡度以及心跳數，判斷出使用者是否有過度的運動並發出警告，在將這些數據利用微儲存裝置儲存記錄下來。
當使用者在運動過後，更可以將微儲存裝置裡的數據傳入電腦中，透過電腦作離線式分析，讓使用者可以藉著這些分析數據，作為每次在騎乘單車時，生理狀況與週邊環境對運動影響的參考依據，並在騎乘自行車時作適當的調整，以達到最好、最安全的運動與休閒的效果
心律量測是什麼？
心臟是由心肌所組成，心肌活動，也就是一般的心臟跳動，心臟跳動時會產生微弱的電流，如將此電流變化予以紀錄，即可得到所謂的心電圖。在正常情況下，心臟的收縮機制是由竇房結接受中樞神經的節律訊號產生每分鐘大約60～70次微小的動作電位所控制，當動作電位產生時，會使心肌收縮，由於人體體液是良導體，所以此動作電位的電流會擴散到心臟周圍的組織，也會擴散至體表，因此在體表就可測得微弱的訊號，如果將電極置於心臟兩側的體表，就可量測到心臟之電位變化。
加速規是什麼？
加速規是一種測量加速度的裝置。相對於遠距感的裝置，它所測量的是自身的運動。加速規的應用之一是測量重力，特別是使用於重量測定法的加速規上，這樣的裝置，被稱為重力暨。類比式加速規是一種透過訊號調理提供類比電壓輸出的三軸加速器，適合用來測量傾斜檢測用的靜態重力加速度，以及由運動、衝擊或是振動所產生的動態加速度。由於輸出訊號是類比式的訊號，因此必須將類比式的訊號轉換成數位式的訊號，才能讓單晶片讀取，這個程序是由類比數位資料轉換元件ADC來達成。
速度偵測是什麼？
速度偵測的方式是以磁簧開關作為量測輪圈轉動信號的介面，藉由磁簧開關的導通，測量兩個訊號間隔的時間去計算出速度，而磁簧開關是由兩片磁簧片(通常由鐵和鎳這兩種金屬所組成)密封在玻璃管內，玻璃管內的兩片磁簧片重疊但中間間隔有一小空隙，只要加上適當的磁場將會使兩片磁簧片接觸。這兩片簧片上的觸點鍍有一層很硬的金屬(通常是銠和釕)，而這層硬金屬大大提升了切換次數的壽命。而玻璃管內通常會注入氮氣，這會提升切換電壓的性能。
溫度偵測是什麼？
溫度偵測的方式是使用DS18B20溫度感測器達成，它是使用單線式的傳輸，測量範圍為-55℃到125℃，測量完畢後會將資料轉換為12bit的數據傳出，再經由MCU接收後，計算出溫度。
硬體架構介紹
本系統主要是使用盛群HT46RU232作為核心的控制晶片，硬體架構如圖二所示，各細部方塊說明如下：
- (1) 使用溫度感測器將環境溫度的資料擷取後，傳進MCU計算出目前溫度。
- (2) 利用磁簧開關所傳進系統的數據來計算所騎乘的速度及里程數。
- (3) 使用加速規來判斷目前騎乘路段的坡度，並判斷是否有意外發生，如有意外狀況，則利用蜂鳴器提醒周邊的人。
- (4) 使用心跳感測器，判斷目前使用者每分鐘心跳的次數並判斷心跳數是否超過安全的上限值，如有超過安全值則使用蜂鳴器提醒使用者稍作休息。
- (5) 透過LCD將騎乘的資訊完整呈現，讓使用者了解目前的狀況。
- (6) 將騎乘時的數據存入微儲存裝置，再將微儲存裝置內的資料傳入電腦做離線分析。
| 《圖三 主動程式流程、設定模式流程、一般模式流程》 |
|
結論
由於只要是運動，都會使得人體心臟的脈動加快，因此藉著隨時量測心跳數來作為健康管理的依據及運動強度的指標，是最簡單也最便利的方式，藉由監測使用者在騎乘自行車時的健康狀況，讓自行車表不只是侷限在了解速度與里程這方面，而是能夠使用者在騎乘單車時更加的安全，不會因為運動過量超過了自己本身的負荷而造成危險或是運動傷害。
---本文作者均為崑山科技大學電子工程系師生---
相關時事單元
相關作者
相關產業類別
相關關鍵字
相關網站單元